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煤炭科学研究总院开采研究分院简介
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《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2007年第10期8-9,共2页
关键词 开采工艺 科学研究 煤炭 工作面支护 巷道支护 岩层控制 矿山压力 建筑物下
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煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用 被引量:5
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作者 王国法 张金虎 +4 位作者 任怀伟 杜毅博 张德生 闫汝瑜 于翔 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期43-64,共22页
总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、... 总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、云计算、大数据分析和高精度惯导等先进信息技术与煤矿开采技术深度融合,实现了对采煤设备的状态监测和数据集成管理,通过精准感知、实时数据分析和智能控制,改善了煤矿开采过程中对设备的监测、管理和决策效率,提高了开采成套装备对不同煤层赋存条件的适应性。为解决中厚煤层超长工作面装备群一体化推进、协同控制等难题,通过地理信息动态感知与模型实时更新技术,实现了回采前方地质信息的同步映射,研发了适应超长工作面的大功率快速推进设备,构建了涵盖支-采-运各个环节的多区域同步推进工艺体系,形成了超长工作面支护装备群的联动机制,实现了装备群之间协同控制,显著提升中厚煤层开采效率和资源回收率。针对深部厚煤层复杂地质条件,研发了支架控制精细化、装备群组智能协同控制技术,实现了设备之间感知协调和自适应精准控制,提高了系统的可靠性和效率。针对8~10 m超大采高工作面超大开采空间煤壁防护、工作面围岩动载强烈、煤流载荷变化大等难题,提出了液压支架与围岩耦合自适应控制技术,增强了设备对超大采高工作面环境的适应性,研发了护帮板监测系统、采煤机稳定性自适应截割技术以及煤流负荷平衡和链条动态张紧控制等关键技术,使得设备能够在煤层厚度变化较大和强矿压条件下实现高效开采。针对煤矿高效开采数智化成套装备在海外的推广过程中,煤矿条件、安全要求、技术标准存在差异等难题,通过对技术装备的定制化调整,研发了集成监控和大数据分析系统,提高了对异常情况的响应能力,实现了工作面内设备群的自主感知、高可靠数据传输、智能分析决策、精准控制与执行。建立了适应不同工况的煤炭高效开采数智化成套装备技术体系,并在工程实践中取得了良好的效果,为煤矿智能化高质量发展提供支撑,为解决煤矿智能化建设的关键技术难题提供了解决方案。 展开更多
关键词 煤矿智能化 煤炭高效开采 数智技术 开采成套装备 超长工作面 超大采高
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典型煤矿区顶板含水体充水模式与控水开采技术研究及实践
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作者 张玉军 宋业杰 +5 位作者 胡皓宇 张风达 张志巍 李友伟 肖杰 李嘉伟 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期104-117,共14页
针对我国典型矿区顶板含水体下厚及特厚煤层开采水害防控与水资源保护问题,基于对典型矿区顶板含水体赋存特征以及与主采煤层的空间关系,提出了“弱固结水砂溃涌、高承压渐进充水、高位巨厚含水层渗透充水、上下行裂缝渐进导通式充水、... 针对我国典型矿区顶板含水体下厚及特厚煤层开采水害防控与水资源保护问题,基于对典型矿区顶板含水体赋存特征以及与主采煤层的空间关系,提出了“弱固结水砂溃涌、高承压渐进充水、高位巨厚含水层渗透充水、上下行裂缝渐进导通式充水、侧向大通道强补给充水”等5种顶板含水体充水模式;基于“扰动范围和充水量双重控制”的控水开采技术,构建了“含水体精细探测、覆岩破坏精准控制、充水量可控疏降、水情协同监测预警”为一体的煤矿顶板含水层控(保)水开采理论及技术体系;提出了考虑关断时间效应的瞬变电磁法精准探测、高厚及特厚煤层高强度采动导水裂缝带高度预计、基于排水能力约束的顶板含水层采前精准预疏降、预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度、.包括“含水层水位绝对值、变化速度以及变化趋势”三参量的水文监测预警等控水开采关键技术;针对我国部分典型矿区顶板含水层控水开采实践,提出了相应的控水开采模式,取得了不同顶板充水含水体下控水采煤成果,研究成果可为解放水体下压煤、实现安全高效绿色开采提供参考。 展开更多
关键词 顶板含水体 充水模式 控水开采 导水裂缝带 可控疏降
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厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究 被引量:4
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作者 张玉军 肖杰 +1 位作者 李嘉伟 李友伟 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期30-42,共13页
为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性... 为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。 展开更多
关键词 低损开采 岩层控制 水力压裂 覆岩结构调控 采动岩层膨胀
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特厚煤层综放开采合理放煤工艺参数研究 被引量:4
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作者 李正杰 陈万辉 +1 位作者 周鹏 刘绪玉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期22-27,共6页
针对不连沟煤矿特厚煤层综放开采放煤工艺参数确定的合理性问题,通过实测特厚煤层单轮顺序放煤时单个支架的连续放煤时间,在倾向方向基于“大、中、小、微”放煤理念确定了“大”放煤、“中”放煤、“小”放煤、“微”放煤的循环内位置... 针对不连沟煤矿特厚煤层综放开采放煤工艺参数确定的合理性问题,通过实测特厚煤层单轮顺序放煤时单个支架的连续放煤时间,在倾向方向基于“大、中、小、微”放煤理念确定了“大”放煤、“中”放煤、“小”放煤、“微”放煤的循环内位置和放煤间距;在走向方向通过布置多点位移计测试了不同顶煤高度、不同循环时的顶煤运移轨迹曲线,得出在倾斜方向的顶煤移动轨迹曲线方程,确定不同放煤步距时的工艺损失。研究结果表明:单放煤口充分放煤时,工作面倾向方向影响距离6~12架,倾向单架放煤影响半径平均7.6 m;循环内两端“大”放煤、中间“中”放煤、其余“小”放煤和“微”放煤交替;本架放煤在垂高12.3 m层位的走向影响距离平均4.9 m,在垂高8.3 m层位的走向影响距离平均3.8 m,拟合确定了不同放煤步距的顶煤走向运移方程,理论得出循环步距0.8 m比1.6 m减少煤炭损失694 t。研究结果为指导不连沟煤矿特厚煤层综放开采合理放煤和提高资源回收率提供依据。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 放煤工艺参数 顶煤走向运移
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钻锚一体化锚杆随钻测量岩石强度试验研究 被引量:1
6
作者 姜鹏飞 张炜 +5 位作者 陈志良 王子越 罗超 郭吉昌 刘畅 孙洋 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期63-81,共19页
岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时... 岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时监测液压系统的液压缸、液压马达及钻箱位移等参数。通过对各参数特性、单一参数及组合参数随岩石强度变化的关系进行分析,获得钻进单位体积岩石时液压缸、液压马达及系统所做总功与岩石强度的关系,并对比了各参数的优劣性。研究结果表明:液压系统单一参数及组合参数与岩石单轴抗压强度有一定的相关性,部分参数相关性系数较高,液压缸进油端、回油端拟合函数相关性系数分别为0.840 8和0.849 7;钻箱钻进速度随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数最高,为0.953 3;其次是液压马达做功、系统总功以及液压缸做功,分别为0.921 5、0.895 0和0.855 2。液压缸回油端压力拟合函数效果最好,误差率为14.33%,小于15%;其次是钻箱钻进速度,误差率为16.12%,小于20%;钻进系统所做总功、液压马达做功、液压缸做功误差率分别为20.73%、21.79%和23.78%,均小于25%,预测效果较好。液压马达做功系统做功占主要部分,平均占比99.22%,随着岩石强度的增加,液压马达做功占系统总功逐渐下降。总体来看,液压缸进油端压力、回油端压力、钻箱钻进速度、液压马达做功、系统总功及液压缸做功随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数较高。研究结果为钻锚一体化快速掘进、巷道围岩稳定性评估、锚杆支护方案优化等提供了依据。 展开更多
关键词 巷道支护 快速掘进 钻锚一体化 随钻测量 单轴抗压强度
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10m超大采高智能化开采关键技术及装备研究 被引量:11
7
作者 韩会军 韩春福 +3 位作者 李明忠 张金虎 张权 曾明胜 《中国煤炭》 北大核心 2024年第7期82-90,共9页
通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,... 通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,实现了综采工作面中部到两端头巷道6 m高差的短缓过渡及端头区三角煤高回收率支护;基于综采工作面智能化成套开采装备选型配套,研发了适应10 m超大采高综采工作面的成套开采装备,实现了超大开采空间安全防护、特厚煤层高效截割、超大运量煤流顺畅运输;搭建工作面“采支运”一体化智能协同作业控制系统及多源系统集成与数据融合分析平台,支撑10 m超大采高综采工作面安全高效开采。 展开更多
关键词 10 m超大采高 厚及特厚煤层 开采技术及装备 智能化开采
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中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践--纪念《煤炭科学技术》创刊50周年 被引量:76
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作者 王国法 杜毅博 +3 位作者 徐亚军 任怀伟 张德生 庞义辉 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期1-18,共18页
回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能... 回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革,实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革,液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破;采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展,采高0.8~9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求,智能化水平不断提升;大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破,450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行,智能变频一体机传动代替传统CST等传动,节能近30%;大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势;电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展,国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用;“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统,解决了采掘失衡难题;智能变频节能传动支撑矿山节能,采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升,研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用,取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展,分析了煤矿数据流分类与关联,提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论,综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展,提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态,推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发,建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路,为企业高质量发展指明了技术方向。 展开更多
关键词 中国煤炭 综合机械化 煤矿智能化 液压支架 综采装备 智能开采控制技术
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煤矿微震监测技术研究现状与展望 被引量:1
9
作者 陈法兵 孙晓冬 +5 位作者 王元杰 冯彦军 孙学波 马兆瑞 李岩 刘宁 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期133-141,共9页
微震监测技术是以工作面开采过程中产生的震动为监测对象,通过微震数据统计分析,并结合生产实际,对动力灾害危险性进行评价的方法。微震监测技术在台网优化布置、震源定位算法和冲击地压监测等方面已取得了突飞猛进的发展,近年来在顶板... 微震监测技术是以工作面开采过程中产生的震动为监测对象,通过微震数据统计分析,并结合生产实际,对动力灾害危险性进行评价的方法。微震监测技术在台网优化布置、震源定位算法和冲击地压监测等方面已取得了突飞猛进的发展,近年来在顶板破裂监测和水害监测等领域取得了诸多创新成果。但是煤矿微震监测技术仍存在诸多问题限制了其进一步发展,比如微震数据深度分析不充分,单一波速结构影响定位精度,近水平煤层Z值定位精度低,能量算法不统一等。未来微震监测技术的发展主要集中在系统软硬件和算法创新升级、数据深度挖掘分析、操作智能化等方向,以达到数据真实可靠、震源定位精度高、操作智能友好和有效指导安全生产的目的。 展开更多
关键词 微震监测 震源定位 冲击地压 波速结构
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高水材料在邻位注浆充填中的研究与应用 被引量:1
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作者 赵文华 刘鹏亮 于健浩 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期71-76,共6页
为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和... 为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和凝结时间等宏观工作性能,结果表明:选取高水材料水固比为2∶1,其配比在28 d时充填体强度可达6.3 MPa,料浆扩展度为461.5 mm,凝结时间接近10 min。并以三元福达矿15202工作面钻场硐室充填为研究背景,分别从注浆材料的选取、注浆工艺、现场应用三个方面对垮落区邻位注浆可行性进行了研究,最终采用高水材料对15202工作面钻场硐室垮落区进行邻位注浆,现场应用证明,高水材料邻位注浆工艺可为采空区注浆加固设计思路和施工提供有效依据,保证窄煤柱的稳定性和安全性。 展开更多
关键词 高水材料 钻场硐室 水固比 邻位注浆 窄煤柱
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基于DEM的坚硬顶板水力压裂卸压开采耦合模拟方法 被引量:1
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作者 张洪伟 周传洪 +6 位作者 何杰 杨青帅 叶志伟 张世雄 芮旭升 詹令业 任博涵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期39-49,共11页
坚硬顶板水力压裂卸压技术成功解决了煤矿厚硬顶板难垮致灾问题。其中,地层尺度“水力压裂+卸压开采”耦合数值计算是揭示坚硬顶板卸压-运移规律、优化施工参数的重要途径。采用离散单元数值计算软件,分析了小尺度岩体水力压裂参数,提... 坚硬顶板水力压裂卸压技术成功解决了煤矿厚硬顶板难垮致灾问题。其中,地层尺度“水力压裂+卸压开采”耦合数值计算是揭示坚硬顶板卸压-运移规律、优化施工参数的重要途径。采用离散单元数值计算软件,分析了小尺度岩体水力压裂参数,提出了“水力压裂+卸压开采”耦合实现方法,通过分离式求解组装流固模块,提升了地层尺度高密度网格模型的计算效率,并开展了相应的工程算例分析。结果表明:小尺度试样的水力压裂曲线可分为水压积聚期、裂纹扩展期、裂纹平缓扩展期等阶段;增大压裂液排量有利于形成具有复杂形态的水力裂缝。水力裂缝与层理弱面相互作用时,出现止于层理面滤失、穿越层理面扩展、滤失后继续穿越扩展等现象。将地层尺度水力压裂产生张拉裂隙的精准位置分离出来,重新嵌入固体力学模块中,提出了地层尺度模拟“水力压裂+卸压开采”的高效计算方法。通过坚硬顶板水力压裂卸压开采算例分析表明,硬岩中水力裂缝以垂向发育为主,遭遇层理面后,主要表现为层间滤失现象,也会出现穿层扩展、扭转等情况。水力压裂卸压后,坚硬顶板垮断更早、垮冒更充分,采空区压实程度也更高,悬顶结构得到改善。最后,探讨了坚硬顶板水力压裂卸压开采升尺度模拟的必要性、优化性和扩展性。 展开更多
关键词 离散单元法 UDEC 水力压裂 裂缝扩展 地层尺度 坚硬顶板
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超大采高工作面厚硬顶板压裂卸压技术研究及应用 被引量:3
12
作者 雷亚军 冯彦军 +9 位作者 康红普 赵福堂 尚晓光 王锐 王鹏 张震 任建超 赵凯凯 郑仰发 刘晓刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1907-1934,共28页
针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、... 针对超大采高厚硬顶板综采工作面面临的超大开采空间、强矿压显现及超高煤壁稳定性控制等难题,以世界首个10 m超大采高综采工作面——曹家滩煤矿122104工作面为研究背景,系统开展了厚硬顶板压裂卸压机制、真三轴水力压裂裂缝重构试验、三维裂缝扩展流固耦合数值模拟、大流量复合压裂技术与工艺、水力压裂效果监测与评价等方面的研究。研究结果表明:厚硬顶板水力压裂卸压作用机制主要体现在结构调控、应力转移、能量释放、强度劣化等方面;延安组相较于直罗组脆性矿物含量更高,易形成复杂裂缝网络;排量由1 m^(3)/min增至5 m^(3)/min,裂缝平均半径由21.9 m增至32.5 m,增幅约为48.40%,排量越大水力裂缝尺度越大。研发了井下厚硬顶板水力压裂卸压技术及大流量压裂装备,开发了磨料射流预切缝与5 m^(3)/min大流量复合压裂技术工艺,提出了一种井下长水平钻孔定向水力压裂“一场一策”分区设计理念,形成了一种动态更新压裂层位和压裂方案的井下长水平钻孔定向水力压裂方法,并在曹家滩煤矿开展了工程应用试验,实现了10 m超大采高工作面矿压显现的科学有效防控。通过地面微震实时监测技术实时捕捉缝网扩展轨迹,有效指导了水力压裂方案的优化,并获得了顶板水力裂缝空间展布特征。开展了水力压裂实施效果的多因素综合评价,对液压支架工作阻力、工作面周期来压步距和持续距离、来压动载系数、微震事件及能量等进行综合分析,综合评价了水力压裂效果。井下试验结果表明:曹家滩煤矿井下水力裂缝以水平裂缝为主,沿钻孔两侧扩展平均距离约为80 m,有效弱化了工作面范围内上覆厚硬、完整顶板,实现了区域顶板结构有效调控;通过区域压裂技术将厚硬岩层组提前预裂,减小了来压步距和动载系数,保障了10 m超大采高工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 特厚煤层 10 m超大采高 厚硬顶板 复合压裂 区域卸压
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基于矩阵位移法的超长工作面顶板挠度分布研究 被引量:1
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作者 邢有望 李明忠 +2 位作者 张金虎 闫汝瑜 刘江斌 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期39-51,共13页
为了探究顶板条件、巷帮条件及支护条件对超长工作面顶板挠度变化的影响,同时将梁模型理论应用于指导液压支架设计,以小保当二号井132202超长工作面为背景,根据实际生产中液压支架、巷帮及顶板关系,建立支持在弹性支座上的二维连续梁模... 为了探究顶板条件、巷帮条件及支护条件对超长工作面顶板挠度变化的影响,同时将梁模型理论应用于指导液压支架设计,以小保当二号井132202超长工作面为背景,根据实际生产中液压支架、巷帮及顶板关系,建立支持在弹性支座上的二维连续梁模型,基于位移法对梁模型单元进行编码并计算杆单元的单元刚度矩阵,利用单元集成法计算含有弹性支座的超长梁模型整体刚度矩阵及节点等效载荷,通过矩阵位移法求解全梁挠度分布及杆端内力计算式,从而得到支架支护反力。在此基础上,分别对支架宽度、数目、等效刚度、工作面长度、巷帮刚度、顶板弹性模量、截面惯性矩及随动岩层产生的载荷大小取不同值,来观察其对全梁挠度分布的影响。使用三次多项式对挠度曲线一侧的起点至最大峰值段进行精确拟合。使用插入了桩结构单元充当支护的3DEC数值模拟结果及现场电液控监测数据进行验证。验证结果做到了理论计算、数值模拟与现场数据三者的统一,表明二维梁模型能够在一定程度上解释超长工作面三峰值来压特征,同时工作面一侧到临近高峰值段的挠度曲线符合三次多项式分布规律。研究深化了梁模型在采场方面的应用,为超长工作面支架工作阻力预测提供了方向,研究结果有助于为超长工作面液压支架设计提供理论指导。 展开更多
关键词 采矿工程 液压支架 超长工作面 矩阵位移法 3DEC数值模拟
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围压效应下锚杆锚固性能及其影响因素试验研究
14
作者 董双勇 康红普 +5 位作者 高富强 娄金福 刘文举 王晓卿 卢志国 彭相愿 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期176-188,共13页
围压是影响锚杆锚固性能的关键因素之一,为探究围压效应下锚杆锚固性能及其影响因素,采用自主研发的锚杆围压拉拔试验装置,在还原井下锚固体围岩性质与应力环境的条件下,开展了锚杆拉拔试验,探讨了围压、锚杆直径、锚固长度及围岩强度... 围压是影响锚杆锚固性能的关键因素之一,为探究围压效应下锚杆锚固性能及其影响因素,采用自主研发的锚杆围压拉拔试验装置,在还原井下锚固体围岩性质与应力环境的条件下,开展了锚杆拉拔试验,探讨了围压、锚杆直径、锚固长度及围岩强度等对锚杆锚固性能的影响。试验结果表明:(1)随着围压的增加,围岩对锚固界面的侧向约束作用逐渐增强;锚杆极限锚固力近似呈线性增长锚固系统的整体承载能力显著提高。(2)恒定围压作用下,锚杆直径和锚固长度均与其极限锚固力正相关,也即锚杆直径、锚固长度越大,对其锚固力增强效果越明显,但这种增益受锚杆材料强度和围岩承载能力的限制;锚杆锚固性能对围岩强度敏感,且两者之间成正相关,即围岩强度越高,锚杆可锚性越好,锚固系统越稳定性。基于此,给出了煤矿巷道支护中提升锚杆锚固性能的建议,研究成果可为复杂地质条件下的煤矿深部巷道支护设计及优化提供参考。 展开更多
关键词 锚杆支护 锚固力 围压效应 拉拔试验 锚固失效
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不同围压和加卸载速率下砂岩变形破坏机制实验研究
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作者 张风达 王路 +2 位作者 张玉军 樊振丽 张志巍 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第4期78-86,共9页
为探究深部煤层底板变形破坏机制,对比分析了不同初始围压、不同加卸载速率下的砂岩应力—应变变化特征、声发射能量事件与强度变化特征,研究了不同条件下的损伤因子、弹性模量和泊松比变化特征。研究结果表明:卸围压速率0.06 MPa/s时,... 为探究深部煤层底板变形破坏机制,对比分析了不同初始围压、不同加卸载速率下的砂岩应力—应变变化特征、声发射能量事件与强度变化特征,研究了不同条件下的损伤因子、弹性模量和泊松比变化特征。研究结果表明:卸围压速率0.06 MPa/s时,初始围压40 MPa下砂岩弹性模量损伤劣化转折点早于泊松比转折点,而初始围压25 MPa则与之相反。卸围压速率0.04 MPa/s的应力路径下,无论初始围压为25 MPa还是40 MPa,砂岩均因内部积聚大量能量以裂纹快速扩展的形式进行释放,并伴随着应力跌落现象,定义为能量驱动破坏型;初始围压25 MPa且卸围压速率0.06 MPa/s的应力路径下,砂岩内部裂隙扩展充分,内部积聚的能量及时得以释放,应力变化较为平缓,定义为损伤劣化驱动破坏型。初始围压40 MPa且卸围压速率0.06 MPa/s的应力路径下,砂岩前期因内部能量快速释放而出现应力跌落现象,而后受围压限制和轴压加载的作用,逐渐转变为裂隙扩展损伤变形破坏,即由能量驱动破坏型转变为损伤劣化驱动破坏型。 展开更多
关键词 砂岩 卸荷劣化 损伤 能量 加卸载路径 底板
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低渗灰岩注浆压力跃变机理与调控工艺研究
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作者 樊振丽 曹路通 +2 位作者 崔勇 张志巍 张风达 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期141-153,共13页
【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆... 【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆加固效果不佳。【方法】针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象,以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象,开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验,基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理,从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。【结果和结论】(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体,导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600µm的大颗粒,且粒径100µm以上的颗粒占比78%,容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87mS/cm)相比水泥浆有所降低,浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低,容易通过地层中狭窄的裂隙通道,注浆压力表现平稳;黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍,相对容易堵塞裂隙通道,导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则,提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式,可显著提升治理效果,并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。 展开更多
关键词 煤矿水害 底板岩溶水害 区域治理技术 注浆材料 絮凝机理 起压差异机制 交替注浆 豫西孟津煤矿
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超大采高工作面煤壁稳定性分析及片帮预测研究
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作者 任怀伟 刘凯 +4 位作者 李建 赵叔吉 韩存地 王龙 李济洋 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1-11,共11页
目的为了解决超大采高工作面煤壁片帮难题,方法通过理论分析与现场实测研究煤壁片帮机理,采用数值模拟对不同采高条件下煤壁的破坏过程进行模拟,探讨采高和顶板压力与煤壁片帮之间的关系,并基于现场数据,利用机器学习方法进行片帮预测,... 目的为了解决超大采高工作面煤壁片帮难题,方法通过理论分析与现场实测研究煤壁片帮机理,采用数值模拟对不同采高条件下煤壁的破坏过程进行模拟,探讨采高和顶板压力与煤壁片帮之间的关系,并基于现场数据,利用机器学习方法进行片帮预测,比较并选择最优的预测模型。结果研究发现,超大采高工作面煤壁片帮主要发生在煤壁的中上部,随着采高和支承压力的增加,片帮破坏程度呈加剧趋势。分析得到片帮稳定性系数计算公式,发现稳定性系数随顶板压力和采高的增加而增大。数值模拟结果表明,当采高从6 m增至10 m时,煤壁破碎程度和片帮深度显著增加,且片帮深度在顶板来压时达到峰值。数据分析结果表明,煤壁片帮是煤壁、液压支架和顶板相互作用的结果,合理的支护高度和良好的液压支架支撑力是降低片帮风险的关键。最后,采用机器学习方法对煤壁片帮进行预测,比较多种常见的机器学习算法,发现KNN方法的预测准确率最高,达77.46%。然而,现有机器学习方法在片帮预测上的准确性仍需进一步提高。结论研究结果揭示了超大采高工作面煤壁片帮的发生机理,提出了片帮预测的新思路,即随着采高和顶板压力增加,煤壁片帮风险加大,采用机器学习方法可以有效预测片帮发生的可能性,这为超大采高工作面煤矿安全生产提供了理论支持和技术保障。 展开更多
关键词 超大采高工作面 煤壁片帮 稳定性分析 机器学习 片帮预测
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超大采高土-基型覆岩采动导水裂缝发育规律及控水开采策略
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作者 张玉军 华照来 +2 位作者 宋业杰 胡皓宇 李嘉伟 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期112-127,共16页
【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发... 【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发育高度的基础上,采用应力-渗流耦合数值模拟方法研究土-基型覆岩采动响应差异性规律,并提出顶板复合含水体下控水开采策略,分析控水开采效果。【结果与结论】(1)曹家滩煤矿10m超大采高工作面顶板属于典型的土-基型覆岩结构,受红土层遇裂缝可弥合再生隔水特性与对采动裂缝抑制作用的影响,裂采比为22.56倍,采动裂隙基本发育至红土层下部,只有极少数裂隙扩展到红土层,但红土层的整体隔水性未受破坏,基岩和土层内显现传统导水裂缝带变异规律。(2)基于超大采高土-基采动破坏演化与顶板含水层充水规律分析的基础上,提出“静储量精准疏放+动补给增排分流+全空间流场监测+局部防切顶漏顶”的控水开采策略。(3)综合开采过程中长观孔水位、工作面涌水量及水化学等多因素,采动裂缝仅导通基岩裂隙及风化带含水层,第四系含水层未受采动影响,实现了超大采高工作面控水安全高效开采。研究成果可为国内超大采高高强度开采覆岩破坏、水害防控与水资源保护提供依据。 展开更多
关键词 超大采高 导水裂缝带 土-基型覆岩 耦合数值模拟 采动响应 控水开采
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长径比对砂质泥岩动态强度与破坏特征影响研究
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作者 孙卓越 付玉凯 周鹏赫 《中国煤炭》 北大核心 2025年第9期36-45,共10页
为研究煤层中不同长径比砂质泥岩冲击力学特性及破坏特征,加工制备直径50 mm,长度分别为20、30、40、50 mm的圆柱体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,开展5级冲击气压动态压缩实验。分析了冲击加载过程中不同长径比岩样的力... 为研究煤层中不同长径比砂质泥岩冲击力学特性及破坏特征,加工制备直径50 mm,长度分别为20、30、40、50 mm的圆柱体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,开展5级冲击气压动态压缩实验。分析了冲击加载过程中不同长径比岩样的力学特性,包括动态应力应变曲线特征、动态强度和动态应变。基于高速摄像和碎块平均粒径对冲击破坏特征进行了定性和定量研究。结果表明,冲击载荷下砂质泥岩的动态应力应变曲线可分为压密阶段、弹性阶段、非线性屈服阶段和峰后失稳阶段;在实验涉及的应变率范围内,同一长径比试样随应变率增加,动态抗压强度、峰值应变和最大应变均随之增大,表现出明显的应变率效应;相同应变率水平下,试样动态抗压强度、动态峰值应变和最大应变均与长径比呈正相关;冲击载荷下砂质泥岩破坏形态为劈裂破坏;同一长径比试样随应变率增加,破坏程度逐渐增大;在相同应变率水平下,随着长径比增加,砂质泥岩试样破坏程度增大;裂纹演化路径为自透射杆与试样接触界面萌生裂纹并向入射杆方向扩展;随着长径比由0.4增至1.0,碎块平均粒径由7.378 mm增至8.887 mm,且大粒径碎块占比逐渐增大,中小粒径碎块占比逐渐减小。 展开更多
关键词 分离式霍普金森压杆 动态强度 应变率 长径比 破坏特征
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采煤工作面图像超分辨率技术研究
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作者 马英 雷声 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期1-7,共7页
受煤矿井下不均匀光照及煤尘、水雾等因素影响,井下采煤工作面图像采集往往存在分辨率低、细节缺失、纹理清晰度差等问题,给工作面远程监控、机器视觉等技术的应用带来诸多不利影响。提出了一种基于残差混合注意力机制的超分辨率生成对... 受煤矿井下不均匀光照及煤尘、水雾等因素影响,井下采煤工作面图像采集往往存在分辨率低、细节缺失、纹理清晰度差等问题,给工作面远程监控、机器视觉等技术的应用带来诸多不利影响。提出了一种基于残差混合注意力机制的超分辨率生成对抗网络模型:在生成器的特征提取过程中加入残差块,提升网络深度和学习效果;引入通道注意力与空间注意力机制,提升对图像边缘纹理特征和局部细节的恢复效果;优化损失函数,保留重建图像细节纹理,提升主观质量;通过判别器识别生成器重建图像,实现生成器与判别器的对抗训练,在小样本数据集上优化模型效果。试验证明了该模型在矿井采煤工作面图像超分辨率方面的有效性:所提出的模型算法相较现有主流算法在矿井采煤工作面设备图像数据集的4倍缩放上实现了明显效果提升,峰值信噪比(PSNR)平均提升8.57%,结构相似度(SSIM)平均提升1.43%。 展开更多
关键词 采煤工作面图像 超分辨率 残差块 注意力机制
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