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隧道穿越煤矿采空区帷幕注浆圈堵瓦斯技术——以华蓥山隧道工程为例
1
作者 刘磊 郝生炜 +5 位作者 黄飞 罗太友 罗亚飞 钟小凤 龙其毕 谭钢 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期992-1000,共9页
为解决公路隧道穿越煤矿采空区面临的采空区瓦斯涌出难题,依托华蓥山隧道正穿高顶山煤矿采空区工程,剖析瓦斯来源、涌出规律及潜在风险,提出采用超前帷幕注浆圈堵瓦斯技术方案并进行优化设计,并对帷幕注浆的瓦斯封堵效果进行检验。研究... 为解决公路隧道穿越煤矿采空区面临的采空区瓦斯涌出难题,依托华蓥山隧道正穿高顶山煤矿采空区工程,剖析瓦斯来源、涌出规律及潜在风险,提出采用超前帷幕注浆圈堵瓦斯技术方案并进行优化设计,并对帷幕注浆的瓦斯封堵效果进行检验。研究结果表明:1)隧道掌子面连通采空区后,采空区内的瓦斯气体在压差作用下涌入隧道内部,同时邻近采空区和煤岩层不断解吸瓦斯气体对采空区进行补给,导致隧道内部瓦斯体积分数持续升高;2)帷幕注浆采用全孔一次性注浆工艺和分段前进式注浆工艺,隧道掌子面布置8圈注浆孔,注浆形成4段喇叭状帷幕圈,帷幕注浆填充率达80%,帷幕圈能有效填堵围岩裂隙、固结破碎岩石、隔离瓦斯气体;3)在应用帷幕注浆圈堵瓦斯技术后,在采空区孔内检测瓦斯体积分数,其最大值由帷幕注浆前的80%降低至注浆后的9.6%。该技术成功应用于华蓥山隧道穿越高顶山煤矿采空区,有效防治了隧道穿越采空区的瓦斯灾害,提高了采空区瓦斯的排放效率。 展开更多
关键词 隧道 瓦斯治理 瓦斯圈堵 超前帷幕注浆 煤矿采空区
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深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制 被引量：6
2
作者 袁越 张峰彬 +2 位作者 尚玺 刘兆强 彭刚 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期158-165,共8页
为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁... 为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊8煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明:两帮及顶底板最大收敛量分别为93、112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。 展开更多
关键词 顶板 夹煤层 围岩变形破坏 控制方案 软岩巷道 组合拱
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基于IAHP-CV组合赋权的煤瓦斯隧道施工风险模糊预测模型研究 被引量：1
3
作者 姜安民 张道兵 +4 位作者 刘霁 王飞飞 董彦辰 李延超 尹华东 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期1604-1616,共13页
为有效控制煤瓦斯隧道施工风险,对基于区间层次分析法与变异系数法组合赋权的煤瓦斯隧道施工风险模糊预测模型进行研究。首先,运用频次分析、鱼骨分析及专家访谈等方法筛选风险因素指标,从施工人员、机械设备、施工过程、工程特征与地... 为有效控制煤瓦斯隧道施工风险,对基于区间层次分析法与变异系数法组合赋权的煤瓦斯隧道施工风险模糊预测模型进行研究。首先,运用频次分析、鱼骨分析及专家访谈等方法筛选风险因素指标,从施工人员、机械设备、施工过程、工程特征与地质环境、瓦斯特征与赋存环境、施工管理这6个方面建立风险因素指标体系;其次,运用区间层次分析法与变异系数法进行组合赋权,确定风险因素指标权重;再次,对煤瓦斯隧道施工综合风险等级进行划分,构造风险等级隶属度函数,基于上述指标体系与权重构建煤瓦斯隧道施工风险模糊预测模型;最后,运用该模型对湖南某煤瓦斯隧道施工风险进行预测。研究结果表明:施工人员风险、机械设备风险、施工过程风险、工程特征与地质环境风险均处于III级(中等)至IV级(较小)之间,瓦斯特征与赋存环境、施工管理风险、施工综合风险所处等级均为II级(较大)至III级(中等)之间,风险预测结果与实际结果较接近;运用该模型对煤瓦斯隧道施工风险进行预测可操作性强,预测结果可靠。 展开更多
关键词 煤瓦斯隧道 施工风险 区间层次分析法 变异系数法 组合赋权 模糊理论 预测模型
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低阶煤体瓦斯减阻增渗与强化驱替试验研究 被引量：1
4
作者 陈勇 王鹏飞 +2 位作者 刘荣华 王俏 刘开新 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2496-2508,共13页
为实现低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替,基于煤体多孔介质本真属性下瓦斯吸附与驱替机理,首先利用水介质、表面活性剂CTAB、微纳米气泡的共存特性获得了液气耦合介质,以环管流量、旋转黏度表征了液气耦合介质的优化性能与提质增效特征... 为实现低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替,基于煤体多孔介质本真属性下瓦斯吸附与驱替机理,首先利用水介质、表面活性剂CTAB、微纳米气泡的共存特性获得了液气耦合介质,以环管流量、旋转黏度表征了液气耦合介质的优化性能与提质增效特征;之后结合渗流瞬时流量、气测渗透率量化了液气耦合介质对低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替效应。结果表明:质量分数0.05%的表面活性剂CTAB可有效降低液相表面张力50.41%,微纳米气泡可平均降低液相表面张力5.50 mN/m;基于表面活性剂CTAB与微纳米气泡的表面活性,液气耦合介质环管流量相对蒸馏水介质、含表面活性剂介质分别增大1.44、1.27倍;转速为100、200、300、600 r/min时,液气耦合介质旋转黏度相对蒸馏水介质分别降低60.00%、71.43%、50.00%、45.45%,相对含表面活性剂介质分别降低42.86%、60.00%、37.50%、25.00%。煤体分别在蒸馏水介质、含表面活性剂水介质、液气耦合介质平衡作用下甲烷渗流驱替时,随着介质环管流量的增大和旋转黏度的降低,瞬时流量与气测渗透率呈现逐渐增大的趋势。基于液气耦合介质良好的减阻性能与流动性能,对长焰煤分别在轴压为3、5 MPa,围压为3、5 MPa瓦斯驱替时,瞬时流量相对蒸馏水介质分别增大1.43、1.67倍,气测渗透率相对蒸馏水介质分别增大1.44、1.68倍,且不同轴压、围压之间的渗流差异明显缩小。液气耦合介质进一步活化了表面性能,在高流量、低黏度作用下实现低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替,尤其对煤体增渗解吸与抽采达标、高产工作面瓦斯涌出防治具有明确的工程导向。 展开更多
关键词 液气耦合 减阻增渗 强化驱替 旋转黏度 瞬时流量 渗透率
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煤瓦斯隧道施工爆炸风险事故致因机理与推演模型研究
5
作者 姜安民 张道兵 +5 位作者 王飞飞 董彦辰 张敬宇 蔡文平 尹华东 傅茹 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第2期476-487,共12页
为降低煤瓦斯隧道施工爆炸风险事故发生的概率及损失,基于决策试验和评价试验法(Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)、解释结构模型(Interpretative Structural Modeling,ISM)及未确知测度(Unascertained Measur... 为降低煤瓦斯隧道施工爆炸风险事故发生的概率及损失,基于决策试验和评价试验法(Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)、解释结构模型(Interpretative Structural Modeling,ISM)及未确知测度(Unascertained Measurement,UM)法对煤瓦斯隧道施工爆炸风险事故致因机理展开研究,推演施工爆炸风险事故的发生过程。首先,识别了22个煤瓦斯隧道施工爆炸致险因素;其次,基于DEMATEL、ISM及UM构建了煤瓦斯隧道施工爆炸风险事故致因机理与推演模型;再次,运用该模型探明了煤瓦斯隧道施工爆炸各个致险因素的相互影响程度、内在联系、权重及风险传递路径,找出了煤瓦斯隧道施工爆炸风险主要致因链;最后,结合煤瓦斯隧道施工爆炸风险事故实例进行研究,找到了董家山隧道施工爆炸风险最不利致因链,同时对董家山隧道施工爆炸风险事故发生的整个过程进行推演,揭示了致险因素诱发风险事件并最终导致风险事故发生的全过程,与实际调查结果基本吻合。研究表明,DEMATEL-ISM-UM模型有效,能够用于煤瓦斯隧道施工爆炸风险的分析。 展开更多
关键词 安全工程 煤瓦斯隧道 施工风险 瓦斯爆炸 致因机理 推演模型
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软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术 被引量：29
6
作者 王平 冯涛 +5 位作者 蒋运良 刘海 李立新 余伟健 朱永建 鲁义 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2953-2965,共13页
针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动... 针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板“抛物线-半双曲线”扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以“抛物线”形式向上扩展,横向上以“半双曲线”形式延伸。巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。根据该模型计算发现,此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了“护底→固帮→控顶”的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了“强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制”的支护原则,具体形成了“双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器”的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用“三支一体”支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。 展开更多
关键词 再生顶板 破坏机理 围岩控制 组合支护
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深井薄煤层保护层坚硬顶板破断机理及控制技术 被引量：23
7
作者 秦玄烨 张英华 +1 位作者 黄志安 高玉坤 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期4010-4020,共11页
针对坚硬顶板薄煤层保护层工作面开采后上覆岩层破断机理及控制问题,以九龙矿15445野青灰岩工作面为研究对象,通过现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟试验,分析该煤层顶板结构以及顶板沉降运移规律,并对顶板岩层破断机制和开采中... 针对坚硬顶板薄煤层保护层工作面开采后上覆岩层破断机理及控制问题,以九龙矿15445野青灰岩工作面为研究对象,通过现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟试验,分析该煤层顶板结构以及顶板沉降运移规律,并对顶板岩层破断机制和开采中应力变化进行了研究。研究结果表明:15445保护层工作面开采后覆岩垮落带和裂隙带最大发育高度分别为25.67 m和32.24 m;采空区侧及上覆被保护煤层下部存在细微裂隙发育;设计的预裂爆破炮眼可对野青灰岩顶板实施定向切顶卸压,工作面每推进10 m即停产实施顶板预裂爆破,并优化保护层顶板控制距离,可使支架压力减少10~75 MPa,卸压效果显著,说明保护层开采时覆岩垮落带和裂隙带的发育高度判断是正确的,坚硬顶板控顶距过长辨识是合理的。 展开更多
关键词 采矿工程 深部开采 薄煤层 坚硬顶板 切顶卸压
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软弱破碎顶板巷道围岩变形机理及控制技术 被引量：55
8
作者 孙广京 王平 +5 位作者 冯涛 余伟健 尹中凯 蒋运良 刘海 李立新 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期209-215,共7页
针对软弱破碎顶板巷道支护困难的问题,通过现场调查和钻孔探测发现软弱破碎顶板巷道围岩具有自稳平衡拱结构,但极不稳定,在扰动作用下表现为局部到整体的连锁失稳特征。现场取样进行试验,发现顶板破碎岩块强度低,帮部煤块裂隙发育、底... 针对软弱破碎顶板巷道支护困难的问题,通过现场调查和钻孔探测发现软弱破碎顶板巷道围岩具有自稳平衡拱结构,但极不稳定,在扰动作用下表现为局部到整体的连锁失稳特征。现场取样进行试验,发现顶板破碎岩块强度低,帮部煤块裂隙发育、底板泥岩软弱是造成巷道全断面变形失稳的主要原因。原支护棚架架型不合理、接顶效果差、支护缺乏整体性以及支护系统不能协调变形是导致巷道失稳的直接原因。进一步试验表明,该巷道的软弱破碎岩样在侧限约束条件下压实后具有较高的承载能力,在无侧限约束条件下则难以自稳。掺入一定水泥进行胶结后形成的弱胶结岩体,其稳定性和承载能力有明显提高。结合普氏自然平衡拱理论和"类双曲线"模型,构建了软弱破碎顶板巷道围岩"抛物线-半双曲线"破碎边界扩张模型,发现软弱破碎顶板载荷呈指数形式增长,当帮部煤体不稳定时顶板载荷急剧增加,而底鼓是造成帮部失稳的重要因素。因此,提出了强力控制软弱破碎顶板,强化约束帮部煤体,加强隔水预防巷道底鼓的控制原理和"控顶先固帮,固帮先护底"的支护原则。针对州景煤矿5305工作面的实际情况提出了"双层金属网+喷射混凝土+预支撑囧形棚架+可缩性纵向连接器"的组合控制技术,经初步的现场工程实践,取得了较好的支护效果。 展开更多
关键词 软弱破碎围岩 围岩变形 围岩控制 自稳平衡拱
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再生顶板煤自燃漏风裂隙控制机理 被引量：7
9
作者 鲁义 陈健 +3 位作者 邵淑珍 施式亮 丁仰卫 李亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期795-805,共11页
再生顶板煤自燃是矿井火灾常见类型之一,其顶板裂隙漏风是导致遗留煤炭氧化自燃的关键原因。现阶段,对于再生顶板的支护方式仅从“强帮固顶”的角度出发,针对裂隙漏风的控制研究尚不完善,尤其缺乏在应力集中导致漏风裂隙演化扩展方面的... 再生顶板煤自燃是矿井火灾常见类型之一,其顶板裂隙漏风是导致遗留煤炭氧化自燃的关键原因。现阶段,对于再生顶板的支护方式仅从“强帮固顶”的角度出发,针对裂隙漏风的控制研究尚不完善,尤其缺乏在应力集中导致漏风裂隙演化扩展方面的研究。基于此,针对山东鹿洼煤矿2304工作面回风巷再生顶板,以弹性力学理论、临界破坏准则及广义胡克定律为基础,分别推导了各种措施下的应力集中系数与再生顶板围岩特性参数的关系,并利用再生顶板现场情况结合压溃实验与分形维数,阐明了各种措施下的再生顶板应力集中控制情况与裂隙演化规律研究。结果表明:岩石弹性模量对再生顶板的应力集中影响最为显著,且根据现场工况计算得出,使用锚杆支护时,最大应力集中系数为2.341,水泥浆胶结支护时,最大应力集中系数为1.563,纳米浆泡材料胶结支护时,最大应力集中系数为1.393;此外,利用压溃实验发现水泥材料胶结体的裂隙主要从中心向四周扩散,其横向纵向的裂隙数量均会持续增加,并逐渐贯通,而纳米浆泡材料仅会在原有裂隙基础上继续演化发育,当单轴压力超过8 MPa后,纳米浆泡材料胶结体的裂隙基本不再发育;分形维数计算结果表明,当压力小于5 MPa时,纳米浆泡材料的多孔结构会使分形维数大于水泥材料胶结体;当压力大于5 MPa时,尤其是超过抗压强度后,纳米浆泡材料胶结体的分形维数小于水泥浆胶结体,故裂隙扩展演化速率更加缓慢,有利于阻止再生顶板的裂隙漏风。 展开更多
关键词 煤自燃 漏风裂隙 再生顶板 应力集中系数 纳米浆泡材料 分形维数
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基于FLAC^(3D)的分层开采再生顶板裂隙控制效果分析 被引量：3
10
作者 陈健 鲁义 +3 位作者 于顺才 丁仰卫 李亮 任英勇 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期112-117,共6页
为了解决顶板裂隙漏风诱发的顶煤甚至采空区遗煤自燃问题,基于州景煤矿再生顶板现场实况,应用FLAC^(3D)软件对比研究有无灌注纳米浆泡材料处理的再生顶板应力、位移以及孔隙率变化。结果表明:在不采取任何控制措施的情况下,巷道顶板位移... 为了解决顶板裂隙漏风诱发的顶煤甚至采空区遗煤自燃问题,基于州景煤矿再生顶板现场实况,应用FLAC^(3D)软件对比研究有无灌注纳米浆泡材料处理的再生顶板应力、位移以及孔隙率变化。结果表明:在不采取任何控制措施的情况下,巷道顶板位移大,极有可能会发生顶板垮塌事故且应力在两帮集中,两帮位移大,巷道断面收缩率极大;若使用纳米浆泡材料胶结再生的顶板,可以使巷道顶板产生不明显的位移,仅有稍微的下沉,虽然两帮仍有应力集中的区域,但两帮位移极小,巷道基本未发生收缩;依据顶板蠕变与孔隙率之间的关系进行理论推导发现,使用纳米浆泡材料注浆胶结的再生顶板其孔隙率变化幅度小,孔隙演化不显著,有利于提高顶板强度并解决再生顶板裂隙漏风问题,进而避免漏风导致顶煤甚至采空区遗煤自燃。 展开更多
关键词 再生顶板 纳米浆泡材料 FLAC^(3D) 孔隙率
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我国瓦斯隧道施工技术进展及主要问题探讨 被引量：15
11
作者 黄飞 钟小凤 +4 位作者 罗太友 李树清 罗亚飞 刘磊 龙其毕 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第1期53-68,共16页
基于网络数据资料、期刊论著文献与现场施工资料,全面总结我国瓦斯隧道施工技术的进展与不足。结果表明:1)我国瓦斯隧道具有瓦斯工区里程长、瓦斯等级高、多分布于中西部地区等特征;2)瓦斯隧道施工灾害主要为瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、瓦斯... 基于网络数据资料、期刊论著文献与现场施工资料,全面总结我国瓦斯隧道施工技术的进展与不足。结果表明:1)我国瓦斯隧道具有瓦斯工区里程长、瓦斯等级高、多分布于中西部地区等特征;2)瓦斯隧道施工灾害主要为瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、瓦斯突出、瓦斯中毒窒息等事故,年事故发生数量总体呈下降趋势;3)我国瓦斯隧道设计施工规范近20年来得到了较为全面的完善,已颁布了铁路与公路行业标准、贵川渝等地方标准;4)隧道瓦斯工区安全施工主要依赖于超前探测、瓦斯监测、安全通风与揭煤防突等关键技术,在工程实践中各技术的关键施工参数得到了优化完善;5)绝对瓦斯涌出量测定方法与瓦斯工区等级动态调整机制是目前瓦斯隧道施工存在的主要问题,对瓦斯隧道的施工安全与成本控制影响巨大。建议根据隧道施工特征进一步开展隧道瓦斯防治专题研究,完善瓦斯隧道设计施工规范,为我国瓦斯隧道的安全高效施工提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 瓦斯隧道 通风 揭煤防突 瓦斯工区等级评价 动态调整机制
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高水材料充填沿空留巷应力控制与围岩强化机理及应用 被引量：61
12
作者 柏建彪 张自政 +3 位作者 王襄禹 徐营 闫帅 徐军 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期16-28,共13页
高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷,形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践,以应力控制与围岩强化为主线,分析了充填留巷围... 高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷,形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践,以应力控制与围岩强化为主线,分析了充填留巷围岩在巷道掘进、工作面超前采动影响、留巷围岩调整稳定和邻近工作面复用4个阶段的应力与变形特征,提出了“基本顶二次破断”的覆岩顶板运动特征。以青龙同昌煤矿15102工作面沿空留巷为背景,数值模拟研究了留巷过程中围岩应力和塑性区分布特征,揭示了充填留巷覆岩基本顶的旋转下沉是留巷巷道所受外力的主要来源;在此基础上,提出了充填留巷围岩控制的关键区域,根据高水材料固结体的较强塑性变形特性,提出了高水材料充填沿空留巷围岩分时分区强化机理,确定了合理的高水材料充填体支护阻力计算式、留巷顶板离层计算式和实体煤帮的支护强度计算式,给出了高水材料充填沿空留巷围岩控制关键参数设计方法,关键参数包括充填体支护阻力(充填体宽度和强度)、顶板支护强度(巷内支护和临时支护)、实体煤帮支护强度。介绍了山西高平青龙同昌煤业15号煤层和赵庄煤业9号煤层高水充填沿空留巷围岩控制2个应用实例,留巷围岩变形控制效果良好。最后,提出了高水充填沿空留巷围岩控制技术的发展方向。 展开更多
关键词 沿空留巷 高水材料 应力控制 围岩强化 支护阻力
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采掘扰动下煤岩体真三轴力学特性及本构模型
13
作者 徐世强 张自政 +3 位作者 余伟健 柏建彪 邓敏 刘帅刚 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第6期111-119,共9页
为深入掌握采掘扰动下煤岩组合体真三轴力学特性,采用八面体剪应力理论,系统研究采掘扰动下受交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴力学特性及能量演化机制,并最后基于德鲁克-普拉格准则,建立考虑交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴损伤本... 为深入掌握采掘扰动下煤岩组合体真三轴力学特性,采用八面体剪应力理论,系统研究采掘扰动下受交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴力学特性及能量演化机制,并最后基于德鲁克-普拉格准则,建立考虑交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴损伤本构模型。结果表明:开挖扰动阶段,煤岩组合体轴向应变随时间线性增长,能量主要转化为弹性能,随着应变增大耗散能逐渐增加;当交界面倾角超过60°时,剪应力明显增大且增大节点延后至开挖末期。回采阶段,试样能量主要用于变形破坏;交界面倾角小于60°时,试样在剪应力达到强度极限前会发生2次变形,回采扰动末期应变有2个骤增节点,随后剪应力骤降,耗散能比例趋于1;交界面倾角大于60°时,轴向应变峰值降低,应变骤增节点后延并与剪应力骤降节点同步,组合体变形破坏主要取决于岩体部分;模型验证后拟合优度均高于90%。 展开更多
关键词 真三轴 煤岩组合体 采掘扰动 力学特性 本构模型
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地下转露天开采下伏空区稳定性风险预测模型研究
14
作者 姜安民 张道兵 +6 位作者 王飞飞 李延超 董彦辰 郑海力 尹华东 曾林海 张升 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第8期3080-3093,共14页
为降低地下转露天开采风险,对地转露下伏采空区稳定性风险预测模型展开研究。首先,从地质环境因素、采空区赋存状态及外部环境因素三方面对地转露下伏采空区稳定性风险预测指标进行识别,建立风险预测指标体系;其次,运用博弈论对区间层... 为降低地下转露天开采风险,对地转露下伏采空区稳定性风险预测模型展开研究。首先,从地质环境因素、采空区赋存状态及外部环境因素三方面对地转露下伏采空区稳定性风险预测指标进行识别,建立风险预测指标体系;其次,运用博弈论对区间层次分析法与变异系数法权重进行线性优化组合;再次,通过构造隶属度函数确定风险预测指标对风险等级的隶属度,形成隶属度矩阵,并对预测指标权重向量、隶属度矩阵及风险等级向量进行耦合,确定各一级指标及采空区综合风险等级量化值,结合量化值判定所处风险等级;最后,基于该模型对某地转露磷矿下伏采空区稳定性风险进行预测,结果表明,该露天矿下伏采空区综合风险处于C_(Ⅱ)~C_(Ⅲ)级之间,风险趋于C_(Ⅱ)级(较高),采空区处于欠稳定状态,预测结果与岩石力学试验结合数值模拟综合分析结果基本吻合。 展开更多
关键词 安全工程 地转露 采空区 稳定性 博弈论 模糊理论 风险预测模型
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脉冲水射流冲击非均质受载煤岩的损伤破坏特征及影响分析
15
作者 冯仁俊 朱永建 何建新 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第2期90-98,共9页
为了揭示应力环境下水射流破碎煤岩机理及影响规律,采用SPH-FEM耦合算法研究应力加载条件下脉冲水射流冲击煤岩破坏行为,探讨不同应力环境、煤岩强度、孔隙率等工况下煤岩损伤破坏特征及其影响规律。研究结果表明:脉冲射流破碎煤岩的深... 为了揭示应力环境下水射流破碎煤岩机理及影响规律,采用SPH-FEM耦合算法研究应力加载条件下脉冲水射流冲击煤岩破坏行为,探讨不同应力环境、煤岩强度、孔隙率等工况下煤岩损伤破坏特征及其影响规律。研究结果表明:脉冲射流破碎煤岩的深度和面积均随二维应力和煤岩强度的增加呈指数型降低,随煤岩孔隙率的增加呈线性增加,破碎坑周围重度损伤区范围随煤岩强度和孔隙率的增加而降低。研究结果可为脉冲射流高效破碎受载煤岩提供参考。 展开更多
关键词 受载煤岩 脉冲水射流 SPH-FEM 破坏特征 影响因素
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大断面公路隧道穿越构造煤层瓦斯抽放技术研究 被引量：9
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作者 龙港 黄飞 +4 位作者 李树清 朱云涛 戎有龙 罗太有 刘勇 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第S01期486-492,共7页
为有效降低隧道煤层的瓦斯含量,消除隧道揭煤施工的突出危险,以兰海国家高速公路重庆至遵义段某公路隧道为工程依托,采用超前钻探的方法准确探测煤层的赋存情况与隧道揭煤掌子面前方的局部地质构造特征;在此基础上确定钻孔的有效抽放半... 为有效降低隧道煤层的瓦斯含量,消除隧道揭煤施工的突出危险,以兰海国家高速公路重庆至遵义段某公路隧道为工程依托,采用超前钻探的方法准确探测煤层的赋存情况与隧道揭煤掌子面前方的局部地质构造特征;在此基础上确定钻孔的有效抽放半径与瓦斯抽放控制范围,并对局部构造煤层抽放钻孔进行加密布置;最后采用顶板穿层钻孔预抽煤层瓦斯技术进行瓦斯抽放,并对抽放效果和区域防突措施进行检验。结果表明:该隧道瓦斯抽放效果良好,区域防突措施效果显著。 展开更多
关键词 大断面公路隧道 构造煤层 瓦斯抽放 防突措施 抽放半径
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大倾角厚层坚固顶板巷旁支护体合理宽度及让压尺度研究 被引量：8
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作者 李鹏 朱永建 +4 位作者 王平 任恒 张玉群 王希之 梅成成 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期4494-4503,共10页
为研究大倾角煤层切顶留巷巷旁支护体合理宽度及让压尺度,以四川柏林煤矿南段工作面为研究背景,综合运用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,结合大倾角厚层坚固顶板覆岩垮落特征,分析大倾角煤层沿空留巷顶板活动规律,建立大倾角煤层... 为研究大倾角煤层切顶留巷巷旁支护体合理宽度及让压尺度,以四川柏林煤矿南段工作面为研究背景,综合运用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,结合大倾角厚层坚固顶板覆岩垮落特征,分析大倾角煤层沿空留巷顶板活动规律,建立大倾角煤层切顶留巷巷旁支护力学模型,提出针对巷旁支护体与采空区矸石协同压缩流变变形的巷旁让压支护机制,并采用Flac^(3D)软件计算分析不同巷旁支护体宽度及让压尺度下的沿空巷道变形特征。研究结果表明:巷旁支护体宽度对留巷稳定性影响显著,巷旁支护体宽度越大,沿空留巷越稳定,但考虑到矸石墙垒筑工作强度较大,巷旁支护体合理宽度设置为2.0 m;巷旁支护体让压尺度取决于采空区矸石的压实情况,让压尺度设置为3:5时,巷旁支护体让压量足以使得采空区矸石充分压实。工程实践表明,采用所确定的巷旁支护体设计参数,巷道变形能够满足生产需要,证明了所选参数的合理性。 展开更多
关键词 大倾角煤层 沿空留巷 巷旁支护体 合理宽度 让压尺度
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基于单元安全系数法的浅埋隧道三台阶法开挖进尺优化 被引量：13
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作者 彭学军 张道兵 +1 位作者 尹华东 李永鑫 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第31期13973-13979,共7页
为进一步研究浅埋隧道三台阶法开挖进尺问题,以鹅岭隧道为工程背景,采用FLAC_(3D)有限差分法数值模拟软件建立了隧道三维稳定性分析模型,模拟了4种开挖方案,并引入单元安全系数法,计算了隧道围岩各区域的安全系数,分析了隧道围岩潜在的... 为进一步研究浅埋隧道三台阶法开挖进尺问题,以鹅岭隧道为工程背景,采用FLAC_(3D)有限差分法数值模拟软件建立了隧道三维稳定性分析模型,模拟了4种开挖方案,并引入单元安全系数法,计算了隧道围岩各区域的安全系数,分析了隧道围岩潜在的破坏形式,确定了三台阶法合理的开挖参数。通过对比分析围岩的安全系数、位移、应力、塑性区可得,上台阶开挖长度越长,中、下台阶开挖以及前方土体对隧道工作面的挤压越小,越有利于隧道开挖面的稳定性;而台阶越长,支护间隔越长,支护效果就越差,安全系数就越小,隧道围岩的失稳风险就越大。在施工过程中,隧道最危险的部位为拱脚与拱底处,建议采取方案一进行开挖,各台阶之间为不同步开挖,且预留核心土,上台阶开挖长度宜为5~10 m,开挖进尺宜为0.5~0.6 m。 展开更多
关键词 浅埋隧道 三台阶法 单元安全系数法 开挖进尺 围岩稳定
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基于瓦斯抽采效果的钻孔塑性区范围优化及应用 被引量：8
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作者 谷旺鑫 鲁义 +4 位作者 施式亮 吴宽 尹红球 黄立新 彭绍明 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期25-30,共6页
为获得最佳瓦斯抽采效果,研究不同钻孔孔径与塑性区范围及抽采效果之间关系,基于弹塑性理论,采用Comsol软件模拟嘉禾矿2254底板巷上穿层钻孔周围煤体塑性区范围分布,修正塑性区半径理论推导公式,得到抽采钻孔混合流量、纯流量和浓度,分... 为获得最佳瓦斯抽采效果,研究不同钻孔孔径与塑性区范围及抽采效果之间关系,基于弹塑性理论,采用Comsol软件模拟嘉禾矿2254底板巷上穿层钻孔周围煤体塑性区范围分布,修正塑性区半径理论推导公式,得到抽采钻孔混合流量、纯流量和浓度,分析钻孔周围煤体不同塑性区范围下瓦斯抽采效果。结果表明:钻孔孔径越大,塑性区范围越大,抽采钻孔卸压范围越大;若不考虑其他因素,钻孔孔径越大,瓦斯抽采效果越好;通过对比塑性区半径模拟值与计算值,修正塑性区半径公式,该公式适用于浦溪煤矿;随钻孔塑性区范围增加,钻孔瓦斯抽采流量逐渐增加,但瓦斯流量相对钻孔塑性区半径差变化率先增大后减小。研究结果可为提高矿井瓦斯抽采效果提供理论参考。 展开更多
关键词 穿层钻孔 Comsol 塑性区 修正 抽采效果
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固结软煤层瓦斯抽采钻孔周围裂隙的弹性胶结材料研制 被引量：5
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作者 鲁义 谷旺鑫 +2 位作者 丁仰卫 李修磊 李亮 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期129-136,共8页
为了固结煤层中钻孔周围的裂隙,以聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、聚丙烯纤维和秸秆纤维为原料,制备一种用于煤岩裂隙固结的弹性胶结材料,通过扫描电子显微镜和颗粒分析仪观察聚丙烯纤维和秸秆纤维在弹性胶结材料中的微观形貌,通过万能试验... 为了固结煤层中钻孔周围的裂隙,以聚二甲基硅氧烷、含氢硅油、聚丙烯纤维和秸秆纤维为原料,制备一种用于煤岩裂隙固结的弹性胶结材料,通过扫描电子显微镜和颗粒分析仪观察聚丙烯纤维和秸秆纤维在弹性胶结材料中的微观形貌,通过万能试验机研究不同掺量的聚丙烯纤维和秸秆纤维对弹性胶结材料力学性能的影响。研究结果表明:掺入一定量的聚丙烯纤维和秸秆纤维可以增强弹性胶结材料力学性能,随着聚丙烯纤维和秸秆纤维掺量的增加,弹性胶结材料的力学性能变差,聚丙烯纤维-秸秆纤维的最优掺量为0.6%~1%;聚丙烯纤维可以作为连接材料桥接弹性胶结材料内部不连续的区域,同时,聚丙烯纤维表面粗糙,可以黏结更多的胶体,增大聚丙烯纤维脱胶的阻力;当秸秆纤维掺量为0.5%和1%时,秸秆纤维在材料中的分散情况较好,而当掺量为1.5%时,材料中的秸秆纤维开始出现团聚现象,当掺量为2%时,团聚现象严重;弹性胶结材料与煤体有良好的粘结性,能够将松散的煤体黏结在一起,构成一个整体,具有一定的力学强度;加固煤体模块在力的加载过程中,逐渐变形,但加固后的煤体并未被压溃,依然保持良好的完整性;现场试验表明,随着抽采时间的增加,瓦斯混合流量缓慢下降,并未出现瓦斯混合流量剧烈波动或下降的现象,证明在抽采过程中,钻孔未发生失稳问题,钻孔孔壁保持完整。 展开更多
关键词 固结软煤层 孔壁失稳 弹性胶结材料 力学性能 最优掺量 压溃 瓦斯抽采
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