淮南矿区潘二煤矿A组煤分层开采底板破坏深度安全性评价

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作者 黄刚 任波 +2 位作者 韩云春 余国锋 王创 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期70-76,共7页

淮南矿区潘二煤矿深部A组煤开采受底板高承压水严重威胁。为清晰掌握A组煤开采过程中底板破坏深度及发育机理,基于FLAC^(3D)数值模拟和微震监测技术分析了潘二煤矿A组煤分层开采工作面在回采扰动下工作面围岩应力分布规律及底板破坏范围... 淮南矿区潘二煤矿深部A组煤开采受底板高承压水严重威胁。为清晰掌握A组煤开采过程中底板破坏深度及发育机理,基于FLAC^(3D)数值模拟和微震监测技术分析了潘二煤矿A组煤分层开采工作面在回采扰动下工作面围岩应力分布规律及底板破坏范围;根据工作面回采过程中微震实时监测数据,利用SPSS软件聚类分析了底板破碎集中范围。研究结果表明:A组煤上分层回采工作面底板破坏带发育深度集中深度为23~30 m,平均底板破坏深度约为27 m;下分层回采工作面的底板破碎岩体中,在底板岩层深为9~22 m之间呈现较大集中特性,并在底板下21 m高度集中,下分层采动诱发底板破碎体基本处于上分层煤层开采底板破坏范围之内,采动破坏带与含水导升带未形成贯通。 展开更多

关键词 底板高承压水 分层开采 数值模拟 微震监测 底板破坏

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淮南矿区强采动影响下煤巷锚网安全支护与围岩控制技术

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作者 任帅 肖殿才 +3 位作者 罗勇 余国锋 任波 高翔 《煤炭工程》 北大核心 2024年第11期29-37,共9页

淮南矿区近年来逐步进入深部开采,围岩应力高、环境复杂、软弱破碎、稳定性差、变形剧烈等工程技术难题日益突出,传统支护技术的局限性日显露,因此本研究基于淮南矿区潘三矿深井地质条件,采用理论分析、数值模拟、工业性实验、现场实测... 淮南矿区近年来逐步进入深部开采,围岩应力高、环境复杂、软弱破碎、稳定性差、变形剧烈等工程技术难题日益突出,传统支护技术的局限性日显露,因此本研究基于淮南矿区潘三矿深井地质条件,采用理论分析、数值模拟、工业性实验、现场实测等方法针对深部强采动影响下煤巷围岩控制难题开展系统深入研究,分析了淮南矿区深部强采动煤巷围岩赋存特征,主要为埋深大、岩性变化大、巷道断面大、复合顶板较多、煤体强度较低等问题,根据淮南矿区煤巷围岩赋存特征分析了深部强采动煤巷控制技术难点;针对淮南矿区深部强采动煤巷围岩控制技术难点,建立了“应力优化-围岩改性-锚固强化”一体化协同控制技术体系,创新了“切顶卸压—注浆加固-厚锚固层强化”一体化围岩控制技术;在2121(3)运输巷道开展了工业试验,巷道回采期间运输巷道两帮最大累积变形量为436.6 mm,底板累积最大相对位移量约为390.1 mm,小于原支护方式下变形量的50%;2121(3)运输巷道顶板浅部岩层1.5~1.8 m范围存在离层和裂隙发育,深部顶板岩层完整性较好,具有较好的承载性能,可以较好的维护巷道稳定性,验证了该技术体系在深部强动压煤巷围岩稳定控制上具有较好的维控效果。 展开更多

关键词 淮南矿区 强烈采动影响 厚锚固层 锚固梯度 围岩控制

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“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律实验研究 被引量：1

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作者 康志鹏 任波 +2 位作者 罗勇 段昌瑞 任帅 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页

针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力... 针对“三软”厚煤层大采高工作面开采覆岩非线性、非对称破坏问题以及保护煤柱宽度不合理造成的资源浪费、巷道围岩稳定性差等问题,以新景煤矿15028工作面为工程背景,通过物理相似模拟实验对“三软”厚煤层大采高工作面覆岩破断及应力运移规律进行实验研究。结果表明:“三软”厚煤层大采高工作面在回采开始时,顶板未发生大面积垮落,但产生较多水平裂隙;初次垮落时,塌落岩体与上部形成较大自由空间;当继续回采达到关键层极限破断距时,上覆岩层迅速大面积垮落,形成类似冲击地压的顶板“强烈垮塌”,采空区边缘悬臂梁结构发生“裂隙孕育快速发育回转下沉”变化,顶板垮落岩石由于碎胀充填作用,并未完全冒落;随着煤层持续开采,只在上覆岩层作用力的情况下,采空区底板未产生明显变形,即底板变形的主要原因为水平应力因素,采空区上覆岩层整体发生下沉,其中靠近煤层顶板越近,下沉量越大,最大下沉量为750 mm;采空区中部岩层位移最大,向两侧实煤体帮逐渐减小到0,整体位移曲线呈“V”字形;厚煤层大采高工作面侧向支承压力具有“双峰”特性,先小幅增加,达到第1个峰值点后小幅回落,应力降低区距离采空区10 m左右,而后到达第2个峰值点,此时距离采空区边缘19.2 m,应力最大值为27.5 MPa,随后持续回落,在72 m处趋于稳定,即采动侧向支承压力影响范围在60 m左右。 展开更多

关键词 “三软”厚煤层 大采高工作面 破断失稳 应力运移规律

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黄河中游陕北煤矿区采动地裂缝对土壤入渗特性的影响及其侵蚀效应 被引量：2

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作者 宋世杰 成星 +4 位作者 王双明 刘露 李源红 张家杰 陈宝灯 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1234-1248,共15页

破解黄河中游煤矿区采动地裂缝的水土流失效应,对于陕北煤矿区生态环境保护与高质量发展具有重要意义。以陕北柠条塔井田北翼典型采动地裂缝发育区内宽度0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝周围土壤(水平距离80 cm以内、垂直深度20 cm以... 破解黄河中游煤矿区采动地裂缝的水土流失效应,对于陕北煤矿区生态环境保护与高质量发展具有重要意义。以陕北柠条塔井田北翼典型采动地裂缝发育区内宽度0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝周围土壤(水平距离80 cm以内、垂直深度20 cm以浅)为研究对象,利用定水头法和仪器分析法分别测定土壤入渗速率、累积渗透量、饱和导水率(K_(s))、有机质、机械组成、>0.25 mm水稳性团聚体含量,揭示了采动地裂缝对土壤入渗特性的影响规律,基于RUSLE2模型计算阐明了考虑入渗特性的采动地裂缝小空间尺度上的土壤侵蚀效应。结果表明:①采动地裂缝周围土壤的入渗速率随时间变化而呈现出瞬变(0~3 min)、渐变(3~60 min)及稳定(60~110 min)3个阶段的动态变化过程;②采动地裂缝发育提高土壤K_(s)的效应最显著,平均增幅为60.63%,该效应随采动地裂缝宽度的增大和距裂缝水平距离的减小而增强;③土壤累积入渗量和K_(s)与极细砂粒呈极显著正相关(p<0.01),而与黏粒、有机质则呈极显著负相关(p<0.01),与>0.25 mm水稳性团聚体也呈显著负相关(p<0.05);④考虑入渗特性计算的可蚀性K值变化幅度比不考虑时增大了1.12~2.13倍;基于指数函数构建了不同宽度采动地裂缝影响周围土壤入渗速率和可蚀性K值作用范围的预测模型,发现当距采动地裂缝水平距离分别超过226、157 cm时,采动地裂缝增大周围土壤入渗速率及可蚀性的效应基本消失,其可作为黄河中游陕北黄土采动地裂缝发育区水土流失效应的精准防控靶区。 展开更多

关键词 采动地裂缝 土壤入渗特性 土壤侵蚀效应 RUSLE2模型 陕北煤矿区

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黄河中游陕北煤矿区不同宽度的采动地裂缝对土壤抗冲性的影响 被引量：1

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作者 宋世杰 阮豪 +4 位作者 王双明 陈宝灯 李源红 刘露 张家杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期382-395,共14页

采动地裂缝作为黄河中游陕北煤矿区显著且最具代表性的采动损害形式,引发的水土流失效应已经不容忽视。为研究采动地裂缝发育对周围土壤抗冲性的影响,选取陕北柠条塔北翼采动地裂缝发育区内宽度为0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝作... 采动地裂缝作为黄河中游陕北煤矿区显著且最具代表性的采动损害形式,引发的水土流失效应已经不容忽视。为研究采动地裂缝发育对周围土壤抗冲性的影响,选取陕北柠条塔北翼采动地裂缝发育区内宽度为0~10、10~20、20~30 cm的采动地裂缝作为研究对象,采集其周边水平距离0~80 cm的表层土壤,测定土壤机械组成、>0.25 mm水稳性团聚体、有机质等5个国内外学者普遍关注的土壤抗冲性影响因子和土壤抗冲系数,揭示采动地裂缝周围土壤理化特性指标及抗冲系数的变化规律,构建陕北采动地裂缝发育区表层土壤抗冲系数的预测模型。结果表明:采动地裂缝周围表层土壤在冲刷作用下产生的泥沙流失量会随冲刷时间的增加呈现“速增(0~1 min)、缓增(1~3 min)、稳持(3~10 min)”3阶段的变化过程,冲刷产生的泥沙流失量主要来自于3 min以内,其贡献率超过90%;采动地裂缝会产生大幅降低周围表层土壤抗冲性的效应,最大降幅为32.1%,且采动地裂缝宽度越大,越靠近地裂缝,该效应越明显;土壤抗冲系数与砂粒质量分数呈极显著负相关(p<0.01),与黏粒、>0.25 mm水稳性团聚体、有机质质量分数呈极显著正相关(p<0.01),其中砂粒、有机质、>0.25 mm水稳性团聚体质量分数可作为陕北采动地裂缝发育区土壤抗冲性的主控因素;以采动地裂缝宽度、距裂缝水平距离为变量,构建了采动地裂缝发育区表层土壤抗冲系数预测模型,计算发现当水平距离超过158 cm时,采动地裂缝对周围表层土壤抗冲性的影响基本消失,其可作为陕北采动地裂缝发育区土壤水蚀性防控的靶向区域。研究结果可为黄河中游陕北矿区水土流失的精准防控提供科学依据。 展开更多

关键词 采动地裂缝 土壤抗冲性 土壤侵蚀 原状土 陕北煤矿区

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颗粒煤的破碎比功及其在压缩破碎过程中的能量转移特征研究

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作者 袁亮 涂庆毅 +2 位作者 赵祖恒 薛生 黄嘉盛 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期785-796,共12页

破碎比功是表征突出过程中煤体破碎能量需求的重要参数。为了研究颗粒煤在压缩试验条件下的能量转移特征和破碎比功,以5个典型矿区的煤样为研究对象,开展单颗粒煤压缩试验及PFC2D颗粒流模拟,探究破碎过程中的能量分布和耗散、裂纹扩展... 破碎比功是表征突出过程中煤体破碎能量需求的重要参数。为了研究颗粒煤在压缩试验条件下的能量转移特征和破碎比功,以5个典型矿区的煤样为研究对象,开展单颗粒煤压缩试验及PFC2D颗粒流模拟,探究破碎过程中的能量分布和耗散、裂纹扩展倾角分布及破碎比功与坚固性系数之间的关系。结果表明:颗粒煤的破碎比功与坚固性系数存在一定的线性关系;颗粒煤的破碎比功随粒径的增加而减小。相同加载阶段,微观裂纹数随着颗粒煤粒径的增加而减少,粒径为5和7 mm的颗粒煤在能量大于1.58×10^(-6)和1.37×10^(-6)J时会产生微观裂纹。颗粒破碎过程中裂纹倾角的分布集中在75°~115°。破坏阶段,颗粒煤宏观裂纹倾角随颗粒直径的增大而减小。研究成果为利用煤的破碎比功预测煤与瓦斯突出危险性提供理论和试验数据支撑。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 破碎比功 颗粒煤 坚固性系数 PFC2D数值模拟

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基于随钻参数响应特征的巷道顶板岩层界面识别方法研究

7

作者 李点尚 刘灿灿 +3 位作者 王传兵 任波 任帅 康志鹏 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期95-104,共10页

为实现煤矿地质透明化,促进煤矿智能化发展进程,解决传统岩层界面识别方法速度慢、成本高以及精度差的难题,围绕岩层界面智能识别进行研究。首先,在实验室内浇筑地层模型,通过自主研制的随钻装置开展位移、转速、扭矩和声压级等参数的... 为实现煤矿地质透明化,促进煤矿智能化发展进程,解决传统岩层界面识别方法速度慢、成本高以及精度差的难题,围绕岩层界面智能识别进行研究。首先,在实验室内浇筑地层模型,通过自主研制的随钻装置开展位移、转速、扭矩和声压级等参数的实时采集;其次,采用指数加权损失函数自动过滤位移数据异常值,提出钻速计算方法;然后,用变点检测算法、RStudio软件的Strucchange模型和决策树算法分析钻速、转速、声压级和扭矩等参数,对比分析其识别岩层界面的准确性;最后,在2种典型的地质条件下进行岩层界面随钻识别效果分析。结果表明:以钻速为输入参数,决策树算法是快速准确识别岩层界面的最佳方式;现场试验中煤岩界面位置预测的平均误差为0.04 m,但对于复合顶板岩层界面识别准确性相对较低。 展开更多

关键词 巷道顶板 钻进参数 岩层界面随钻探测 煤岩界面 钻孔

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水泥–粉煤灰基高水胶结材料制备及性能研究

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作者 康志鹏 罗勇 +2 位作者 任波 童政 段昌瑞 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第S1期635-640,共6页

为解决矿山充填开采过程中普通高水材料存在的易堵管、反应温度高、材料成本高等问题,通过在高水材料中掺入粉煤灰,研究不同水固比以及不同掺量粉煤灰条件下高水材料的初凝时间、析水率、结实率、抗压强度及反应温度的变化情况,并对硬... 为解决矿山充填开采过程中普通高水材料存在的易堵管、反应温度高、材料成本高等问题,通过在高水材料中掺入粉煤灰,研究不同水固比以及不同掺量粉煤灰条件下高水材料的初凝时间、析水率、结实率、抗压强度及反应温度的变化情况,并对硬化浆体进行扫描电镜分析,观测其微观结构。结果表明,水固比固定,高水材料初凝时间随粉煤灰掺量增大而增大,增大幅度排序为水固比1.5∶1>1∶1>2∶1;粉煤灰掺量固定,高水材料初凝时间随水固比增大而增大,增大幅度近似呈线性相关;不同水固比、粉煤灰掺量主要影响硬化浆体的强度和内部温度,其中水固比1∶1,粉煤灰掺量60%,材料强度随养护时间由2.1 MPa增加至2.8 MPa,硬化浆体内部反应温度对比不掺粉煤灰降低了12.3℃,降幅31.77%;强度相当的硬化浆体,最低成本相对空白组下降了54.6%。研究成果能够为掺粉煤灰高水材料性能研究和工程应用经济性提供参考依据。 展开更多

关键词 高水材料 粉煤灰 水固比 微观表征 成本分析

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深井多场应力扰动超临界锚固围岩控制技术研究

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作者 康志鹏 段昌瑞 +2 位作者 罗勇 高翔 蔡志良 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第8期77-86,共10页

为解决深部多场应力扰动下的巷道前掘后修、多次翻修、冒顶片帮的问题。采用理论分析、数值模拟、试验检验和工程实践的方法,分析锚固厚度与围岩裂隙发育的时空演化关系,提出深井巷道厚锚固层加固及超临界锚固支护围岩控制机制并进行验... 为解决深部多场应力扰动下的巷道前掘后修、多次翻修、冒顶片帮的问题。采用理论分析、数值模拟、试验检验和工程实践的方法,分析锚固厚度与围岩裂隙发育的时空演化关系,提出深井巷道厚锚固层加固及超临界锚固支护围岩控制机制并进行验证。研究结果表明:不同长度锚杆支护下围岩裂隙数随应力释放过程不断变化,应力释放阶段,围岩裂隙数基本一致,应力释放结束后,无支护条件下围岩裂隙数量激增,围岩裂隙数量随锚杆长度呈现双相波动性增长趋势,具体表现为初始阶段单调递增,随后进入短暂递减区间,最终恢复二次增长态势;基础支护体长度应穿透巷道围岩横向裂隙区并生根于巷道岩体内零位移点,从而构筑厚层加固拱,实现围岩长时强度退化抑制与动载应力阻抗性能提升;柔性锚杆的静态拉伸性能、耐久性能、循环加载性试验结果显示,影响其力学性能因子由高到低分别为潮湿环境、安装夹角、长时加载。确定最优的锁紧套管尺寸为长120 mm,直径30 mm,现场试验结果显示巷道控制效果良好。研究结果可为深部多场应力扰动巷道围岩控制提供一定的科学参考。 展开更多

关键词 多场应力 超临界锚固 厚层加固拱 柔性锚杆 性能测试

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采煤工作面导水通道电法智能监测技术应用研究 被引量：3

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作者 黄刚 余国锋 +6 位作者 韩云春 罗勇 任波 赵靖 徐一帆 高银贵 贺世芳 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期92-98,共7页

针对目前受底板承压水威胁的工作面注浆效果评价以及工作面回采过程中异常区裂隙动态发育等情况的动态监测问题,采用电法智能监测技术,在唐家会煤矿61304工作面底板低阻异常区开展注浆效果监测试验以及对回采过程中煤层底板进行实时监测... 针对目前受底板承压水威胁的工作面注浆效果评价以及工作面回采过程中异常区裂隙动态发育等情况的动态监测问题,采用电法智能监测技术,在唐家会煤矿61304工作面底板低阻异常区开展注浆效果监测试验以及对回采过程中煤层底板进行实时监测,通过监测岩层电阻率变化情况,成功捕捉到了注浆浆液动态扩散趋势和采动裂隙动态发育过程,及时预警了导水通道的动态发育情况。研究表明:电法智能监测技术能清晰监测导水通道动态发育过程,能分辨是否导通含水层,是带压开采工作面底板突水监测的新技术,为底板承压工作面的开采提供技术指导,保障煤矿安全生产。 展开更多

关键词 底板承压水 异常区 注浆效果 导水通道 电法智能监测技术

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“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制技术研究 被引量：8

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作者 康志鹏 罗勇 +2 位作者 任波 段昌瑞 肖殿才 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期446-454,共9页

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,... 为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,分析巷旁支护体结构参数对于巷道稳定性的影响。结果表明:给顶板提供充足的支护强度以及合适的可缩量,是巷旁充填体整体稳定的前提;高水充填材料单轴加压下的力学行为可分为“均匀压密、弹性变形、动态失稳、劣化破坏”4个阶段;在充填体宽度增加过程中,最大应力表现为先增后减再增的趋势,在充填体1.6 m宽时出现稳定承载应力核;理论计算的切顶最佳高度为10.7 m。工程实践表明,工作面后方60 m范围无大变形和明显应力集中,围岩整体控制效果良好、结构稳定,留巷效果达到设计要求。 展开更多

关键词 薄煤层 沿空留巷 高水材料 聚能爆破

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大变形巷道限阻耗能型支护结构研究 被引量：2

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作者 郑群 余国锋 +2 位作者 仇文革 陈昊喆 刘洋 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期118-126,共9页

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量... 为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。 展开更多

关键词 深井软岩巷道 数值模拟 围岩耗能支护 限阻耗能型支护 限阻器

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