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深部采动响应与灾害防控研究进展 被引量：190
1
作者 袁亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期716-725,共10页
掌握深部采动响应机制与灾害防控技术对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的现实意义。针对深部开采面临高地应力、高地温、高岩溶水压和强开采扰动的复杂环境,探讨了深部采动煤岩体响应特征。阐述了煤炭开采多物理化学场时空动态演... 掌握深部采动响应机制与灾害防控技术对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的现实意义。针对深部开采面临高地应力、高地温、高岩溶水压和强开采扰动的复杂环境,探讨了深部采动煤岩体响应特征。阐述了煤炭开采多物理化学场时空动态演化规律和多资源全生命周期动态叠加多相多场耦合致灾机理。最后,基于上述采动响应特征和多场耦合规律及致灾机理,从透明矿山及地质保障关键技术、灾害风险判识与监控预警关键技术和典型动力灾害防控关键技术3个方面讨论了深部采动灾害防控方法。未来应继续加大对深部开采基础研究支持力度,大力支持自主创新重大仪器及科学装置研究,重点开展深部煤炭开采应用基础理论和关键技术研究,依靠科技创新突破制约我国深部煤炭开采的理论与技术瓶颈。加强深部采动多物理化学场耦合灾变机理分析,实现深地资源地质精准勘探和三维地质可视化,建立深部采动灾害风险判识及合理性评价模型,以及开展多参量灾害预警与防控技术和装备研究,实现对灾害的有效预警和精准防控,综合形成深部煤矿灾害防控理论与技术标准体系。同时,在充分认清深部各种灾害特征、治理能力极限和技术经济可行性的基础上,科学确定开采下限。最终有效解决深部煤炭开采面临的科学问题和重大技术难题,促进深部煤炭安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 采动响应 灾害防控 地质保障 多场耦合
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煤岩瓦斯复合动力灾害监测预警与防控技术研究进展 被引量：5
2
作者 杨科 李彩青 +1 位作者 刘文杰 张寨男 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期18-32,共15页
煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动... 煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动力灾害研究进展。总结了以能量释放主体、初始瓦斯压力、载荷条件为主的复合动力灾害类型划分依据;梳理了理论分析尺度和实验室尺度下的复合动力灾害机理研究进展,发现应力路径、微裂纹动态演化和煤岩赋存地质因素临界指标是致灾机理研究的关键;概述了以前期灾害前兆信息判识、中期灾害前兆信息采集、后期灾害一体化监测预警为主线的复合动力灾害监测预警技术研究进展;揭示了复合动力灾害消能减灾一体化防控技术和多尺度分源防控关键技术科学内涵。在此基础上针对两淮矿区灾害特点,提出了深部强动载条件下复合动力灾害智能判识与预警方法和分区协同防控方法。基于当前研究进展,提出了煤岩瓦斯复合动力灾害研究亟待解决的问题,助力实现深部煤炭安全、精准、高效开采。 展开更多
关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 灾害分类 致灾机理 监测预警 灾害防控
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采动影响下破碎围岩巷道控制机理及支护优化
3
作者 陈诚 刘纪良 +1 位作者 卢淑涛 赵明 《建井技术》 2025年第2期7-12,共6页
针对朱仙庄煤矿Ⅱ5采区行人上山巷道受采动影响导致围岩破碎严重,以及原有支护方案承载力不足发生严重变形等问题,采用破碎围岩控制机理提出一种联合控制优化方案,包括注浆锚杆、高压注浆锚索、钢筋网、喷浆和注浆等措施,提高了巷道围... 针对朱仙庄煤矿Ⅱ5采区行人上山巷道受采动影响导致围岩破碎严重,以及原有支护方案承载力不足发生严重变形等问题,采用破碎围岩控制机理提出一种联合控制优化方案,包括注浆锚杆、高压注浆锚索、钢筋网、喷浆和注浆等措施,提高了巷道围岩黏聚力和承载能力,限制了塑性区域发展。结合现场工业试验验证,结果表明:75 d后围岩变形达到平稳,新支护方案有效地控制住了巷道变形,显著降低变形速度,并在后期实现稳定。 展开更多
关键词 采动影响 破碎围岩 巷道支护 黏聚力 承载能力
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我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害分类、预测与防控 被引量：42
4
作者 朱斯陶 刘金海 +8 位作者 姜福兴 尚晓光 孙希奎 张修峰 宋大钊 张明 王爱文 谢华东 曲效成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期807-816,共10页
针对我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害频发的现状,采用现场调查、理论分析、现场监测等方法,对顶板运动型矿震及诱发灾害发生机制、预测和工程分类技术进行了研究,得到以下主要结论:(1)基于关键层运动模式将顶板运动型矿震分为关键层... 针对我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害频发的现状,采用现场调查、理论分析、现场监测等方法,对顶板运动型矿震及诱发灾害发生机制、预测和工程分类技术进行了研究,得到以下主要结论:(1)基于关键层运动模式将顶板运动型矿震分为关键层断裂型、关键层回转型和关键层滑移型3类矿震,建立了基于“关键层运动状态”的顶板运动型矿震的能量预测模型,分别提出了3类顶板运动型矿震能量的计算方法;(2)基于顶板运动型矿震诱发井下和地面灾害机制,建立了顶板运动型矿震诱发井下冲击地压和地面建筑物震动损害的一体化力学模型和评估方法,为煤矿顶板运动型矿震诱发灾害的预测提供了基础;(3)提出了分类防控、源头减震、吸能抗震协同防控顶板运动型矿震的理念,形成了以低矿震能量、低围岩密度和高抗震能力为基础的煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害防控体系,开展了地面直井压裂源头防控顶板运动型矿震的技术试验研究;(4)根据工作面在压裂区开采期间的矿压显现和相似材料模拟试验结果,大范围压裂措施能够降低大能量矿震发生频次,但也可能改变关键层运动模式,甚至增大井下矿压显现强度。 展开更多
关键词 坚硬顶板 矿震 冲击地压 矿震分类 矿震预测 地面震动损害 地面压裂
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综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究 被引量：2
5
作者 李志华 耿倩 +2 位作者 杨科 邹恩隆 何祥 《中国矿业》 北大核心 2024年第2期159-167,共9页
为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,... 为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 垮落带注浆充填 相似模拟 分形理论 裂隙演化 覆岩运移
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冲击载荷下煤样动力学响应特性与损伤本构模型
6
作者 杨科 许日杰 +2 位作者 刘帅 刘文杰 张杰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期139-148,共10页
为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射... 为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射能、透射能、吸收能、耗能密度与应变率呈一次函数关系,耗能占比与应变率呈指数型函数关系,且均保持正相关。基于经典朱-王-唐模型、Weibull分布、Drucker-Prager准则,建立了考虑煤样损伤与黏滞性特征的动态统计损伤本构模型,并对本构模型的准确性与普适性进行了验证。该模型能够较好地描述煤样冲击动态力学行为,为动载影响下深地煤炭安全开采提供了基础研究。 展开更多
关键词 煤 应变率 朱-王-唐模型 动态损伤本构模型 分离式霍普金森压杆
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动静荷载作用下煤矿TBM滚刀贯入度预测理论模型
7
作者 王成博 沈仁为 +4 位作者 李宏亮 张鹏涛 程晋轶 李天国 唐彬 《煤炭技术》 CAS 2024年第10期231-234,共4页
全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM... 全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM滚刀贯入度进行开展分析研究,获得了动静荷载作用下TBM滚刀贯入度计算公式。基于煤矿TBM掘进硬岩巷道工程问题,计算TBM掘进煤矿巷道滚刀贯入度,并与滚刀贯入度现场监测数据对比,研究结果表明:TBM施工现场滚刀贯入度最大14.7 mm,最小5.2 mm,平均值为9.76 mm,滚刀贯入度理论计算值为9.27 mm,验证了理论模型的准确性。 展开更多
关键词 煤矿 滚刀 动静荷载 贯入度 理论模型
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煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究进展 被引量：110
8
作者 袁亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1557-1566,共10页
围绕拟解决的重大科学问题“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术”,以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型煤矿动力灾害为研究对象,鉴于煤矿典型动力灾害诱发机理不清、风险判识不明、监控预警技术不足等现状,开展了冲击地压孕育机理与... 围绕拟解决的重大科学问题“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术”,以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型煤矿动力灾害为研究对象,鉴于煤矿典型动力灾害诱发机理不清、风险判识不明、监控预警技术不足等现状,开展了冲击地压孕育机理与风险判识及监测预警、煤与瓦斯突出灾变机理及监测预警、煤矿典型动力灾害信号采集传输和智能化分析、煤矿典型动力灾害监控预警系统平台等研究,开发了大尺度、真三维、全封闭自动开挖煤与瓦斯突出物理模拟实验装置,研制了包括光纤光栅微震传感、三轴应力传感、分布式多点激光甲烷检测等在内的动力灾害前兆信息新型感知与多网融合传输传感装置,建立了井下传感器数据的多元海量动态信息的聚合理论与方法,提出了基于漂移特征的潜在煤矿典型动力灾害预测方法与多粒度知识挖掘方法,构建了基于大数据分析和数据挖掘的煤矿动力灾害风险判识和监控预警模型。通过现场实践,表明能实现全面采集人机环参数,且采集传感器具有故障自诊断、响应时间短、标校周期长等优点。监控预警系统稳定运行无故障率达到了99%,抗干扰等级不低于3级,系统监控预警准确率大于90%,实现了煤矿典型动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时预警。 展开更多
关键词 煤矿 典型动力灾害 风险判识 监控 预警
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基于正交试验的U形通风采煤工作面瓦斯爆炸超压影响因素分析
9
作者 刘佳佳 张翔 +3 位作者 高志扬 张扬 陈玖强 靳马超 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第4期163-176,共14页
为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律,并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性,利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。首先,根据瓦斯爆炸机理搭建了数学模型,并依据前人实验方案进行了数值模拟... 为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律,并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性,利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。首先,根据瓦斯爆炸机理搭建了数学模型,并依据前人实验方案进行了数值模拟,以此验证了该数学模型的可靠性;其次,依序进行了模拟关键参数的优化,并得到了关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度的最合理设置分别为0.2 m、0.05 ms和1900 K,通过拟合得到了工作面爆炸超压峰值及其到达时间与爆心距之间的函数关系。通过正交试验分析了瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性。极差分析结果表明,温度、瓦斯体积分数和瓦斯积聚区压力3个主控因素的极差值依次减小,温度对于爆炸超压衰减的影响最显著,其中R值达到5.928。运用方差分析对影响瓦斯爆炸超压衰减率的主控因素进行了显著性研究,结果表明,温度的方差值最大,瓦斯积聚区压力的方差值次之,瓦斯体积分数的方差值最小,其中温度的显著值F达到31.835,其余两项不显著。 展开更多
关键词 U形通风 采煤工作面 瓦斯爆炸 超压衰减率 正交试验
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超临界CO_(2)脉动作用对低阶煤微观-宏观结构损伤演化特征
10
作者 刘佳佳 李元隆 +2 位作者 高建良 王丹 张云龙 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期190-199,共10页
为了明晰超临界CO_(2)脉动作用对低阶煤的作用效果及机理,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤作为试验对象,通过自主搭建的超临界CO_(2)脉动致裂试验系统开展试验研究,对脉动作用前后的煤样分别进行XRD、FTIR、低温液氮吸附试验、低场核磁共... 为了明晰超临界CO_(2)脉动作用对低阶煤的作用效果及机理,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤作为试验对象,通过自主搭建的超临界CO_(2)脉动致裂试验系统开展试验研究,对脉动作用前后的煤样分别进行XRD、FTIR、低温液氮吸附试验、低场核磁共振及单轴压缩试验测定,量化分析超临界CO_(2)脉动作用前后煤体的微观结构、孔隙结构及力学特性变化。结果表明:超临界CO_(2)脉动作用后,煤中方解石和黏土矿物的质量分数增加,黏土矿物质量分数的变化主要受氨伊利石增加的影响,煤中各有机官能团峰值均呈现不同程度的降低,超临界CO_(2)对有机物的萃取作用效果明显,脉动作用后煤体的微晶结构受到损伤,晶体层片间距增加了0.002 9 nm,煤体结构趋于松散;对比超临界CO_(2)脉动作用前,作用后煤样XJ-A、XJ-B有效孔隙率分别提高了66.7%、128.6%,煤体内部孔隙连通性增强,脉动作用对微小孔及中孔的改造作用更明显;超临界CO_(2)脉动作用后煤的力学特性显著劣化,单轴抗压强度和弹性模量分别降低54.73%和59.82%,声发射振铃计数和累积能量均大幅降低,振铃计数峰值降至作用前51%,煤样内部颗粒黏聚力降低,累积能量降低了62%。综上,超临界CO_(2)脉动作用能够显著破坏低阶煤的微观-宏观结构,对深部低阶煤储层致裂增透、煤层气抽采具有重要意义。 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 脉动致裂 微观结构 孔隙 力学特性
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深井切顶留巷底鼓机制及其防控
11
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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爆破工程课程教学中岩石材料动态力学实验实践与分析方法 被引量：1
12
作者 杨荣周 徐颖 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第3期248-260,共13页
《爆破工程》课程是土木和采矿类专业教学的基础核心课程。为了提高学生对岩石材料动态力学响应和损伤破坏机理的认识与理解,在培养方案中开设岩石材料的爆炸与冲击动力学实验教学内容以更好地实现《爆破工程》课程教学目标。针对学生... 《爆破工程》课程是土木和采矿类专业教学的基础核心课程。为了提高学生对岩石材料动态力学响应和损伤破坏机理的认识与理解,在培养方案中开设岩石材料的爆炸与冲击动力学实验教学内容以更好地实现《爆破工程》课程教学目标。针对学生缺乏在爆破工程方面的冲击动力学理论知识和实验基础等问题,将分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)实验技术和二维平板爆破(Two-Dimensional Plate Blasting,TDPB)实验技术应用于《爆破工程》的实践教学中。介绍了SHPB和TDPB的实验系统组成和实验计算原理;设计了岩石材料的SHPB冲击压缩实验课程内容和TDPB中心起爆实验课程内容;分析了SHPB实验下砂岩材料的动态力学行为与能量演化特征和TDPB实验下类砂岩材料的应变波演化与动力损伤破裂行为机理;引导了学生对岩石冲击动力学关键问题的深入讨论。教学实践效果表明:通过采用SHPB和TDPB实验课程与《爆破工程》理论课程相结合的教学模式,锻炼了学生的理论实践能力,提升了学生的科研探索水平,增进了学生的团队协同互助意识,实现了《爆破工程》课程教学目标。 展开更多
关键词 爆破工程 实验教学 分离式霍普金森压杆(SHPB) 二维平板爆破(TDPB) 岩石爆破
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通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律
13
作者 黄超 唐明云 +2 位作者 王乐乐 蔡建国 袁雅楠 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期168-178,共11页
为掌握通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律,以陕西红柳林煤矿15218连采工作面为研究对象,采用SolidWorks构建了连采工作面物理模型,基于欧拉-拉格朗日方法,使用CFD软件对风流场、粉尘浓度分布、粉尘粒径分布进行了数值模拟。... 为掌握通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律,以陕西红柳林煤矿15218连采工作面为研究对象,采用SolidWorks构建了连采工作面物理模型,基于欧拉-拉格朗日方法,使用CFD软件对风流场、粉尘浓度分布、粉尘粒径分布进行了数值模拟。结果表明:(1)连采工作面内大部分含尘风流向回风侧运移,粉尘主要富集于回风侧连续采煤机截割滚筒下方的三角区及连续采煤机尾部至巷道中部区域。(2)涡流区内粉尘富集较少,部分粉尘富集于梭车内,尾流区内粉尘云团呈凹形条带状。(3)含尘风流向巷道出口运移过程中,粗尘沉降最多,细尘次之,微尘沉降最少;微尘、细尘、粗尘数量随巷道高度增加均呈先增加后减少的变化规律;微尘、细尘、粗尘数量随距采煤壁面距离、回风侧巷道壁面距离的增大均减少。(4)呼吸带高度处粉尘云团浓度和面积均随风速增大而减小,且微尘、细尘、粗尘占比分别为15%,54%,31%左右,基本不受风速变化影响。(5)1.6 m/s的风速虽利于呼吸带高度平面粉尘富集区域的排尘,但会扬起更多的粉尘进入呼吸带高度平面,因此既要合理增大风速进行全局排尘,也要采取针对性措施进行局部重点控降尘。 展开更多
关键词 连采工作面 截割粉尘 粉尘运移 粉尘浓度 粒径分布
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神东矿区深部多次采动巷道稳定性影响规律与协调控制研究 被引量：7
14
作者 王想君 陈登红 +2 位作者 华心祝 吕情绪 高亮 《煤炭工程》 北大核心 2021年第7期48-54,共7页
为了揭示上覆遗留煤柱底板应力和下伏煤层开采扰动叠加作用下的巷道围岩稳定性影响规律,以神东布尔台矿二盘区42煤42202辅运巷为工程背景,采用理论计算、数值模拟等手段,验证了上覆呈T形分布的遗留煤柱对下伏煤层回采巷道的扰动范围约为... 为了揭示上覆遗留煤柱底板应力和下伏煤层开采扰动叠加作用下的巷道围岩稳定性影响规律,以神东布尔台矿二盘区42煤42202辅运巷为工程背景,采用理论计算、数值模拟等手段,验证了上覆呈T形分布的遗留煤柱对下伏煤层回采巷道的扰动范围约为170m,在此基础上间隔30~35m布置7个分析测站,并进一步模拟分析了受多次采动影响的巷道围岩应力、超前支承压力、围岩塑性区的时空演化过程。基于此提出了水力压裂卸压、长距离支架超前支护、巷道两帮非对称补强支护的一体化协调控制方案,现场应用取得良好效果。 展开更多
关键词 神东矿区 遗留煤柱 多次采动影响 时空危险区域 围岩控制
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超前工作面采动煤体损伤与孔裂隙结构演化特征研究
15
作者 张通 谢志争 +4 位作者 袁亮 唐明 郑凯歌 张村 毛钧林 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期981-994,共14页
我国大型盆地中赋存丰富的煤与煤层气资源,煤层开采扰动原始应力场、裂隙场,影响煤层气运移分布及工程抽采。利用研制的低场核磁共振真三轴试验系统,开展煤层开采扰动煤体应力-裂隙-损伤演化试验,监测载荷过程中T2谱、MRI信号变化及瓦... 我国大型盆地中赋存丰富的煤与煤层气资源,煤层开采扰动原始应力场、裂隙场,影响煤层气运移分布及工程抽采。利用研制的低场核磁共振真三轴试验系统,开展煤层开采扰动煤体应力-裂隙-损伤演化试验,监测载荷过程中T2谱、MRI信号变化及瓦斯抽采状况,分析不同区域煤体孔隙结构强度、损伤程度、孔隙裂隙分布与连通性的载荷响应规律。研究表明:煤体孔隙、裂隙由吸附孔(0~0.1μm,60%~74%)、渗流孔(0.1~1μm,26%~29%)和运移孔(>1μm,0%~13%)构成;载荷煤体经历了弹性、弹-塑性、塑性、损伤阶段,弹性—塑性—损伤阶段煤体孔隙度分别为4.9%—2.62%—3.1%(原岩应力区域)、2.46%—1.45%—1.8%(峰值前区域)、2.57%—1.03%—1.95%(工作面区域),煤体损伤前吸附孔向渗流孔、运移孔转变,煤体损伤过程吸附孔和运移孔向渗流孔转变,孔裂隙结构连通性增强;原岩应力区域至工作面区域煤体吸附孔、渗流孔的非均匀性、各向异性增强,运移孔的连通性与均匀性增强,孔隙度载荷响应逐渐增加,孔隙扩张、节理裂隙等显著发育,吸附孔、渗流孔及渗流孔-运移孔主导了原岩区、峰值区及工作面区煤体孔隙、裂隙变化;原岩区域煤体孔裂隙发生压缩与扩张变化形成吸附型瓦斯解析-渗流通道,峰值区域煤体剪切裂隙、拉伸裂隙充分发育形成吸附-渗流-运移型瓦斯分布通道,工作面区域煤体出现大尺度剪切裂隙且拉伸裂隙间连通性加强,形成瓦斯渗流-运移通道。瓦斯抽采过程中超前工作面瓦斯抽采经历了稳定期(原岩区域吸附-解析型瓦斯)与高峰期(峰值破损区域解析-运移型瓦斯),峰值区域煤体的破损对井下瓦斯抽采体积分数与流量产生重要影响。研究成果为煤与伴生瓦斯资源安全高效开采提供理论支撑。 展开更多
关键词 NMR在线真三轴试验 超前支承压力 煤体损伤 孔裂隙结构 瓦斯抽采
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煤矿井下液压支架搬运机器人的设计与分析
16
作者 孔令满 王成军 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 2025年第1期66-70,共5页
为解决传统矿井辅助运输系统中工序不连续、转载过程较多、用工比例高等问题,运用TRIZ理论中的九屏幕法、功能模型法和因果轴法对现有煤矿井下辅助搬运机器人进行系统分析,得出其适应性不足的主要原因。运用TRIZ中“技术矛盾”和“物-... 为解决传统矿井辅助运输系统中工序不连续、转载过程较多、用工比例高等问题,运用TRIZ理论中的九屏幕法、功能模型法和因果轴法对现有煤矿井下辅助搬运机器人进行系统分析,得出其适应性不足的主要原因。运用TRIZ中“技术矛盾”和“物-场模型”等工具进行分析,创新设计出了一种可用于煤矿井下搬运液压支架的机器人,并对该机器人的关键部件车架进行了模态分析,验证了所设计搬运机器人结构的可靠性。该搬运机器人相较于原来的辅助搬运机器人具有地形适应能力强、稳定性好、装卸作业灵活等优点,对提升矿井生产体系的运输效率、减轻工人劳动强度等具有重要意义。 展开更多
关键词 煤矿井下 搬运机器人 辅助运输 TRIZ理论 模态分析
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扰动诱发高应力卸荷岩体破坏特征实验研究 被引量：17
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作者 赵光明 刘崇岩 +1 位作者 许文松 孟祥瑞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期412-423,共12页
为研究扰动诱发不同中间主应力单面卸荷岩体破坏特征,通过真三轴扰动卸荷测试系统和声发射监测系统,进行了不同中间主应力卸荷实验及卸荷扰动实验,研究了中间主应力对单面卸荷岩石强度特征、演变规律及破裂模式的影响,分析了中间主应力... 为研究扰动诱发不同中间主应力单面卸荷岩体破坏特征,通过真三轴扰动卸荷测试系统和声发射监测系统,进行了不同中间主应力卸荷实验及卸荷扰动实验,研究了中间主应力对单面卸荷岩石强度特征、演变规律及破裂模式的影响,分析了中间主应力σ_(2)方向扰动作用后卸荷岩石的力学特性。结果表明:在一定范围内,随着中间主应力的增大,卸荷岩石的稳定性和峰值强度都有所增强,但较大的中间主应力会逐渐弱化岩石的承载能力;随着中间主应力的增大,卸荷岩石的开裂模式由张拉-剪切破坏逐渐转变成张拉-劈裂破坏;在σ_(2)≤30 MPa时,声发射信号经历了平静、持续出现伴随小幅突增、陡升高峰、持续低峰、大幅突增破坏;在σ_(2)>30 MPa时,声发射信号经历了平静、持续出现、多低峰、持续升高、突增破坏;不同类型扰动作用后卸荷岩石的破坏差异明显,中频中幅扰动后卸荷面形成明显V型破坏坑,分形维数最大,中频中幅扰动不仅加速了约束力小的卸荷面附近的小裂纹发育成核,同时也加速了远离卸荷面的大裂纹之间的连接贯通;扰动对岩石承载能力的损伤为中频中幅>高频低幅>低频高幅;工程建设时,不能简单增加σ_(2)从而增强围岩承载能力,还要综合考虑σ_(2)的增大会加剧卸荷岩体破坏时的剧烈程度,减少爆破和机械等对围岩的扰动,不能只单一地改变扰动源的频率或振幅。 展开更多
关键词 单面卸荷 高应力 扰动 真三轴 中间主应力 声发射
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厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制与防控技术 被引量：11
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作者 杨科 刘文杰 +3 位作者 李志华 刘钦节 池小楼 魏祯 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期12-20,共9页
针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,... 针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,围岩塑性破坏主要集中在煤壁和底板岩层;邻近工作面区域煤岩体位移表现出煤壁挤出位移量>底板鼓起位移量>顶板下沉位移量的特征;由于厚硬顶板的存在,随工作面推进距离的增大,煤壁挤出位移量逐渐增大,煤壁片帮失稳的概率倍增。根据厚硬顶板下大倾角软煤开采围岩位移和变形破坏特征,结合现场观测提出厚硬顶板下大倾角软煤开采2种灾害模式,一是以“片帮-冒顶”为主导,诱发“支架-围岩”系统发生大范围失稳的动态互馈的时发性灾害,二是厚硬砂岩破断诱发冲击动力显现的瞬发性灾害。基于厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制,采用厚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术,控制厚硬顶板运动;采取煤壁注浆加固、支架防倒防滑以及“铺金属网+工字钢”辅助液压支架管理破碎直接顶等措施,防治煤壁片帮和破碎顶板漏冒,保证“支架-围岩”系统的稳态工作。通过对支架工作阻力和煤壁片帮统计分析发现,11513工作面采取系列防治措施后,煤壁得到有效控制,初次来压时,支架工作阻力较为富裕,安全阀开启较少且支架无明显倾倒滑移现象,实现了厚硬顶板下大倾角软煤的安全高效开采。 展开更多
关键词 厚硬顶板 煤壁片帮 支架-围岩系统 灾变机制 防控技术
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深部厚硬顶板综放开采覆岩运移三维物理模拟试验研究 被引量：27
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作者 杨科 刘文杰 +3 位作者 焦彪 张庆贺 刘帅 张寨男 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期85-93,I0004,共10页
为分析深部厚硬顶板破断对厚煤层安全开采的影响,根据胡家河矿402102工作面工程地质和开采条件,构建了大型真三维相似物理模拟试验(3500 mm×3000 mm×2000 mm),开展了留煤柱双工作面开采的试验研究。利用光栅位移连续监测装置... 为分析深部厚硬顶板破断对厚煤层安全开采的影响,根据胡家河矿402102工作面工程地质和开采条件,构建了大型真三维相似物理模拟试验(3500 mm×3000 mm×2000 mm),开展了留煤柱双工作面开采的试验研究。利用光栅位移连续监测装置对采动覆岩位移进行实时监测,获得了厚硬顶板条件下厚煤层开采覆岩破断运移规律和"三带"动态演化特征。研究结果表明:厚硬关键层变形破断时,软弱岩层会发生协同运动,位移监测点位移量发生突增,监测点位移曲线随工作面推进呈"台阶式"变化。在一侧临空条件下,402102工作面亚关键层1(粉砂岩)初次破断步距为43 m,周期破断步距为21 m;亚关键层2(含砾粗砂岩)初次破断步距为74 m,周期破断步距为51 m;亚关键层3(中砂岩)初次破断步距为171 m。当亚关键层2发生周期性破断和亚关键层3发生初次破断时,采空区位移监测点位移量均发生增幅,覆岩发生大范围整体性运动,矿压显现较为剧烈;受402103采空区采动覆岩结构的影响,在402102工作面回采时,其回风巷侧覆岩运移较为剧烈,巷道受动压影响较大。根据位移监测点的位移量和覆岩变形碎胀因子max(Ki)的大小,对采动覆岩"三带"发育形态进行了初步判别,亚关键层1(粉砂岩)和亚关键层2(含砾粗砂岩)均处于冒落带中,且随着工作面推进,冒落带和裂隙带高度呈"台阶式"增大。 展开更多
关键词 三维相似模拟试验 光栅位移连续监测 厚煤层开采 覆岩运移
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双盘式磁力耦合器振动噪声分析与实验研究 被引量：4
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作者 王爽 郭永存 +1 位作者 胡坤 李德永 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期811-818,共8页
为了在双盘式磁力耦合器设计阶段分析振动噪声特性,优化双盘式磁力耦合器设计,提出了一种利用模态叠加原理来分析其振动噪声的方法。双盘式磁力耦合器具有高转矩密度与高效率等优势,因此逐渐发展成为煤矿机械柔性传动装置。由于双盘式... 为了在双盘式磁力耦合器设计阶段分析振动噪声特性,优化双盘式磁力耦合器设计,提出了一种利用模态叠加原理来分析其振动噪声的方法。双盘式磁力耦合器具有高转矩密度与高效率等优势,因此逐渐发展成为煤矿机械柔性传动装置。由于双盘式磁力耦合内部的转子磁场非正弦分布以及涡电流谐波等因素影响,双盘式磁力耦合器输出转矩中不可避免的存在波动。若根据计算得出的双盘式磁力耦合器的电磁振动噪声特点,在设计时选取振动噪声小的参数进行优化组合,可在实际中降低其电磁振动及噪声,有利于减少制造成本。本文结合双盘式磁力耦合器的结构特征,提出了一种模态叠加响应法计算电磁振动噪声,建立了其电磁径向力的解析模型,并在多物理场耦合作用下分析主要电磁径向力波在工作频率内的谐波响应,最后在额定功率为55 kW双盘式磁力耦合器实验台上进行试验验证。基于麦克斯韦张量法,建立了双盘式磁力耦合器的径向电磁力解析模型,并得出0阶与10阶电磁径向力波是产生振动噪声的最主要原因;利用多物理场耦合分析法进行谐波响应NVH特性分析,结果显示0阶力波的振动加速度与形变量均大于10阶力波的振动加速度与形变量,因此双盘式磁力耦合器的电磁振动主要来源于0阶力波;在额定功率为55 kW,最高转速为1 500 r/min的双盘式磁力耦合器实验台进行振动测试,试验结果显示在1 500 r/min时,试验得出的最大振动峰值及频率约为35 m/s^2和4 950 Hz,与有限元仿真结果的误差对应为6.3%和1.1%;而当变频电机的输入转速依次增大时,振动加速度的理论值、仿真值与试验值的曲线形态较为接近,误差较小;噪声估计值与实测值的最大误差仅为8.9%,基本验证了本文所提出模态叠加法的正确性。 展开更多
关键词 双盘式磁力耦合器 振动噪声 多物理场耦合法 有限元分析
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