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深部煤炭资源安全高效开采科学问题及关键技术 被引量：10
1
作者 袁亮 张通 +3 位作者 王玥晗 王新中 王雅亭 郝宪杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期1-12,共12页
在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现... 在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现状,分析了现有技术针对深部资源开发的适用性。基于现有技术现状及深部矿产资源原位贮存及采动特性,提炼出了深部矿井建设运营全过程面临的关键理论及技术问题,进一步指出了实现深部煤炭资源安全高效开采未来的技术攻关方向。通过分析数字孪生、人工智能、大算力模型等新兴技术的发展趋势,明确了地质透明化、智能开采工艺、灾害预警体系、生态环境修复等重要领域的技术突破路径,构建了深部资源安全−高效−智能−绿色开采的可行技术发展战略。未来,通过逐步在跨尺度地质体演化动态表征、非线性煤岩多相多场耦合致灾机理研究、耐高温高压多功能材料与新型勘探开采装备研发、泛适应性无人开采工艺构建、地质生态高效绿色精准修复、矿区建设−生产−修复区域智能决策大模型孕训等方向形成突破,奠定深部矿产资源稳定、高效、智能、绿色开采的基础技术保障,深部资源开采必将实现少人/无人开采及全网络分布式智能调控开采,为国家能源安全战略保障提供核心支撑。 展开更多
关键词 深部煤炭资源 安全、高效、智能、精准、绿色开采 关键技术 多相多场响应 人工智能 泛工艺
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深部开采煤矿典型动力灾害孕灾主控因素与机制研究进展 被引量：4
2
作者 杨科 郭鹏慧 +4 位作者 袁亮 曹安业 张永将 马衍坤 李家卓 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3466-3487,共22页
煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产... 煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的绊脚石,防治煤矿典型动力灾害的前提和基础是深入研究其发生机理。因此,需要掌握我国煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究领域的整体进展以及孕灾主控因素与机制。文中总结了前人及研究团队已有研究成果,利用CiteSpace软件梳理文献,并通过关键词共现和突现知识图谱分析,阐述了煤矿典型动力灾害领域发展历程中每个阶段的研究热点以及未来的发展态势;厘清了不同孕灾条件对煤与瓦斯突出和冲击地压影响的差异性;探讨了煤矿典型动力灾害孕育的“五效应”机制。分析认为,围绕煤矿典型动力灾害领域的研究均以其发生机理及孕灾因素为基点,其中孕灾因素以天然地质条件为主、开采技术条件为辅,不同的孕灾环境形成的典型动力灾害表现形式不同,典型动力灾害孕育机制包括物质内在效应、应力超载效应、能量驱动效应、结构异变效应和煤岩体时变效应,五者相互作用、相互影响。根据当前深部开采面临的问题和亟需攻克的关键难题提出了研究展望,亟待深入研究煤矿典型动力灾害全生命周期孕育特征、演化特征、致灾机理,深部强扰动作用下煤矿典型动力灾害前兆信息智能辨识、预警指标融合,以及多灾种链生灾害联防联控体系,从而有效保障深部煤炭资源安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 煤与瓦斯突出 冲击地压 煤岩瓦斯复合动力灾害 孕灾机制
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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
3
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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采煤工作面物的不安全状态界定体系构建与应用研究
4
作者 秦汝祥 沈涛 +2 位作者 李世辉 操俊杰 叶峰 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第6期2142-2152,共11页
物的不安全状态界定和消除是落实隐患排查工作的核心环节之一。为保障生产系统中物质的安全性,从种类多样的物质中提取物质共有属性进行归类,提炼基于物质属性的物质不安全特征空间。并建立依据衡量参数和评判规则的物质模式空间,实现... 物的不安全状态界定和消除是落实隐患排查工作的核心环节之一。为保障生产系统中物质的安全性,从种类多样的物质中提取物质共有属性进行归类,提炼基于物质属性的物质不安全特征空间。并建立依据衡量参数和评判规则的物质模式空间,实现对特征空间的抽象概括和定量表达,确保物质状态识别过程的客观、科学。再根据计算结果,将模式空间的抽象数据转化为包含物质状态的类型空间,进而建立四六结构模型(46Model)实现物的不安全状态界定,在此基础上提出三位一体化手段促进物的不安全状态的消除。某矿140个物质状态的验证结果表明:建立的物的不安全状态界定体系可实现物的不安全状态界定的定量化和精细化,可用率为86.43%,适用率为67.86%,准确率为78.51%;平均界定时长约为0.5 h。此外,还通过编码规律对界定与消除过程进行了标准化,研究结果对提升行业整体隐患排查治理水平具有现实意义。 展开更多
关键词 安全工程 物的不安全状态 界定体系 46Model 防护效能 采煤工作面
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煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法及应用
5
作者 杨科 于祥 +4 位作者 何祥 赵新元 方珏静 魏祯 何淑欣 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期46-64,共19页
矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规... 矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规模化和绿色化处置煤基固废的关键路径之一。但现有的充填开采技术存在对覆岩控制效果有限、缺乏多种充填方式间的联动效应和对煤基固废的综合利用率偏低等问题。因此,通过概述我国典型煤基固废的资源化利用现状和存在问题,从经济、技术、环境、政策和空间5个维度阐明了煤基固废充填开采的可行性。基于此,提出了煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法,系统阐述了该方法的内涵和整体思路,主要包括高位充填、原位充填和低位充填。结合层次分析法初步建立了具有15项评价指标的多层位立体空间煤基固废充填方法评价体系。煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法的规模化应用主要存在充填材料高效精准制备机理、充填料浆管道输送特性、充填空间结构演化规律和充填材料−充填空间交互作用不明等4项关键技术难题。围绕以上关键技术难题,主要开展煤基固废充填材料成浆机理、充填材料精准制备技术框架、充填料浆流场稳态控制、充填料浆管道输送关键参数、充填空间空隙结构演化、充填材料扩散/承载特性、充填材料−围岩系统协同作用机制和充填材料−环境多场耦合机制8项研究内容。根据宁夏煤业任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿的开采技术、充填工艺及地质条件,分别针对性提出低位垮落带注浆充填和高位离层区注浆充填方法,实现了矿区煤基固废的安全绿色处置,有效控制了地表沉陷与变形,形成了良好的区域型示范效应。多层位立体空间煤基固废充填方法创新了煤矿井下煤基固废规模化处置的新模式,完善了绿色充填开采技术体系,实现了煤矿采动覆岩全空间协同控制与固废资源化技术跃升,可推动煤炭企业由“环境代价型”向“生态增值型”的根本转变。 展开更多
关键词 多层位立体空间 煤基固废 充填开采 固废处置 评价体系
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煤矿安全管理缺陷研究概述
6
作者 秦汝祥 沈涛 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期203-210,共8页
煤矿安全管理缺陷是导致煤矿事故发生的根本原因,但煤矿安全管理缺陷排查整改现状不容乐观,煤矿安全管理与现代化管理水平仍有差距。为减少我国煤矿安全管理存在的缺陷、促进排查整改工作的落实,梳理了煤矿安全管理缺陷的发展历程;分析... 煤矿安全管理缺陷是导致煤矿事故发生的根本原因,但煤矿安全管理缺陷排查整改现状不容乐观,煤矿安全管理与现代化管理水平仍有差距。为减少我国煤矿安全管理存在的缺陷、促进排查整改工作的落实,梳理了煤矿安全管理缺陷的发展历程;分析了煤矿安全管理缺陷的研究现状和实践现状;提出以管理缺陷为主线的事故致因模型;探讨了煤矿安全管理缺陷的概念、具体内容和未来展望。研究表明:煤矿安全管理缺陷的敏感性、特殊性、复杂性、隐蔽性和模糊性是导致其在我国煤矿实践中难以进行的根本原因。最后,根据研究结果给出了关于对管理缺陷进行排查和整改的理论模型、实践流程的发展建议。 展开更多
关键词 管理缺陷 煤矿安全 煤矿事故致因模型 循环整改机制 优化后的6S管理
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深部双关键层采动裂隙演化与分形渗流模型
7
作者 杨科 郑诗章 +2 位作者 罗孝勇 刘文杰 许日杰 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期73-87,共15页
如何定量化描述双关键层下采动裂隙发育与渗透率演化规律是实现采空区及裂隙带瓦斯高效抽采的关键。以淮南矿区丁集煤矿作为工程背景,通过数值模拟研究深部双关键层工作面采动过程中覆岩裂隙的动态演化规律,利用图像化网格划分方法对裂... 如何定量化描述双关键层下采动裂隙发育与渗透率演化规律是实现采空区及裂隙带瓦斯高效抽采的关键。以淮南矿区丁集煤矿作为工程背景,通过数值模拟研究深部双关键层工作面采动过程中覆岩裂隙的动态演化规律,利用图像化网格划分方法对裂隙密度和裂隙率进行量化分析,引入分形理论描述采动裂隙扩展与闭合过程,进而基于裂隙平面板模型推导了覆岩裂隙的分形渗流模型,提出了高抽巷靶向层位的优选判据。研究结果表明:(1)深部双关键层煤层开采过程中,随工作面推进采动裂隙向上方和前方发育,水平方向采空区中部裂隙小而密,工作面及开切眼裂隙大而疏,垂直方向关键层2下方裂隙结构完整,存在期长,裂隙面积和分形维数均大于其他层位,表明关键层对裂隙分布发挥保护与协调作用;(2)根据采动裂隙分形渗流模型计算覆岩渗透率数量级为10^(-14)~10^(-11)m^(2),渗透率分布随工作面推进先后呈“单驼峰”—“梯台”—“马鞍”状演化规律,开采结束后关键层1上方形成狭长的低渗区,关键层2下方渗透率最大超过1×10^(-11)m^(2),显示出双关键层间接.控制着覆岩渗透率的分布;(3)影响高抽巷抽采效果的主要因素为瓦斯源、瓦斯通道和巷道稳定性,基于此从瓦斯积聚程度、高渗区存在期和高抽巷稳定性等3个方面量化定义高抽巷有效抽采系数概念,提出高抽巷靶向层位优选判据,并在试验工作面进行应用,取得了良好的瓦斯抽采效果。研究成果可为深部双关键层煤层采动裂隙渗流演化规律的研究提供参考,为矿井高抽巷层位布置提供技术参考。 展开更多
关键词 双关键层 采动裂隙 分形维数 渗透率模型 瓦斯抽采
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新集一矿无煤柱开采采空区群漏风检测及防治技术 被引量：1
8
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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淮南深部强突煤层群水平井区域瓦斯治理关键技术及应用
9
作者 王世森 姚宁平 +8 位作者 李点尚 李平 丁华忠 柏发松 丁同福 陈本良 苏雷 荚胜丰 杜新锋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期189-200,共12页
淮南矿区地质条件复杂,随着煤矿开采深度增加,瓦斯灾害的复杂性和危险性显著增加,亟需探索新的瓦斯防治技术。围绕淮南矿区深部强突煤层群开采条件,以区域治理、超前治理为目标,引入地面水平井瓦斯区域高效抽采技术,针对水平井高效精准... 淮南矿区地质条件复杂,随着煤矿开采深度增加,瓦斯灾害的复杂性和危险性显著增加,亟需探索新的瓦斯防治技术。围绕淮南矿区深部强突煤层群开采条件,以区域治理、超前治理为目标,引入地面水平井瓦斯区域高效抽采技术,针对水平井高效精准钻进、压裂裂缝工作面全覆盖、持续稳产排采、防突效果评价等技术难题,通过理论研究、物理模拟、数值分析、技术攻关与现场试验,创新形成淮南深部强突煤层水平井区域瓦斯治理模式与技术体系:提出了深部煤层群开采条件下井上下立体区域瓦斯治理模式;研发了极复杂地层条件下“钻前地导建模-钻中动态定位-钻后综合判层”的地面顶(底)板水平井钻井轨迹控制技术,开发了地面水平井分段多簇、大液量大排量大砂量、动态混注高强度压裂技术,研发了以潜油隔膜泵、“零水位”为核心技术及装备的L型水平井排采工艺,提出了“残余瓦斯含量+残余瓦斯压力+排采影响范围+预抽率”防突效果评价指标体系、数值模拟和钻孔实测多方法融合的地面瓦斯抽采果评价方法;创立了“钻井+压裂+排采+产能预测+防突效果评价+井下区域验证”“六位一体”地面水平井区域瓦斯治理综合防突技术体系。应用效果表明,水平井水平段煤层顶底板2.5m内钻遇率、钻井工程与套管下入成功率达到100%;水平井分段压裂实现工作面缝网全覆盖;排采系统检泵周期显著延长,“零水压”排采可充分释放水平井产气潜力;工程施工水平井取得了良好的产气效益和安全效益,单井日产气量突破11000m^(3),累计产气量突破4000万m^(3),大幅减少井下瓦斯治理工程量,保障了矿井安全高效生产。地面分段压裂水平井区域瓦斯治理技术的推广应用,推进瓦斯治理模式从井下向地面转移,实现了地面区域瓦斯治理规模化、标准化,为我国类似煤矿区地面区域瓦斯治理提供了技术支撑。 展开更多
关键词 淮南矿区 煤层群 水平井区域瓦斯治理 分段压裂 防突效果评价
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安菜生长土壤中重金属的环境质量及来源
10
作者 王嘉怡 陈健 +3 位作者 李洋 李秀丽 齐啸威 张鑫迪 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期495-502,507,共9页
安徽省舒城县庐镇乡安菜村出露有秦岭—大别造山带超高压变质岩榴辉岩,并产出特色农产品安菜,为查明安菜生长区土壤中重金属的环境质量及来源,揭示安菜生长土壤的独特性,文章在安菜村系统采集了岩石、土壤和安菜样品,测定Ni、Cu、Zn、As... 安徽省舒城县庐镇乡安菜村出露有秦岭—大别造山带超高压变质岩榴辉岩,并产出特色农产品安菜,为查明安菜生长区土壤中重金属的环境质量及来源,揭示安菜生长土壤的独特性,文章在安菜村系统采集了岩石、土壤和安菜样品,测定Ni、Cu、Zn、As、Hg和Pb等6种重金属的质量比。结果表明,研究区安菜生长土壤中6种重金属的质量比较低,均未超过相关环境质量标准值,区内天然土壤无重金属污染的风险。安菜中Cu和Zn的质量比较高,而Ni、As、Hg和Pb的质量比较低,但土壤和母岩中这4种元素的质量比却较高,表明安菜对Ni、As、Hg和Pb等重金属的生物富集作用较小。百丈崖土壤和岩石均富集Zn,棋盘石山岩石富集Pb,土壤富集Ni、Zn、Hg和Pb,土壤和岩石样品中重金属的质量比具有一致的变化趋势,表明成土母岩是该区土壤中重金属质量比的决定因素。此外,土壤中Cu、As和Hg的质量比均高于成土母岩中的,Cu、As和Hg在成土过程中有一定的富集趋势。 展开更多
关键词 重金属 环境质量评价 来源解析 土壤 安菜 舒城县
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活化过硫酸盐降解土壤典型环境内分泌干扰物
11
作者 牛经纬 陈孝杨 +2 位作者 张健 周育智 陈敏 《化工进展》 北大核心 2025年第4期2285-2296,共12页
随着我国工农业的迅速发展,大量环境内分泌干扰物(EEDs)在自然或人为因素作用下迁移至土壤介质中。EEDs污染造成了土壤质量的下降,引发了系列生态安全和人体健康问题,制约了我国农业的进一步发展。过硫酸盐(PS)高级氧化技术具有成本低... 随着我国工农业的迅速发展,大量环境内分泌干扰物(EEDs)在自然或人为因素作用下迁移至土壤介质中。EEDs污染造成了土壤质量的下降,引发了系列生态安全和人体健康问题,制约了我国农业的进一步发展。过硫酸盐(PS)高级氧化技术具有成本低、周期短、效率高等优势。在EEDs污染土壤修复领域,热活化、过渡金属离子活化、碳材料活化是3种极具代表性的、广受关注的典型PS活化技术。本文介绍了土壤典型EEDs分类、应用、来源及危害,论述了典型活化技术的基本原理和优缺点,重点综述了典型活化技术在降解过程中的影响因素,阐述了土壤性质对降解的影响,最后对未来研究方向进行了展望,如土壤EEDs排放清单建立、因地制宜匹配工艺、二次污染防控、土壤质量保证等,以期为EEDs污染土壤修复的现场工程应用提供理论支持。 展开更多
关键词 土壤 环境内分泌干扰物 过硫酸盐 降解 污染
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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
12
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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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：6
13
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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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：11
14
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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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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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 被引量：3
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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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我国废弃/关闭煤矿瓦斯抽采现状及发展趋势 被引量：2
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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》 北大核心 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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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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半干旱矿区植物根系对采动应力响应数值模拟 被引量：1
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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》 北大核心 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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动载循环作用下砂岩的动态力学响应及破坏特征 被引量：2
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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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