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沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践 被引量：2
1
作者 谭云亮 张修峰 +4 位作者 范德源 刘学生 朱斯陶 牟宗龙 陈洋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期209-223,共15页
无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:... 无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:构建了沿空工作面覆岩结构力学模型,提出了上位覆岩等效载荷估算方法,揭示了下位覆岩结构特征及演化规律;获得了沿空工作面下位覆岩运动对煤体内应力的定量表征方法,提出了以煤体的静载支承应力及关键层断裂产生的扰动应力之和与煤体强度比值大小为致灾指数的覆岩致灾关键层判识方法;定义了覆岩关键结构失稳致灾力学判据,综合分析应力状态和冲击倾向性指数对“发生冲击地压”的隶属度实现了侧空覆岩致灾风险评级;给出了侧空覆岩结构改性方法及防冲流程,并在新巨龙6305工作面开展了工程实践。结果表明,6305工作面实施侧空覆岩结构主动改性后,微震事件频次增幅33.3%,平均每个事件能量降幅23.5%;煤体应力集中程度显著降低,最大降幅约27.2%;沿空巷道围岩变形量明显减小,最大减小约104.7%;侧空覆岩致灾关键层得到消除,冲击地压的可能性等级为由“很可能”降为“不可能”。 展开更多
关键词 深部 冲击地压 沿空巷道 覆岩结构 致灾 主动改性
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基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法及应用 被引量：2
2
作者 赵同彬 尹延春 +3 位作者 任文涛 张庆志 高久国 赵志刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2384-2393,共10页
钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数... 钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数,提出考虑卸压扰动的大直径卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量确定方法;通过开展室内煤样钻孔卸压-煤粉测量试验,探究钻孔孔径、煤粉量、煤样初始应力及卸压后应力间的函数关系,进而给出孔距为1、2和3 m条件下孔径为150 mm的卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量的建议值;并结合研发的煤粉自动测量装置,在井下冲击危险巷道开展大直径卸压钻孔钻屑检测应用。结果表明:煤样钻孔煤粉量与钻孔孔径、煤样应力呈正相关关系,钻孔卸压后煤样应力降低率与钻孔孔径-孔距比呈正相关性;孔径为150 mm的卸压钻孔的钻粉率指数大于孔径为44 mm的钻孔的钻粉率指数,且随着钻孔间距的减小而逐渐增大;山东唐口矿6310工作面孔径为150 mm的卸压钻孔的煤粉量为25~93 kg/m,在巷帮12~14和18~20 m深处存在高应力区,沿空巷道煤粉量明显大于实体煤巷道。通过大直径卸压钻孔钻粉率指数确定方法和煤粉自动测量装置相结合,形成了基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法,为巷道高应力危险区“卸压-检测”同步作业提供了一种实用技术途径。 展开更多
关键词 冲击地压 卸压钻孔 钻屑法 钻粉率指数 临界煤粉量
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基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法 被引量：1
3
作者 赵同彬 赵志刚 +3 位作者 齐炎山 尹延春 牛旭 李淇凡 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期122-132,共11页
煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以... 煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以得到煤矿井下大量煤体应力数据。本文根据煤体钻削破坏特征,对钻头破煤进行了力学分析,以钻头钻削力为纽带,研究了钻头受力与煤体应力关系,建立了煤体钻削力学模型,给出了包含钻进多参量的煤体应力反演方程;开展不同强度和煤体应力的原煤室内钻进实验,验证了力学模型的准确性和适用性,自主研制了大直径卸压钻机配套的随钻测量装置,开展煤矿井下实测实验,获取钻头位移、转速、转矩随时间变化数据,计算得到不同钻孔深度的煤体应力,给出了卸压孔区应力场分布形态,并与钻进能量和钻进时间进行了比较分析。结果表明,室内钻进实验加载应力与钻削力学模型计算应力平均误差为4.9%、最大误差为15.7%;现场实测煤体应力随孔深呈现先上升后下降的趋势,与煤壁支承压力分布规律一致,同一钻孔的煤体应力、钻进时间和钻进能量随孔深变化曲线基本一致,表明高应力区钻孔消耗能量较多,所需钻进时间也较长;对比相邻钻孔应力发现,先施工钻孔的应力峰值较高,后施工钻孔应力峰值较低,且峰值位置向深部转移,表明先施工钻孔起到明显的卸压作用。通过建立钻进多参量和煤体应力的定量关系,进行基于大直径卸压钻孔钻进多参量的煤体应力原位测量,将大直径卸压钻孔从卸压工程孔拓展为应力测量孔,实现钻孔卸压与应力测量评估一体化。 展开更多
关键词 大直径卸压钻孔 钻削力学模型 煤体应力 钻进多参量 钻测方法
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锚杆锚固性能静载与动载试验方法及设备研究进展
4
作者 赵同彬 王学斌 +5 位作者 邢明录 李龙飞 李春林 张玉宝 王阁 公亚宁 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期1-21,共21页
为测试锚杆对岩体的加固作用及评估锚固性能,国内外学者通过设计拉伸、剪切、拉剪组合静载及动载试验,对锚杆的静/动锚固性能开展了大量研究,形成了一系列测试技术和试验设备。文章综述了锚杆锚固性能试验方法与设备的发展现状,静载试... 为测试锚杆对岩体的加固作用及评估锚固性能,国内外学者通过设计拉伸、剪切、拉剪组合静载及动载试验,对锚杆的静/动锚固性能开展了大量研究,形成了一系列测试技术和试验设备。文章综述了锚杆锚固性能试验方法与设备的发展现状,静载试验方面,重点介绍了岩体锚杆拉伸、剪切及拉剪组合试验的基本原理,讨论了锚杆静载试验设备功能,如裂隙岩体锚杆拉伸、剪切及拉-剪组合等应用场景;动载试验方面,介绍了动载拉伸(拉拔)及剪切试验方法与设备,重点探讨了裂隙岩体锚杆拉伸的自由落体冲击及动量转换冲击原理。研究讨论了现有锚杆静载试验在模拟拉-剪-扭复合载荷方面的局限性,以及动载试验在集成上述两类冲击方法时面临的技术挑战,指明未来应重点研发具备智能化控制、能够实现多因素(如应力、渗流、温度等)耦合加载的先进锚固试验设备,并重视静/动载锚固性能数据库的标准化建设,为锚杆性能研究提供新的技术支撑与设备保障。 展开更多
关键词 锚杆支护 锚固性能 试验方法 设备 力学行为
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厚煤层沿空掘巷区段煤柱宽度留设及支护数值模拟分析
5
作者 王普 于秀慧 +3 位作者 张美 郭际鹏 张传洋 马富武 《中国矿业》 北大核心 2025年第10期162-173,共12页
合理留设煤柱宽度是保障工作面巷道稳定性与高效安全回采的重要条件。基于某工作面厚煤层工作面沿空掘巷开采工况与地质条件,通过极限平衡理论计算得到区段留设煤柱宽度合理数值为参考,结合FLAC3D数值模拟软件对沿空掘巷工作面开采不同... 合理留设煤柱宽度是保障工作面巷道稳定性与高效安全回采的重要条件。基于某工作面厚煤层工作面沿空掘巷开采工况与地质条件,通过极限平衡理论计算得到区段留设煤柱宽度合理数值为参考,结合FLAC3D数值模拟软件对沿空掘巷工作面开采不同区段煤柱宽度(5 m、7 m、9 m、11 m)的煤柱内应力、塑性区破坏情况与巷道围岩变形情况进行分析,进而确定沿空掘巷区段留设煤柱合理宽度,并基于合理煤柱宽度留设时仍然存在煤柱内应力水平较高与巷道变形量较大的情况,提出了科学有效的长锚杆/短锚索+喷浆的支护方案。研究结果表明:沿空掘巷区段煤柱留设宽度为7 m时,煤柱内应力集中程度相对煤柱留设宽度为9 m、11 m时较低,塑性破坏发育较弱,煤柱具有良好的承载能力,且巷道围岩变形相对较小;而相对煤柱留设宽度为5 m时,区段煤柱应力集中水平虽然降低,但其塑性破坏程度明显加剧,巷道变形显著增大,严重影响了煤柱承载力与巷道安全服役,因此,认为区段煤柱留设宽度为7 m较为合理,且与极限平衡理论计算结果7.8 m基本一致。基于此,开展长锚杆/短锚索+喷浆的联合支护,发现新支护方案较无支护可使巷道顶板变形量降低70%,煤柱帮变形量和实体煤帮变形量分别减小58%、51%,新支护方案效果良好且科学合理,可有效控制巷道围岩变形。研究结果可为相似地质条件下沿空掘巷下留设合理煤柱宽度提供理论指导,同时为巷道围岩变形控制提供科学合理的支护方案。 展开更多
关键词 厚煤层 窄煤柱 沿空掘巷 围岩控制 数值模拟
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含卸压钻孔煤体损伤特性及储能演化规律
6
作者 尹延春 赵同彬 +3 位作者 王爱文 姚传儒 刘方锐 高学鹏 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期246-257,共12页
在深部强采动应力环境下,煤层中大直径卸压钻孔易发生塌孔、闭合压实等现象,卸压效果表现出明显的时效特性。通过开展室内含钻孔煤体试件轴向压缩与循环加卸载试验,结合数值模拟方法,分析了煤体内部钻孔变形-闭合过程中的煤体损伤及弹... 在深部强采动应力环境下,煤层中大直径卸压钻孔易发生塌孔、闭合压实等现象,卸压效果表现出明显的时效特性。通过开展室内含钻孔煤体试件轴向压缩与循环加卸载试验,结合数值模拟方法,分析了煤体内部钻孔变形-闭合过程中的煤体损伤及弹性能演化特征,研究了钻孔孔径、加载速度等因素对含钻孔煤体储能特性的影响规律。研究表明:钻孔卸压后煤体钻孔会经历缩孔变形、孔周裂隙扩展、塌孔和钻孔闭合4个阶段;初始缩孔变形阶段钻孔闭合速率小,声发射b值逐渐增大,弹性能占比相对平稳;进入孔周裂隙扩展阶段后,钻孔闭合速率增大至缩孔变形阶段的4.3倍,声发射b值和弹性能占比逐渐降低,卸压效果逐渐增强;发生塌孔后,弹性能占比发生突降、总降幅是孔周裂隙扩展阶段的25.3倍,此阶段试件损伤达到峰值、钻孔卸压效果最佳;钻孔闭合后弹性能占比恢复回升,卸压效果逐渐降低;钻孔孔径和加载速度会对煤体钻孔变形闭合及能量演化产生明显的影响,钻孔孔径越大,煤体更易发生塌孔现象、弹性能占比降低速度更快、更容易达到最佳卸压状态,卸压起效快、持续时间长;而随着加载速度的增加,煤体弹性能占比降低速度减慢、最小值增大,卸压效果减弱、有效卸压时长缩短。根据钻孔卸压时效特性,对于深部强采动巷道,应合理确定超前预卸压距离及卸压参数、控制推进速度,并采用多轮卸压等方式保证钻孔卸压持续有效。 展开更多
关键词 冲击地压 钻孔卸压 钻孔变形 煤体损伤 能量演化
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