新集一矿无煤柱开采采空区群漏风检测及防治技术

1

作者 吴祖玉 唐明云 +2 位作者 高世强 骆鑫 方领 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期160-168,共9页

针对无煤柱开采Y型通风工作面采空区与相邻采空区漏风自燃问题,采用能位测定和示踪技术相结合的方法,对新集一矿360606工作面采空区群各密闭墙漏风进行检测。结果表明:3608(06)采区进风系统的能位高于回风系统,360606工作面采空区与上... 针对无煤柱开采Y型通风工作面采空区与相邻采空区漏风自燃问题,采用能位测定和示踪技术相结合的方法,对新集一矿360606工作面采空区群各密闭墙漏风进行检测。结果表明:3608(06)采区进风系统的能位高于回风系统,360606工作面采空区与上覆采空区和其相邻采空区均存在漏风通道,-550 m西翼胶带石门(北)密闭墙是主要漏风源,-415 m西大巷密闭墙、-415 m辅助回风上山密闭墙、-415 m井底车场绕道密闭墙、360608运输巷密闭墙、360606回风隅角和360606工作面柔模墙取气孔为漏风汇。根据360606工作面及其与相邻采空区漏风通道的特点,提出注氮灌浆堵漏、设置风帘等防治措施。应用结果表明:针对360606工作面采空区漏风进行综合防治后,沿空留巷与回风侧采空区CO及O_2浓度均处于正常范围,有效控制了360606工作面采空区漏风,保障了360606工作面的安全生产。 展开更多

关键词 煤自燃 采空区漏风 漏风防治 能位测定 示踪技术 漏风源 漏风汇

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深部直墙半圆拱巷道围岩时效损伤劣化特征与动态补强技术 被引量：7

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作者 赵光明 刘之喜 +1 位作者 孟祥瑞 秦志宏 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期61-75,共15页

随着煤矿开采向深部逐渐延伸,巷道的大变形和长时间持续流变特性已成为支护中极具挑战的课题之一。为了探究深部巷道围岩损伤劣化的时效特征及动态补强技术,基于实验室试验,并结合理论分析、数值模拟及现场工业试验进行了研究。研究结... 随着煤矿开采向深部逐渐延伸,巷道的大变形和长时间持续流变特性已成为支护中极具挑战的课题之一。为了探究深部巷道围岩损伤劣化的时效特征及动态补强技术,基于实验室试验,并结合理论分析、数值模拟及现场工业试验进行了研究。研究结果表明:(1)基于Laplace逆变换推导出圆形轴对称巷道的变形规律解析解,结合理论分析、非圆形巷道等效变换和现场试验确定塑性区半径为1.5~2.1m,进一步得到直墙半圆拱巷道时效变形解析解;(2)基于弹性与弹塑性巷道模型,采用能量耗散表征了围岩损伤劣化的时效特征与塑性区演化趋势,并提出了一次支护的时机;(3)阐明了围岩在一次支护后的时效性损伤劣化的演化趋势,基于垂直应力峰值比率,提出了二次支护方案与时机,进一步分析围岩剪应力与垂直应力,确定了二次支护锚杆的长度为3.0 m,支护时机为40~70 d。研究结果可为深部煤矿巷道的设计与维护提供理论依据和实践指导。 展开更多

关键词 深部巷道 损伤劣化 时效特征 动态补强

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深部沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏特征及控制研究 被引量：1

3

作者 常聚才 郭钇君 +3 位作者 吴博文 史文豹 齐潮 王宏达 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期88-102,共15页

含软弱夹层顶板对深部沿空掘巷稳定性具有重要影响,为有效控制深部高偏应力沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏,基于含软弱夹层组合体试件力学试验及受采动影响下沿空掘巷数值模拟试验,获得了软弱夹层层厚、层数和层位对顶板的影响以及偏... 含软弱夹层顶板对深部沿空掘巷稳定性具有重要影响,为有效控制深部高偏应力沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏,基于含软弱夹层组合体试件力学试验及受采动影响下沿空掘巷数值模拟试验,获得了软弱夹层层厚、层数和层位对顶板的影响以及偏应力条件下含软弱夹层顶板离层演化规律,阐释了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳主要原因,结合顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的悬臂梁力学模型,对含软弱夹层顶板控制要点进行分析,进而提出离层控制方法。结果表明:随着软弱夹层厚度和层数增加,对组合体力学特性劣化影响逐渐变大,软弱夹层位于低位时对组合体试件的劣化影响强于高位,组合体试件破裂均由软弱夹层产生,并随着层厚、层数和层位的不同呈现差异化破裂发育特征。沿空掘巷后主剪切破裂带由顶板左肩角产生并与软弱夹层邻近岩层破裂区相互连接,导致软弱夹层离层严重,主剪切破裂带发育形态和顶板非协调变形程度随主应力偏转角度以及软弱夹层层厚、层数和层位变化,揭示了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳机理。推导了顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的巷道顶板离层解析式,发现软弱夹层在锚固区内的离层量比在锚固区外减少79%,离层大小各主控因素影响程度及其控制优化顺序依次为煤柱支撑载荷—顶板支护载荷—顶板弹性模量。针对深部沿空掘巷含软弱夹层顶板的离层规律和控制要点,提出了“提高煤柱承载能力、减少顶板裂隙发育、增加软弱夹层顶板变形协调性”的离层联合控制方法。现场离层监测显示顶板最大离层量为10 mm,表明该方法能有效控制含软弱夹层顶板离层。 展开更多

关键词 沿空掘巷 深部开采 软弱夹层 剪切破裂带 顶板离层 变形协调

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煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术研究进展、关键科学问题与展望

4

作者 杨科 张寨男 +5 位作者 华心祝 刘文杰 吕鑫 池小楼 王长城 李彩青 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期944-964,共21页

煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 顶板水平井 全生命周期 卸压效果 水气运移 潜在危险区 排采效果

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侧向约束下加载系统刚度对砂岩非稳定破坏模式与能量演化的影响

5

作者 赵光明 吴旭坤 +4 位作者 许文松 刘之喜 刘崇岩 张启航 周俊 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期877-889,共13页

为探究加载系统刚度对岩石破坏模式及能量演化规律的影响,利用自主研发的刚性与变刚度试验系统开展双轴压缩试验,分析侧向约束作用下加载系统刚度对岩石峰后非稳态破坏及能量释放规律的作用机制。结果表明:从能量耗散与释放角度来分析... 为探究加载系统刚度对岩石破坏模式及能量演化规律的影响,利用自主研发的刚性与变刚度试验系统开展双轴压缩试验,分析侧向约束作用下加载系统刚度对岩石峰后非稳态破坏及能量释放规律的作用机制。结果表明:从能量耗散与释放角度来分析岩样与试验机系统之间的相互作用,揭示了加载系统刚度下岩石破坏过程中能量耗散与释放的关系,并将其划分为稳定破坏(W_(d)>W_(u)+W_(e))、临界状态(W_(d)=W_(u)+W_(e))及不稳定破裂(W_(d)<W_(u)+W_(e))3种模式;在低刚度条件下,岩样的应力应变曲线表现出显著的应力跌落与起伏,呈现局部非稳态破坏,而在高刚度条件下,岩样的峰后应力缓慢下降,曲线呈台阶状并存在残余阶段;随着加载系统刚度的增大,岩样的最大应变能释放量和最大耗散能均呈非线性减少,而侧向约束力的增加则导致最大应变能释放量和最大耗散能的非线性增加;侧向约束的施加增强了刚度回弹效应,改变了岩石破裂时的能量释放模式,在峰后前期(ΔW_(pe)>ΔW_(pd)),能量释放较为迅速,峰后中期(ΔW_(pe)<ΔW_(pd)),能量主要以耗散为主,峰后后期(ΔW_(pe)≈ΔW_(pd)),能量释放和耗散进入稳定阶段。研究结果为理解加载系统刚度对岩石峰后破坏机制及动力灾害防治提供了理论基础,并提出通过侧向约束力、分阶段能量控制和降低岩体储能能力等措施,以改善能量释放模式,增强能量耗散,提升巷道围岩稳定性。 展开更多

关键词 加载系统刚度 侧向约束力 能量释放与耗散 峰后应力 非稳态破坏模式

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深井切顶留巷底鼓机制及其防控

6

作者 华心祝 李琛 +3 位作者 刘啸 杨朋 陈登红 祁亚宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期955-968,共14页

沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建... 沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型,并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式,运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件,求得该巷道平均底鼓量为0.74 m,最大底鼓量为0.77 m,最大鼓起位置偏向采空区侧,距巷中1.15 m,计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式,分析了留巷底鼓影响因素,底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小,底板刚度在5~13 MN·m^(2)之间内变化时,巷道底鼓对其变化较为敏感;与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ均呈线性正相关,增长率分别为0.0826、0.0349、0.0272 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析,提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明,相较于留巷初期底板变形得以有效控制,底鼓降幅明显,所留巷道能够满足复用要求。 展开更多

关键词 底鼓机制 沿空留巷 切顶卸压 底鼓防控

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动载循环作用下砂岩的动态力学响应及破坏特征

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作者 赵光明 秦志宏 孟祥瑞 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期18-33,共16页

针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征... 针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征。研究结果表明:(1)随动载幅值增加,砂岩滞回环由“疏-密”向“疏-密-疏”变化,依据动载循环期间试样塑性变形量,将动载周期划分为对数上升阶段Ⅰ、匀速损伤阶段Ⅱ和指数加速阶段Ⅲ。(2)动载对试样强度的弱化作用存在阈值,当动载水平为70%σ_(c)时,诱发砂岩发生破坏的幅值阈值在17.5%~22.5%σ_(c)范围内,低于阈值的动载作用不会造成砂岩失稳,越过阈值后砂岩强度、破坏前动载持续时间与动载幅值及频率均成负相关。(3)动载幅值与频率对砂岩弱化作用机制存在差异,动载幅值、频率均与动载单次循环平均塑性变形Δε_((i))^(-)成正相关,但Δε_((i))^(-)对动载幅值更为敏感,在阶段Ⅰ、Ⅱ内随幅值增大呈指数型增长。动载幅值主要通过提升塑性变形量来实现对砂岩的弱化作用;而动载频率提升降低了动载循环间隔,在砂岩内部形成小增量、短时、连续的损伤,从而实现对砂岩的弱化作用。(4)砂岩AE信号累计能量与振铃计数率随动载幅值的增大呈指数型变化,也随动载频率的增加同步增长。随着动载幅值增加,砂岩微观裂隙起裂、扩展程度递增,剪切裂纹占比增大;随着动载频率增大,砂岩拉伸裂纹占比增大。 展开更多

关键词 岩石力学 砂岩 循环动载 动态力学响应 渐进损伤

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基于Boltzmann时间函数的地表任意点沉陷动态预计

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作者 徐良骥 孙志豪 +2 位作者 刘潇鹏 张坤 曹宗友 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期715-731,共17页

煤炭资源的地下开采会造成地表沉陷,对地表生态环境及建(构)筑物的安全使用造成一定威胁,在采前获知开采过程中的地表沉陷动态预计值,是进行开采沉陷区生态环境动态修复设计的重要基础,是该领域亟待解决的问题之一。为实现煤炭地下开采... 煤炭资源的地下开采会造成地表沉陷,对地表生态环境及建(构)筑物的安全使用造成一定威胁,在采前获知开采过程中的地表沉陷动态预计值,是进行开采沉陷区生态环境动态修复设计的重要基础,是该领域亟待解决的问题之一。为实现煤炭地下开采导致地表沉陷动态过程的准确预计,根据地表沉陷动态规律总结出理想时间函数模型的形态,据此引入Boltzmann时间函数模型,从下沉量、下沉速度、下沉加速度3个方面对该模型进行分析,发现其能够满足地表沉陷动态趋势;探究该时间函数模型各参数对模型图像的影响,确定其物理意义并分别定义为最终下沉量A、最大下沉速度出现时间t0、下沉急缓程度系数B,从而构建基于Boltzmann时间函数的动态预计模型参数体系;通过对单点实测下沉量进行拟合发现该模型拟合精度较传统动态预计模型更高,拟合优度R^(2)达到0.9988;对矿区地表监测点实测下沉量进行参数反演,根据反演结果建立了沉陷盆地内任意点动态预计参数与地表最大下沉量、回采速度及覆岩岩性系数的相关关系,给出了该模型各动态预计参数在地表任意点的计算方法,并利用收集的6个工作面数据验证其精度可靠;构建了融合Boltzmann时间函数与概率积分法的地表沉陷动态预计模型,可实现对沉陷盆地内任意点任意时间的地表沉陷预计;运用该预计模型求得多时期下沉量并对其进行精度验证,结果显示开采过程中的动态预计相对误差保持在6.0%以内,相对误差最小值为2.7%。 展开更多

关键词 开采沉陷 动态预计 Boltzmann时间函数 概率积分模型 下沉速度

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岩石蠕变应变能密度演化时效特征与损伤本构模型研究

9

作者 刘之喜 赵光明 +2 位作者 孟祥瑞 顾清恒 秦志宏 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期153-166,共14页

为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆... 为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆性程度岩石的损伤蠕变本构模型。研究结果表明:(1) 4种岩石的弹性应变能密度随蠕变时间的延长而呈线性减少的趋势,即存在线性衰减特征;(2)结合单轴蠕变-卸载试验结果,提出了一种基于弹性应变能密度线性衰减特征的岩石蠕变应变能计算方法;(3) 4种不同脆性程度的岩石蠕变产生的耗散应变能密度与输入应变能密度随着时间增加而增长,其增长可分为衰减增长阶段、匀速增长阶段以及加速增长阶段;(4)在蠕变过程中,随着蠕变时间的增加,岩石耗散应变能密度占输入应变能密度逐渐增大,在加速蠕变与峰后的临界点达到最大,脆性程度越高加速蠕变与峰后临界点耗散应变能密度占输入应变能密度比例越大;(5)构建了基于应变能耗散的黏弹塑性-损伤耦合本构模型,该模型能够有效描述不同脆性岩石在蠕变过程中的变形曲线。 展开更多

关键词 蠕变 卸载 应变能密度演化 损伤变量 本构模型

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大倾角煤层下分层复采破碎顶板注浆改性试验研究

10

作者 池小楼 韦忠华 +2 位作者 杨科 王春梅 王同 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期27-40,共14页

以大倾角煤层下分层复采破碎顶板注浆改性为研究对象,结合潘四东矿3、1合并煤层分层开采工程地质条件,建立了5种粒径级配注浆固结体试样模型,开展了基于CT原位扫描加载的单轴压缩试验,研究了粒径级配对固结体强度特征、裂隙演化、声发... 以大倾角煤层下分层复采破碎顶板注浆改性为研究对象,结合潘四东矿3、1合并煤层分层开采工程地质条件,建立了5种粒径级配注浆固结体试样模型,开展了基于CT原位扫描加载的单轴压缩试验,研究了粒径级配对固结体强度特征、裂隙演化、声发射信号与微观形貌特征的影响规律。研究结果表明:(1)随粒径级配增大,固结体内部孔隙、裂隙等缺陷受岩块与浆液基体间错位运动影响,形成了大规模剪切带,导致固结体单轴抗压强度逐渐减小,6~8、8~10 mm粒径级配固结体受大粒径岩块影响,早期应力波动明显,破坏形式呈现出由贯穿张拉破坏、张拉-剪切复合破坏向剪切破坏转变。(2)随粒径级配增大,水化产物(AFt与C–H–S)未形成交错网状致密结构充填岩块间孔隙,导致固结体整体强度降低;加载过程中岩块端部产生应力集中,剪切带增大,声发射活动提前且更加频繁,高值振铃计数增多,累计振铃计数增速升高。(3) CT扫描显示加载过程中固结体破坏主裂隙主要发生在岩块与浆液基体胶结面,极少出现穿岩扩展;随粒径级配增大,固结体内部较多小裂隙扩展贯通成大开度裂隙,裂隙数目减少,其中0~2、4~6、8~10 mm粒径级配固结体破坏后裂隙体积V≤0.01 mm^(3)的裂隙数目占比分别下降9.5%、1.6%、4.0%,V>10 mm^(3)的裂隙数目占比分别提升0.1%、3.5%、4.9%;裂隙灰度值增加,裂隙体积占比增加,形成了更加复杂的裂隙网络。基于试验结果提出了破碎顶板钻孔注浆施工与铺网方案,为大倾角煤层下分层复采顶板稳定控制提供理论基础。 展开更多

关键词 大倾角煤层 注浆固结体 力学特性 CT扫描重构 围岩控制

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基于正交试验与回归分析的巷道内喷雾降尘后煤尘粒度预测

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作者 江丙友 章玉前 +3 位作者 余昌飞 计犇 王浩宇 刘壮 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第12期143-153,共11页

为探究影响喷雾降尘效果的主要因素对喷雾降尘后煤尘粒度的作用规律,获得表征影响因素与喷雾降尘后煤尘的粒径参数间定量的数学模型。基于搭建的喷雾除尘综合实验平台,应用正交试验和回归分析方法,研究喷雾架距尘源距离、巷道风速和喷... 为探究影响喷雾降尘效果的主要因素对喷雾降尘后煤尘粒度的作用规律,获得表征影响因素与喷雾降尘后煤尘的粒径参数间定量的数学模型。基于搭建的喷雾除尘综合实验平台,应用正交试验和回归分析方法,研究喷雾架距尘源距离、巷道风速和喷嘴供水压力3个因素作用下喷雾降尘后煤尘特征粒径D_(90)的变化规律,并对25组试验结果进行相关性分析。通过均方差决策法,确定了各影响因素在喷雾降尘后煤尘D_(90)中所占的权重值。在此基础上,结合各影响因素的权重,构建了基于加权的喷雾降尘后煤尘D_(90)多元非线性回归预测模型,并将其与多元线性回归模型的预测结果进行了对比分析。研究结果表明:喷雾降尘后煤尘D_(90)随喷雾架距尘源距离的增加而降低,随风速的增加先增大后减小,随供水压力的增加而增加;全尘、呼尘降尘效率和D_(90)存在较强的正相关性,喷雾降尘效果越好,喷雾降尘后煤尘D_(90)越大;基于加权的喷雾降尘后煤尘D_(90)预测模型准确性更高,误差较小,可准确表征喷雾降尘后煤尘D_(90)与喷雾架距尘源距离、巷道风速和喷嘴供水压力3个影响因素间的定量关系。 展开更多

关键词 煤尘粒径分布 喷雾降尘效率 正交试验 回归分析 均方差决策法

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基于机器学习的煤与瓦斯突出预测研究进展及展望 被引量：8

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作者 薛生 郑晓亮 +2 位作者 袁亮 来文豪 张玉婷 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期664-694,共31页

我国煤矿安全生产形势不断好转,但煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出预测不仅能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量,在一定程度上也可以确保煤矿工人的作业安全。机器学习(Machine Learning, ML)是一门涉及概率论、统... 我国煤矿安全生产形势不断好转,但煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出预测不仅能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量,在一定程度上也可以确保煤矿工人的作业安全。机器学习(Machine Learning, ML)是一门涉及概率论、统计学和计算机学等领域的交叉学科,可以挖掘突出事故和指标间的非线性关系。将机器学习用于煤与瓦斯突出预测,已得到相对广泛的关注,并随着人工智能和计算机技术的快速进步,其在突出预测领域将发挥更大作用。因此,对机器学习在煤与瓦斯突出预测中的研究进行了全面的综述,分析其在突出预测中面临的难点并展望其发展方向。首先,简述煤与瓦斯突出假说、发生机理与预测指标选择的研究现状;介绍机器学习在煤与瓦斯突出预测领域的主要研究进展,包括支持向量机(Support Vector Machines,SVM)、人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)、极限学习机(Extreme Learning Machines,ELM)和集成学习(Ensemble Learning, EL)等算法的应用,以及特征选择和缺失数据填补在数据处理等方面的创新,同时也指出了目前基于机器学习的突出预测研究面临的挑战及存在的问题,例如事故与非事故样本的不平衡、数据的指标缺失和机器学习中的小样本等;最后,展望了基于机器学习的煤与瓦斯突出预测的未来发展方向,包括改进算法性能、优化特征工程和增加样本量等。随着计算机性能的提升,有望开发出更为复杂、精准的模型,以提高对突出事故的准确预测能力。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 机器学习 突出预测 特征选择

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近距离下伏煤层采动影响巷道围岩稳定性分析 被引量：2

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作者 杨德群 张向阳 +3 位作者 段云刚 都航 杨伟昆 张帅 《中国矿业》 北大核心 2024年第9期119-129,共11页

针对近距离下伏煤层采动影响上部轨道大巷变形失稳、围岩稳定性较差的问题,本文以张集煤矿北区14148工作面上方12m左右南翼轨道“Y”型大巷为工程背景,运用“竖三带”经验公式分析得出巷道与工作面之间的层位关系,采用数值模拟与现场实... 针对近距离下伏煤层采动影响上部轨道大巷变形失稳、围岩稳定性较差的问题,本文以张集煤矿北区14148工作面上方12m左右南翼轨道“Y”型大巷为工程背景,运用“竖三带”经验公式分析得出巷道与工作面之间的层位关系,采用数值模拟与现场实践相结合的方法,研究了近距离下伏煤层回采过程中上覆巷道应力分布特征及位移演化规律,确定了巷道重点支护部位。研究结果表明:上覆巷道位于覆岩裂隙带影响范围,围岩应力受工作面超前支承压力集中影响,呈先增大后急剧减小的趋势;围岩呈非对称性变形,变形速率随工作面推进呈三段式规律;顶板深部离层呈逐渐增大后平稳趋势,浅部离层呈先增大后减小的趋势。在此基础上提出了采前锚杆索预加固+采后U型棚“补强”巷道支护技术,数值模拟对比结果显示,补强支护后巷道两帮应力增大了9MPa,顶板下沉减少了103mm,巷道薄弱点位移量大幅减小,补强支护控制效果显著。实测结果表明,该支护方案能有效地控制巷道围岩变形,保证了矿井安全生产。 展开更多

关键词 近距离煤层 下伏煤层 采动影响 预加固 围岩稳定性

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低强度冲击倾向性煤岩相似材料配比试验研究

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作者 梁伟康 华心祝 +2 位作者 李琛 潘伟鹏 谢宇航 《煤炭工程》 北大核心 2024年第11期132-139,共8页

物理模拟试验是研究煤岩冲击地压的重要科学手段之一,研制出低强、冲击倾向性的煤岩相似材料,是冲击地压物理模拟研究的关键。针对材料性能要求,引入冲击能量指数和脆性指数,采用正交试验设计法与敏感性分析法,选取碳酸钙含量、重晶石... 物理模拟试验是研究煤岩冲击地压的重要科学手段之一,研制出低强、冲击倾向性的煤岩相似材料,是冲击地压物理模拟研究的关键。针对材料性能要求,引入冲击能量指数和脆性指数,采用正交试验设计法与敏感性分析法,选取碳酸钙含量、重晶石粉含量、石膏水泥质量比和水含量4个因素,设计4因素5水平共25组正交配比方案。开展试样单轴压缩及声发射特征试验,得到试样应力-应变曲线和声发射演化特征并测定每组试样强度、冲击能量指数等性能参数,对比分析各试验参数在4个影响因素不同水平下的变化规律,并以冲击能量指数和脆性指数作为筛选条件挑选相似材料配比方案。试验结果表明:水含量和碳酸钙含量是制备低强度冲击强煤岩相似材料的主导因素,改变石膏水泥质量比能够调节相似材料脆性程度与强度;以冲击能量指数K_(E)≥1.5、脆性指数B_(Izhou)≥0.2为选择标准,共得到6组低强度高冲击倾向材料配比,水含量为19%~25%,碳酸钙含量为26%~32%时制备试样冲击倾向性能够满足试验要求;试样加载过程中,屈服阶段之前声发射事件不活跃,进入屈服阶段后振铃计数陡增,出现高能量破坏,屈服前后呈现“平稳过渡,急剧上升”的趋势。 展开更多

关键词 冲击能量指数 相似材料 冲击地压 脆性指数 声发射

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安徽省关闭/废弃矿井地下空间储能潜力及减碳效益

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作者 杨科 魏家乐 +1 位作者 付强 吕鑫 《煤炭科学技术》 2025年第4期45-55,共11页

随着“双碳”目标的持续推进,构建以可再生能源为主体的新型电力系统已成为我国能源转型的核心任务。大规模、高灵活性的储能技术需求与日俱增,这为关闭/废弃矿井抽水蓄能电站的开发提供了重要发展机遇。对安徽省关闭/废弃矿井地下空间... 随着“双碳”目标的持续推进,构建以可再生能源为主体的新型电力系统已成为我国能源转型的核心任务。大规模、高灵活性的储能技术需求与日俱增,这为关闭/废弃矿井抽水蓄能电站的开发提供了重要发展机遇。对安徽省关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能建设潜力进行评估,以期解决选址等因素对传统抽水蓄能电站建设的制约,探索矿区绿色转型与新型电力系统协同发展的创新路径,推进安徽省抽水蓄能高质量发展。通过文献计量与政策分析详细总结了近年抽水蓄能电站发展规划,分析了当前关闭/废弃矿井抽水蓄能电站建设的发展趋势,并结合安徽省关闭煤矿位置、地下空间规模和水资源分布等抽水蓄能资源禀赋,将近年全省60处关闭/废弃矿井按距主要水系距离划分为3个梯度:50 km内高潜力区、50~100 km中潜力区以及100 km外低潜力区,并分别选取典型矿井开展精细化评估,探讨抽水蓄能电站建设规模。以两淮矿区朱庄煤矿为例,从地下可利用空间、地下储水库有效库容等方面详细分析了朱庄煤矿建造抽水蓄能电站的可行性并设计朱庄煤矿拟建抽水蓄能电站装机容量达17.87 MW。采用关闭/废弃矿井抽水蓄能电站碳排放量计算模型,计算其相较传统火力发电碳减排量约为1.13万t/d。结果表明:利用关闭/废弃矿井建造抽水蓄能电站可以成为安徽省新型储能建设发展的有效支撑,为安徽省能源结构调整和碳中和目标作出积极贡献。 展开更多

关键词 关闭/废弃矿井 抽水蓄能 可行性 碳排放计算

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煤矿未采区地面水平井全周期施工效果相互作用机制及开发建议

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作者 张寨男 杨科 +5 位作者 华心祝 叶春辉 叶敏 刘文杰 池小楼 吕鑫 《煤炭科学技术》 2025年第3期356-369,共14页

为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异,揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制,结合朱集东矿ZJ2−1与ZJ2−2井施工现状,从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度,分析各段及各层位压裂效果的差异,并与微... 为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异,揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制,结合朱集东矿ZJ2−1与ZJ2−2井施工现状,从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度,分析各段及各层位压裂效果的差异,并与微地震监测结果对比验证;分析钻井、压裂效果对气水产出效果的影响及停产诱因,揭示地面水平井钻井、压裂与排采工程全周期之间的相互作用机制,提出煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程面临的关键问题及建议。结果表明:ZJ2−2井较ZJ2−1井与ZJ2−1井的煤层较顶、底板压裂的裂缝打开效果好,而微地震结果显示顶底板压裂较煤层压裂效果好,这是由于压裂效果好不但需要裂缝均匀打开,还需要确保裂缝持久性高。钻井效果体现在钻井轨迹与井筒稳定2个方面,钻井轨迹不仅会直接影响井筒稳定,还会影响压裂效果,压裂施工会降低井筒稳定,而井筒稳定是保障排采工程顺利进行的基础。井筒稳定性受钻井层位、压裂施工、储层岩层与长期浸水等因素的影响均不可忽视,压裂效果好只是排采效果好的必要条件,排采效果的好坏很大程度上还受井筒稳定性与排采制度精细化程度的影响。两口井排采阶段均可划分为返排、上产、稳产、停产和再产气5个阶段,ZJ2−1井的返排率较大且大于1,说明存在邻近水源的侵入,导致压裂效果较好的ZJ2−1井的产气效果较差。最后,从地面水平井瓦斯治理技术优选、钻井轨迹精准控制、井筒稳定性控制、排采制度优化和水赋存环境探测等角度总结了煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程中存在的关键问题,并给出相应的开发建议,以期为煤矿未采区地面水平井瓦斯治理提供思路。 展开更多

关键词 煤矿未采区 地面水平井 钻井轨迹 分段压裂效果 气水产出 相互作用机制

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断层影响下巷道围岩变形机理与控制对策研究

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作者 张帅 张向阳 +2 位作者 都航 杨伟昆 杨德群 《采矿技术》 2025年第2期204-209,共6页

在煤矿生产作业过程中,巷道布置不可避免地会经过断层等地质构造复杂岩层,这些断层对巷道围岩及其支护结构的影响长期困扰着煤矿的安全高效生产。综合采用现场调查、数值模拟、监测分析等方法,以顾北矿的南翼轨道大巷过断层区域为背景,... 在煤矿生产作业过程中,巷道布置不可避免地会经过断层等地质构造复杂岩层,这些断层对巷道围岩及其支护结构的影响长期困扰着煤矿的安全高效生产。综合采用现场调查、数值模拟、监测分析等方法,以顾北矿的南翼轨道大巷过断层区域为背景,针对断层影响巷道围岩的变形,以及巷道围岩与支护结构稳定性等方面开展研究。研究结果表明:南翼轨道大巷在F93和F104断层影响区域的应力集中显著,过断层处的变形相对于巷道其他位置变形较大,断层处的应力与位移发生突变,巷道围岩破坏;两处断层的顶底板塑性区分布较为集中,两帮塑性区发育不明显。基于巷道原有的支护方式进行优化补强支护,在U型棚支护的基础上采用锚杆锚索加强支护,巷道的变形与破坏得到有效控制,并使得巷道围岩在断层区域的变形量接近一般区域。 展开更多

关键词 巷道围岩 数值模拟 断层影响 变形控制

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呼吸性煤尘表面异质核化凝结效果预测及降尘试验

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作者 林汉毅 袁亮 +3 位作者 江丙友 章玉前 王一凡 王浩宇 《煤炭学报》 2025年第3期1609-1621,共13页

煤尘颗粒表面润湿性是制约湿式除尘效率的重要因素,煤尘颗粒表面异质核化凝结是一种无任何污染、无需考虑颗粒表面润湿性,且能有效提升煤尘颗粒被液滴捕捉效率的方法,而人为干涉温湿度环境变化是激发煤尘颗粒表面核化凝结效应的必要条... 煤尘颗粒表面润湿性是制约湿式除尘效率的重要因素,煤尘颗粒表面异质核化凝结是一种无任何污染、无需考虑颗粒表面润湿性,且能有效提升煤尘颗粒被液滴捕捉效率的方法,而人为干涉温湿度环境变化是激发煤尘颗粒表面核化凝结效应的必要条件。为获得不同干涉条件对矿井呼吸性煤尘颗粒核化凝结效果的影响,基于颗粒核化凝结试验系统,围绕煤尘初始温度、干涉气体相对湿度、干涉气体凝结温差3个因素开展单因素分析和多因素正交试验。结合使用均方差赋权法、非线性回归分析法、预测效果评价指标,确定各影响因素在煤尘颗粒核化凝结效果中的权重占比,构建颗粒核化凝结多元非线性回归预测模型,且评价模型预测的准确性。搭建颗粒核化凝结与喷雾协同降尘试验系统,对比分析二者协同与单一降尘方式对呼吸性煤尘的治理效果。结果表明:干涉气体相对湿度对核化凝结效果影响最大,二者呈正相关性,且当干涉气体相对湿度大于70%时才能激发明显的核化凝结效应;干涉气体凝结温差对核化凝结效果的影响仅次于干涉气体相对湿度,凝结效果会随着温差的增大呈先下降后上升趋势;煤尘初始温度对权重的影响最小,且对于煤尘颗粒粒径≤1μm和>2μm的颗粒群分别呈现正向和反向激励;基于多种方法结合构建的多元非线性回归模型的预测准确性较优,误差小,可用于量化表征一定范围内温湿度干涉条件下的矿井呼吸性煤尘颗粒核化凝结效果;利用颗粒核化凝结与喷雾协同降尘可以有效解决煤尘表面润湿性差的问题,相较于纯水喷雾的降尘效率提升了131.84%。 展开更多

关键词 煤尘 异质核化凝结 正交试验 回归分析 降尘效率

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我国废弃/关闭煤矿瓦斯抽采现状及发展趋势

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作者 华心祝 秦浩 +4 位作者 郝定溢 石必明 林柏泉 赵志根 张苗 《煤炭科学技术》 2025年第4期15-28,共14页

在“双碳”目标的驱动下,我国能源结构迎来高质量发展。截至目前,已累计淘汰落后煤炭产能10亿t,废弃/关闭煤矿数量快速增加,据研究预计到2030年,我国废弃/关闭矿井将达到1.5万处,其中赋存非常规天然气近5000亿m3。为构建清洁低碳、安全... 在“双碳”目标的驱动下,我国能源结构迎来高质量发展。截至目前,已累计淘汰落后煤炭产能10亿t,废弃/关闭煤矿数量快速增加,据研究预计到2030年,我国废弃/关闭矿井将达到1.5万处,其中赋存非常规天然气近5000亿m3。为构建清洁低碳、安全高效的能源体系,加快发展新质生产力,亟需加大我国对废弃/关闭煤矿遗留瓦斯的抽采与开发力度。系统性地总结分析了我国现阶段废弃煤矿瓦斯地面抽采理论、技术及工艺设备的研究进展与存在问题,提出了未来研究的关键方向与潜在热点。首先,总结了废弃/关闭煤矿瓦斯赋存规律,归纳对比了遗留瓦斯资源量评估方法,分析了废弃煤矿地面抽采过程中瓦斯渗流及运移规律。其次,总结了2种常见的废弃/关闭煤矿瓦斯地面抽采技术,以及采用的钻井抽采工艺设备,对比分析了与生产矿井地面钻井瓦斯抽采工艺的异同。然后,从废弃/关闭煤矿瓦斯抽采理论、技术和工艺设备等方面分析了研究中存在的不足:①瓦斯资源赋存空间和机理不明;②瓦斯资源量评估不精准;③瓦斯次生运移及动态积聚规律不清;④瓦斯抽采渗流及运移规律研究不充分;⑤瓦斯抽采关键技术不成熟;⑥地面钻井工艺设备不全面;⑦瓦斯抽采系统不完善。最后,凝练提出了未来的研究方向:揭示不同影响因素下的遗留瓦斯资源赋存特征与运移机理,构建废弃煤矿瓦斯储量与资源精准预测理论模型,阐明遗留瓦斯次生运移聚集范围分布特征及演化过程,丰富完善地面抽采过程中遗留瓦斯渗流及运移规律研究理论,逐步优化废弃煤矿地面瓦斯抽采技术体系,系统升级废弃煤矿瓦斯地面钻井工艺设备,逐步实现废弃煤矿地面钻井工艺智能化,深入改进废弃煤矿地面瓦斯抽采工艺设备。废弃/关闭煤矿瓦斯资源的精准与安全开发研究,对于提升废弃/关闭煤矿安全水平、促进能源结构调整、保障国家能源安全和推动经济持续健康发展具有重大意义。 展开更多

关键词 废弃/关闭煤矿 遗留瓦斯 赋存特征 瓦斯抽采 工艺设备

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半干旱矿区植物根系对采动应力响应数值模拟

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作者 刘英 裴为豪 +6 位作者 郭勇 陈孝杨 雷少刚 潘东江 宫传刚 陶慧玲 陈航 《煤炭学报》 2025年第3期1717-1731,共15页

根系损伤是半干旱井工开采煤矿区植物损伤的关键生态问题,采动岩层破断运动诱发的根土层应力变化对植物根系的损伤机理及影响因素仍需深入探究。依据准黏聚力理论和锚固理论构建基于FLAC^(3D)的植物主根应力损伤数值模型,通过控制变量,... 根系损伤是半干旱井工开采煤矿区植物损伤的关键生态问题,采动岩层破断运动诱发的根土层应力变化对植物根系的损伤机理及影响因素仍需深入探究。依据准黏聚力理论和锚固理论构建基于FLAC^(3D)的植物主根应力损伤数值模型,通过控制变量,分别模拟不同开采条件、不同根土层力学性质和不同根系密度和直径下植物根土复合单元与根系的宏观力学扰动特征,构建植物根系应力对不同开采深度、推进速度、煤层埋深、煤层厚度的状态响应函数。结果得到:开采基岩破断产生的顶板应力会传递到根土层,根土层塑性区破坏范围随工作面不断推进递增,扰动区根系上下部受到的最大剪应力增加,根系上下部所受应力的非一致性是诱发采空区边界附近根系损伤的重要原因。控制单一变量的情况下,扰动区根系受到的最大剪应力随着采厚的增加递增,随采深的增加递减,但采速的变化仅影响覆岩应力传递到根土层的时间,对根土层塑性区破坏范围基本无影响;随内摩擦角和黏聚力增加,土体的抗剪性能越强,根土层发生剪切破坏的区域递减,利于植物根系保护;随根径的增大,根系单位面积上的应力递减,而根系密度的变化对根系应力及根土层塑性区破坏程度影响较小。根系上下部应力差与采厚、采深、采速之间的响应函数类型均为连续渐变函数,与推进距离之间的响应函数为阶跃变化函数。植被保护或源头减损时须调控开采沉陷位态,或采用充填、部分充填等静态开采技术,尽可能降低开采扰动对植物根系的应力损伤。研究结果可丰富半干旱矿区煤炭井工开采诱发植物损伤机理。 展开更多

关键词 半干旱矿区 采动应力 植被退化 力学机制 根系扰动

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