工作面停采位置优化与冲击地压防治技术研究 被引量：6

1

作者 孙德全 李杨 +2 位作者 李海波 毛开江 朱志洁 《中国煤炭》 2021年第6期21-27,共7页

为了解决工作面末采期间,上、下山煤柱应力集中引起的冲击地压难题,以双鸭山矿区西二采区九层四片工作面为研究对象,探索了停采区域冲击地压控制技术。针对设计的20 m煤柱的停采方案,模拟得到:工作面采动应力影响范围涉及轨道下山,轨道... 为了解决工作面末采期间,上、下山煤柱应力集中引起的冲击地压难题,以双鸭山矿区西二采区九层四片工作面为研究对象,探索了停采区域冲击地压控制技术。针对设计的20 m煤柱的停采方案,模拟得到:工作面采动应力影响范围涉及轨道下山,轨道下山煤岩体应力达到32~44 MPa,应力集中系数为1.83~2.51,轨道下山应力集中明显,发生冲击地压的可能性较大。随着轨道下山与停采线距离的增加,轨道下山冲击地压危险区域逐渐减少。建议轨道下山与停采线的距离为40 m,同时对轨道下山采取大直径钻孔卸压的卸压防冲措施。 展开更多

关键词 停采位置优化 冲击地压 应力分布规律 大直径钻孔卸压 应力监测

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高抽巷抽放速率对采空区复合灾害防治的影响研究 被引量：6

2

作者 王红梅 金珠鹏 +3 位作者 赵善友 李俊志 翟光顺 侯沣峻 《矿业安全与环保》 北大核心 2021年第2期44-48,54,共6页

为研究高瓦斯矿井采用高抽巷防止采空区复合灾害的发生,以山西大同塔山矿13190工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等手段,对13190工作面的风量分布、瓦斯治理效果和氧化带宽度进行了风险分析。结... 为研究高瓦斯矿井采用高抽巷防止采空区复合灾害的发生,以山西大同塔山矿13190工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等手段,对13190工作面的风量分布、瓦斯治理效果和氧化带宽度进行了风险分析。结果表明:随着抽放速率的提高,可有效保证通风稀释瓦斯的安全性,但同时漏风量的增加使得氧化带宽度增大。通过对采空区CH_(4)体积分数、漏风量和氧化带分布变化进行风险评估,确定合理的抽放速率为180 m^(3)/min,并通过现场工业性试验进行了验证。研究成果可为类似条件工作面回采过程中高抽巷抽放速率的优化调整提供依据。 展开更多

关键词 高抽巷 抽放速率 数值模拟 瓦斯灾害 煤体自燃

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复杂坚硬岩层条件下特厚煤层综放开采矿压分级预测 被引量：16

3

作者 李云鹏 赵善坤 +5 位作者 李杨 王寅 秦凯 孙德全 李一哲 赵阳 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期38-48,共11页

顶板事故发生起数和死亡人数长期以来在我国煤矿各类事故中占有很大比例,特别是覆岩存在多层坚硬岩层时,其覆岩结构具有系统性、复杂性,易造成强烈的矿山压力显现,甚至诱发矿井动力灾害。因此,亟需提出适用于复杂坚硬岩层条件下矿压分... 顶板事故发生起数和死亡人数长期以来在我国煤矿各类事故中占有很大比例,特别是覆岩存在多层坚硬岩层时,其覆岩结构具有系统性、复杂性,易造成强烈的矿山压力显现,甚至诱发矿井动力灾害。因此,亟需提出适用于复杂坚硬岩层条件下矿压分级预测方法,为坚硬岩层控制提供理论支撑。基于复杂坚硬岩层条件下特厚煤层综放开采矿压显现特征,确定了不同空间位置坚硬岩层具有不同的矿压控制作用,即低位坚硬岩层控制小周期来压、中位坚硬岩层控制大周期来压、高位坚硬岩层控制强矿压显现;基于板壳力学、塑性力学理论,结合不同空间位置坚硬岩层的控制作用,建立了坚硬岩层“多层位板式结构”系统模型,根据结构形式将坚硬岩层划分为近场悬臂结构和远场砌体结构,揭示了复杂坚硬岩层破断运动过程具有渐进、复合等特征;建立了一套坚硬岩层破断尺度判据,形成了复杂坚硬岩层条件下的矿压分级预测方法。以大同矿区石炭系特厚煤层综放开采矿井为工程背景开展了矿压分级理论预测,通过分析现场矿压监测、微震监测数据,证实了复杂坚硬岩层条件下的矿压分级预测方法的适用性。研究成果一定程度上实现了复杂坚硬岩层的可知、可控,但不同坚硬岩层控制的结构破断时能量是如何传递至采场范围并引起动力显现的机理尚未完全阐明,该问题的研究可为坚硬岩层的精准控制提供理论支撑。 展开更多

关键词 坚硬岩层 特厚煤层 综放开采 结构破断 板壳理论 塑性力学

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近距离煤层群半煤岩上保护层开采卸压增透效应研究 被引量：16

4

作者 邓兆睿 孙德全 +1 位作者 任仲久 宋卫华 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2022年第2期31-39,共9页

基于保护层开采是治理低渗透率高瓦斯突出煤层最有效措施,针对薄煤层和极薄煤层保护层的开采,提出了截割软弱底板以增加开采高度的半煤岩保护层工作面开采方法。以中兴煤矿3203保护层工作面为工程背景,通过滑移线场理论分析计算了3203... 基于保护层开采是治理低渗透率高瓦斯突出煤层最有效措施,针对薄煤层和极薄煤层保护层的开采,提出了截割软弱底板以增加开采高度的半煤岩保护层工作面开采方法。以中兴煤矿3203保护层工作面为工程背景,通过滑移线场理论分析计算了3203上保护层工作面开采后底板岩体的最大破坏深度,并采用数值模拟方法对半煤岩上保护层开采卸压增透效应进行讨论。研究结果表明:3203保护层工作面开采后,底板岩体最大破坏深度h_(max)达20.74 m,底板最大破坏深度距离工作面煤壁的水平距离为13.99 m;3203被保护层的卸压率为0.58,在3203工作面对应区域膨胀变形率均大于6‰;残余瓦斯含量为4.57 m^(3)/t,可解吸瓦斯量W_(j)为0.68 m^(3)/t,煤层透气性系数由0.0437 m^(2)/(MPa^(2)·d)增加至1.08 m^(2)/(MPa^(2)·d),孔隙率由3.5%增加至4.05%,残余瓦斯压力为0.31 MPa,实现了高瓦斯矿井突出煤层高效、安全、经济生产的目的。 展开更多

关键词 近距离煤层群 半煤岩 上保护层 卸压增透 底板破坏深度

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岩-煤组合体试样变形场与能量演化特征试验研究 被引量：7

5

作者 孔凯 尹大伟 +5 位作者 张虎 朱海峰 李法鑫 孙德全 张士川 王沉 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第5期30-39,共10页

采用数字散斑应变测量系统进行灰岩-煤组合体试样单轴压缩变形破坏演化试验,分析组合体试样变形局部化带和能量演化特征,揭示其渐进破坏机制。组合体试样变形局部化带演化主要与其内部原生裂纹起裂、扩展有关,变形局部化带首先出现在原... 采用数字散斑应变测量系统进行灰岩-煤组合体试样单轴压缩变形破坏演化试验,分析组合体试样变形局部化带和能量演化特征,揭示其渐进破坏机制。组合体试样变形局部化带演化主要与其内部原生裂纹起裂、扩展有关,变形局部化带首先出现在原生裂纹区域,沿最大主应力方向发育扩展,煤样内变形局部化带发育扩展相对较快,变形局部化带交汇、贯通导致组合体试样整体破坏失稳。变形局部化带位移错动量演化主要经历微变化、线性缓慢增长、非线性加速增长3个阶段,与轴向应力变化基本相对应,峰后变形局部化带快速扩展贯通,位移错动量非线性加速增长。外界输入能量主要被煤样变形破坏所消耗,煤样首先发生渐进破坏而释放能量,交界面处灰岩、煤样由协同变形转为非协同变形;煤样破坏诱发灰岩回弹变形并释放弹性能,部分弹性能作用于煤样而加剧其破坏,煤样发生拉-剪混合破坏;煤样内裂纹扩展传播至灰岩内,并与灰岩内裂纹贯通,导致其拉伸破坏。 展开更多

关键词 岩-煤组合体 数字散斑 变形场 变形局部化带 弹性变形能

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基于光纤锚杆监测的急倾斜厚煤层巷道支护技术研究 被引量：5

6

作者 孙德全 苏怀瑞 +3 位作者 曲泽良 毛开江 荣海 李南南 《中国煤炭》 2022年第12期34-42,共9页

对乌东煤矿北采区巷道多次出现冒顶事故的原因进行了研究和分析,确定了巷道冒顶的动力源和能量基础;采用松动圈测试方法,进一步分析得出锚杆锚固端长度不足是冒顶事故频繁发生的主要因素之一;研究了基于光纤锚杆监测技术的巷道锚固优化... 对乌东煤矿北采区巷道多次出现冒顶事故的原因进行了研究和分析,确定了巷道冒顶的动力源和能量基础;采用松动圈测试方法,进一步分析得出锚杆锚固端长度不足是冒顶事故频繁发生的主要因素之一;研究了基于光纤锚杆监测技术的巷道锚固优化方案。研究结果表明:北采区回采巷道与地应力夹角方向近垂直,受地应力作用强烈,对巷道支护的稳定性产生重要影响。Ⅳ-3和Ⅴ-5活动断裂的赋存为冒顶区域的煤岩体提供了动力源和能量基础,给巷道支护带来了困难。矿井采用的端部锚固局部位置存有锚固失效现象,冒顶区域的松动圈厚度大于锚杆的控制范围,锚杆锚固端长度不足是巷道冒顶的主要原因。端锚锚杆杆体受力最大处位于距巷帮2000~2100 mm处,全锚锚杆杆体受力最大处位于距离巷帮700~1200 mm处,表明在乌东煤矿北采区急倾斜特厚煤层的巷道支护中,全长锚固锚杆控制围岩变形能力优于端头锚固锚杆。因此,在急倾斜特厚煤层的巷道支护中,建议采用全长锚固,提高巷道支护效果和安全性。 展开更多

关键词 光纤锚杆监测技术 急倾斜特厚煤层 巷道冒顶 地质动力区划 松动圈测试

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基于VMD和SVM的煤厚预测方法研究 被引量：9

7

作者 曾爱平 张嘉玮 +4 位作者 任恩明 刘涛 姜飞 刘兴金 苏怀瑞 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期243-250,共8页

煤厚变化对煤炭安全高效开采具有重要的影响。针对三维地震数据中含有噪声时,易导致煤厚预测结果具有较大误差的问题,提出一种利用变模态分解(VMD)和支持向量机(SVM)方法结合进行煤厚预测的方法。首先,构建煤厚楔形模型并对其进行地震... 煤厚变化对煤炭安全高效开采具有重要的影响。针对三维地震数据中含有噪声时,易导致煤厚预测结果具有较大误差的问题,提出一种利用变模态分解(VMD)和支持向量机(SVM)方法结合进行煤厚预测的方法。首先,构建煤厚楔形模型并对其进行地震正演模拟,当煤层厚度较薄时,振幅属性和频带宽度属性与煤厚之间具有较好的正相关性,而瞬时频率属性与煤厚具有较好的负相关性;对正演地震记录增加噪声,结果表明噪声对利用地震属性进行煤厚预测具有较大影响。利用VMD进行去噪之后,基于SVM进行煤厚预测,实际地震资料的煤厚预测结果与已有钻孔揭露的煤层信息较为吻合,预测煤厚最小绝对误差仅为0.02m,最大绝对误差0.52m,验证了方法的可行性和有效性。研究成果可为低信噪比区的煤厚反演提供参考。 展开更多

关键词 变模态分解 支持向量机 煤厚 地震属性

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构造煤微观孔隙结构形态学特征及定量分析 被引量：9

8

作者 王士路 张开仲 +2 位作者 杜联营 韩希伟 王明 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第5期862-871,共10页

研究构造煤结构有助于深入理解煤与瓦斯突出易发区储层瓦斯赋存及运移规律,而从微观形态学结构角度精细定量化表征的研究相对较少。本文通过原子力显微镜、压汞法和物理吸附法开展构造煤和原生煤的三维表观形貌、孔隙发育程度、孔径分... 研究构造煤结构有助于深入理解煤与瓦斯突出易发区储层瓦斯赋存及运移规律,而从微观形态学结构角度精细定量化表征的研究相对较少。本文通过原子力显微镜、压汞法和物理吸附法开展构造煤和原生煤的三维表观形貌、孔隙发育程度、孔径分布、形态特征参数及连通特性等,旨在从本质上揭示两者微观多尺度结构差异性及对瓦斯运移的影响。结果表明:构造作用促使极限吸附量增大,煤结构整体强度降低,且气体瞬间解吸能力增强;构造煤结构表面形态特性由规则纳米孔向凹凸不平条带状微裂隙转变,脆性构造变形也导致孔隙整体呈现高粗糙度且不圆润形状;不论是原生煤还是构造煤,微孔对整体孔容和比表面积均具有重要贡献,但其对构造应力敏感程度低于介孔和大孔,其中构造煤的介孔孔容和比表面积相比原生煤增幅分别约4倍和10倍,大孔也分别提升了0.0088 cc/g和1.459 m^(2)/g;通过压汞法进退汞曲线及滞后环可知,构造煤中有效孔比例从76.95%降低至74.21%,导致气体自由运移空间降低,主要归因于由交联孔和半开放孔构成的限制型孔喉配置结构的大量存在;构造作用促使孔喉比和曲折度分别降低了约10%和0.5%,运移路径缩短且孔隙形态结构更加简单化;通过液氮吸附脱附曲线及滞后环可知,构造作用可能从本质上改变了孔隙形态结构特征,促使产生更多限制型孔隙配置关系,抑制了气体有效运移属性。 展开更多

关键词 构造煤 孔隙结构 表观形貌 形态学 多尺度表征

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粉煤灰陶粒混凝土煤矿井下支护试验研究 被引量：7

9

作者 李云鹏 苏怀瑞 +2 位作者 赵善坤 黄春慧 王玉 《煤炭工程》 北大核心 2021年第6期113-117,共5页

通过试配LC20强度粉煤灰陶粒混凝土,在实验室内进行了混凝土抗压强度及弹性模量测试,对比分析了粉煤灰陶粒混凝土与普通混凝土的力学性能,确定了井下锚喷支护配合比方案,并按照该方案在寸草塔一矿进行了现场工业性试验。结果表明:实验... 通过试配LC20强度粉煤灰陶粒混凝土,在实验室内进行了混凝土抗压强度及弹性模量测试,对比分析了粉煤灰陶粒混凝土与普通混凝土的力学性能,确定了井下锚喷支护配合比方案,并按照该方案在寸草塔一矿进行了现场工业性试验。结果表明:实验室内试配LC20强度粉煤灰陶粒混凝土28d强度可达29.6MPa;粉煤灰陶粒混凝土的弹性模量较小,更能适应井下巷道支护条件;现场工业性试验喷射的粉煤灰陶粒混凝土在井下养护28d强度可达29.9MPa,支护效果良好,具有较高的可行性。研究成果可为粉煤灰陶粒混凝土在煤矿的应用提供理论依据和施工经验。 展开更多

关键词 粉煤灰陶粒混凝土 巷道支护 锚喷支护 抗压强度 弹性模量

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硬厚岩层下覆岩裂隙演化特征及其致灾机理分析 被引量：3

10

作者 马富武 李杨 +2 位作者 苏怀瑞 孙德全 梁开华 《煤炭工程》 北大核心 2023年第2期93-97,共5页

针对上覆岩层赋存硬厚岩层,采用相似材料模拟试验的方法,制作了工作面上覆硬厚岩层的相似模型,研究了硬厚岩层下覆岩结构和裂隙演化特征,分析了硬厚岩层破断致灾成因。研究结果表明,工作面推进后,上覆岩层走向断面上逐渐形成梯形结构,... 针对上覆岩层赋存硬厚岩层,采用相似材料模拟试验的方法,制作了工作面上覆硬厚岩层的相似模型,研究了硬厚岩层下覆岩结构和裂隙演化特征,分析了硬厚岩层破断致灾成因。研究结果表明,工作面推进后,上覆岩层走向断面上逐渐形成梯形结构,硬厚岩层的存在屏蔽了梯形结构的纵向发育;硬厚岩层下最大离层裂隙发育呈跳跃式上升,占据了煤层开采的大部分空间,为瓦斯积聚创造了空间;破断裂隙和离层裂隙相互贯通,在工作面侧和切眼侧的形成了双向互通的竖向破断裂隙区,为瓦斯运移提供了路径。开采煤层附近释放的瓦斯顺着两侧竖向破断裂隙区进入上覆岩层最大离层裂隙,最终积聚在占据了煤层开采大部分空间的硬厚岩层下最大离层裂隙。硬厚岩层破断后瓦斯空间急剧减小,瓦斯压力快速上升,瓦斯经两侧竖向破断裂隙区涌向工作面,易诱发瓦斯突涌等灾害。 展开更多

关键词 硬厚岩层 相似模拟 裂隙演化 破断裂隙区 瓦斯突涌 岩层控制

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顺层瓦斯抽采钻孔定点定长封孔应用研究 被引量：3

11

作者 邹双英 杜联营 +2 位作者 张开仲 邹傲傲 张亮 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2023年第3期95-99,共5页

针对矿井煤层实际赋存情况,通过数值方法定量表征了煤岩体巷道应力分布情况;结合现场考察对上述模拟结果进行了验证,同时采用不同深度单位长度钻孔冲粉量指标的变化规律划定巷道两帮“三带”的范围,进而确定顺层钻孔的合理封孔深度。通... 针对矿井煤层实际赋存情况,通过数值方法定量表征了煤岩体巷道应力分布情况;结合现场考察对上述模拟结果进行了验证,同时采用不同深度单位长度钻孔冲粉量指标的变化规律划定巷道两帮“三带”的范围,进而确定顺层钻孔的合理封孔深度。通过钻孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量随时间的变化规律表征不同封孔深度的钻孔密封性能,结合经济科学抽采的基本原理表明了最理想封孔长度;结合围岩异常应力分布特征和破坏模式,提出针对围岩低渗区的定点定长封孔方法来提高钻孔密封性能。现场实验表明,该方法是一种实现煤层瓦斯高效抽采的可行技术方法,对于实现煤层瓦斯安全经济高效抽采有积极作用。 展开更多

关键词 顺层钻孔 瓦斯抽采 应力分布 封孔深度 抽采效率 低渗围岩

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上遗留边界煤柱影响下巷道应力异常段围岩控制技术研究 被引量：5

12

作者 杨增强 孙凯华 +3 位作者 李丰硕 李岗伟 任长乐 支艺翔 《煤炭工程》 北大核心 2021年第8期49-55,共7页

基于煤层群开采期间上遗留边界煤柱对于底板煤岩体的影响特征为工程背景,通过理论分析、精细化数值模拟分析、工业性试验和矿压监测等研究方法,对上遗留边界煤柱影响下巷道应力异常段围岩控制技术进行研究。结果表明:理论计算得知在遗... 基于煤层群开采期间上遗留边界煤柱对于底板煤岩体的影响特征为工程背景,通过理论分析、精细化数值模拟分析、工业性试验和矿压监测等研究方法,对上遗留边界煤柱影响下巷道应力异常段围岩控制技术进行研究。结果表明:理论计算得知在遗留边界煤柱中轴线正下方主要受垂直应力影响;而在遗留边界煤柱两侧正下方主要受剪切应力影响;数值模拟运算得知051606回风巷应力异常段顶板主应力差主要集中于遗留边界煤柱中轴线正下方处,顶板剪切应力约为6.0-7.0MPa,底板剪切应力约为5.0-6.0MPa,主要集中于遗留边界煤柱两侧正下方处,理论计算与数值模拟结果相一致;后续051606工作面回采期间巷道应力异常段围岩偏应力分布整体呈非对称形式,针对性采用非对称补强修复措施。矿压监测表明围岩整体变形量控制良好,能够很好的满足安全生产需求。 展开更多

关键词 煤层群 遗留边界煤柱 应力异常段 补强修复

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