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基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性分级判别准则 被引量：2
1
作者 赵毅鑫 杨哲 +2 位作者 谢镕澴 王涛 赵良辰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期297-310,共14页
判别煤的冲击倾向性是评估煤矿冲击地压危险程度的主要依据之一,考虑到现有判别煤冲击倾向性分级的流程相对复杂。为此,提出了一种基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性判别方法。对来自4个煤矿的20个煤样开展里氏硬度测试、纵波波速... 判别煤的冲击倾向性是评估煤矿冲击地压危险程度的主要依据之一,考虑到现有判别煤冲击倾向性分级的流程相对复杂。为此,提出了一种基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性判别方法。对来自4个煤矿的20个煤样开展里氏硬度测试、纵波波速测试和单轴压缩试验,获取了煤里氏硬度与岩石力学参数之间的拟合关系式,并探究了不同里氏硬度煤样在受压破坏过程中的能量演化规律。定义了描述煤样破坏时能量释放速率的系数KPE,并分析了KPE与传统煤冲击倾向性指标的关联。基于里氏硬度与KPE之间的关联,构建了基于里氏硬度的煤冲击倾向性分级判别准则。为验证该准则的合理性,将其判别结果与国家标准及煤屑弹射质量比F的判别结果进行对比,并在鄂尔多斯盆地某强冲击地压矿井选择了2个工程应用场景进一步对该准则的工程应用效果进行检验。结果表明:煤里氏硬度与单轴抗压强度、弹性模量具有强相关性,而与纵波波速相关性较弱;里氏硬度越大,煤样的储能及释放能力越强。不同冲击倾向煤样的KPE差异显著,且与传统冲击倾向性指标相关性较好,表明KPE可用于煤冲击倾向性分级判别。煤样的KPE与里氏硬度呈幂函数正相关,表明随里氏硬度的增加,煤样的冲击倾向性显著变化。基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性分级判别准则与国家标准、煤屑弹射质量比F的判别结果具有较好的一致性,同时在2种工程应用场景下的应用效果良好,表明该方法具有一定的可行性和可靠性。 展开更多
关键词 里氏硬度 煤 冲击倾向性 能量演化
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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
2
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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基于划痕测试的煤冲击倾向性分级判别准则
3
作者 赵毅鑫 王涛 +1 位作者 杨哲 谢镕澴 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期117-127,共11页
冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏固有属性,是煤矿诱发冲击地压事故的内在因素,也是判别煤矿冲击危险性的关键指标,但传统判别煤冲击倾向性的流程相对繁琐。为此,提出了一种基于划痕试验间接评价煤冲击倾向性的方法。分别对来自5个矿井... 冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏固有属性,是煤矿诱发冲击地压事故的内在因素,也是判别煤矿冲击危险性的关键指标,但传统判别煤冲击倾向性的流程相对繁琐。为此,提出了一种基于划痕试验间接评价煤冲击倾向性的方法。分别对来自5个矿井的煤样开展划痕测试和单轴压缩试验,建立了煤样划痕比能与其物理力学参数(单轴抗压强度、弹性模量)之间的拟合模型;并分析了不同划痕比能煤样在单轴压缩过程中的能量演化规律。采用峰后能量释放速率指数KPE定量表征煤的冲击倾向性并通过拟合与回归分析建立划痕比能与KPE关联表达式;然后构建了基于划痕比能的煤冲击倾向性分级评价方法并利用国标综合评价法以及煤屑弹射质量比F对该分级方法进行验证。研究结果表明:煤样的划痕比能与单轴抗压强度呈现正线性相关,与弹性模量呈现负线性相关,R^(2)分别为0.96577、0.88196。随着划痕比能的增加,煤样峰前积累的弹性应变能以及峰后快速释放能量的能力逐渐增强。煤样的划痕比能与弹性应变能指数、冲击能量指数、KPE呈现正相关幂函数关系,而与动态破坏时间呈现负相关幂函数关系。分别以国标综合评价法和煤屑弹射质量比F的判别结果为标准,基于划痕比能分级准则的评价吻合度均为100%,因此划痕法可以作为煤冲击倾向性间接测试方法。 展开更多
关键词 划痕比能 煤冲击倾向性 能量演化 峰后能量释放速率指数 弹射质量比
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基于改进组合弹簧模型的矿井地应力场计算方法 被引量：4
4
作者 赵毅鑫 赵良辰 +3 位作者 杨东辉 边华 杨哲 宫智馨 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期99-112,共14页
地应力场是影响围岩稳定性的重要因素,准确反演计算地应力场是采矿工程设计中的难点。结合布尔台矿Kaiser法实测地应力数据,提出了一种基于改进组合弹簧模型的地应力场计算方法,并与侧压系数法、经典组合弹簧模型法等的结果和实测值进... 地应力场是影响围岩稳定性的重要因素,准确反演计算地应力场是采矿工程设计中的难点。结合布尔台矿Kaiser法实测地应力数据,提出了一种基于改进组合弹簧模型的地应力场计算方法,并与侧压系数法、经典组合弹簧模型法等的结果和实测值进行了对比。利用FLAC^(3D)研究了不同侧向应力边界条件下布尔台矿42105工作面矿压显现规律,并与实测矿压数据进行了对比分析。研究结果表明:所提出方法计算的应力场与实测值间主应力均方根平均误差均值为1.831,较其他反演计算方法降低了14.6%~42.2%;对称平均绝对百分比误差均值为19.45%,较其他反演计算方法降低了3.4%~36.9%。将该方法计算的应力作为应力边界时,模拟得到的支撑力与实测数据间的均方根误差的平均值为66.55,相较于侧压系数法降低了7.75%,相较于经典组合弹簧模型法降低了32.45%;对称平均绝对百分比误差的平均值为15.75%,相较于侧压系数法降低了6.61%,相较于经典组合弹簧模型法降低了20.67%。因此,该方法能够较准确计算地应力场并为精准模拟矿压规律提供新的应力边界施加方法的参考。 展开更多
关键词 Kaiser法 地应力反演 组合弹簧模型 克里金插值 数值模拟
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新街矿区厚硬顶板条件邻空巷道冲击地压机理与控制 被引量：8
5
作者 刘文超 赵毅鑫 郭继鸿 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期153-165,共13页
【目的和方法】针对厚硬顶板条件下深部矿井回采巷道冲击地压严重威胁工作面安全生产的问题,以内蒙古新街矿区典型深采矿井3-1103工作面辅运巷为工程研究背景,分析邻空巷道冲击地压频发区域外在主控因素和内在驱动力源;构建基于软化地... 【目的和方法】针对厚硬顶板条件下深部矿井回采巷道冲击地压严重威胁工作面安全生产的问题,以内蒙古新街矿区典型深采矿井3-1103工作面辅运巷为工程研究背景,分析邻空巷道冲击地压频发区域外在主控因素和内在驱动力源;构建基于软化地基与弹性地基假定“岩梁-地基”系统力学特性的顶板断裂前受载力学模型,解析采场覆岩结构演化过程厚硬顶板岩梁能量演化规律及其主控因素;运用FLAC3D模拟并探查邻空巷道冲击失稳高风险区域位置与特征;研究采场覆岩结构优化与围岩应力能量控制方案,制定厚硬顶板破断诱发邻空巷道冲击地压控制方法。【结果和结论】结果表明:(1)邻空巷道冲击地压频发区域易发生以高静载或高静载叠加动载为主导灾变力源的失稳破坏,影响因素主要为顶板厚硬岩层、邻近采空区、区段煤柱。(2)顶板储能总量与覆岩载荷、软化地基系数、顶板岩梁弹性模量及惯性矩、采空区顶板极限跨距、工作面支架参数等有关。其中,覆岩载荷、软化地基系数和采空区顶板极限跨距与岩梁应变能密度呈正相关,顶板岩梁弹性模量及惯性矩、工作面支护参数与岩梁应变能密度呈负相关。(3)回采期间3-1103工作面超前支承压力区及其影响区域内区段煤柱和回采巷道煤体呈现多因素叠加影响,发生应力集中和能量积聚,是冲击失稳高风险区域;该区域较3-1101综采面其围岩应力与能量集中度进一步加剧增大。其中,工作面前方应力和应变能密度峰值增幅最大分别为6.61%、12.04%,区段煤柱应力和应变能密度峰值增幅最大分别为29.06%、65.14%。(4)提出了“卸压爆破预处理高静载区域+深孔爆破或水力致裂预裂厚硬顶板+强化巷道吸能防冲支护”的解决方案,现场应用效果明显。 展开更多
关键词 厚硬顶板 冲击地压 矿震 邻空巷道 分源防控
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红庆河矿典型工作面冲击地压灾变机理及防治 被引量：12
6
作者 刘文超 赵毅鑫 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第6期803-816,827,共15页
针对深部高静载应力环境下采掘工作面局部应力集中导致煤岩动力事件频发的问题,以新街矿区红庆河矿采煤工作面为工程研究背景,结合工作面开采方式与采掘期间煤岩动力事件对3-1煤层地质条件进行初步分析;运用数值模拟软件对工作面采动应... 针对深部高静载应力环境下采掘工作面局部应力集中导致煤岩动力事件频发的问题,以新街矿区红庆河矿采煤工作面为工程研究背景,结合工作面开采方式与采掘期间煤岩动力事件对3-1煤层地质条件进行初步分析;运用数值模拟软件对工作面采动应力场和能量场进行模拟,分析3-1103综采面回采过程中采场潜在的易煤岩冲击失稳区域和冲击地压孕育-灾变机制,研究危险区域煤岩灾变力源、影响因素及防控措施。结果表明:①3-1103综采面回采期间顶板岩层结构、采空区、区段煤柱等是影响冲击地压的主要因素;②模拟得到3-1103综采面回采期间采场易冲击失稳区域位置及特征,确定了采场范围内存在5个强冲击性和11个中等冲击性区域;③提出了包括切断冲击力源、降低应力集中、阻隔高集中应力传递三个方面的采场高静载或高静载+动载区域分源防控技术,对煤岩冲击失稳危险区域回采前进行预先卸压、回采期间局部解危和防冲减冲处理。 展开更多
关键词 深采工作面 冲击失稳 坚硬厚顶板 应变能密度 高静载 动载
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煤冲击倾向性的针贯入法测定 被引量：7
7
作者 赵毅鑫 谢镕澴 高艺瑞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1932-1942,共11页
冲击倾向性是煤的固有力学属性,也是评价煤矿冲击地压风险的重要依据。提出了一种基于针贯入法快速测定煤冲击倾向性的实验方法;结合纵波波速测试和单轴压缩实验,探究了具有不同贯入度指数的煤样对应的物理力学性质差异及在受压破坏过... 冲击倾向性是煤的固有力学属性,也是评价煤矿冲击地压风险的重要依据。提出了一种基于针贯入法快速测定煤冲击倾向性的实验方法;结合纵波波速测试和单轴压缩实验,探究了具有不同贯入度指数的煤样对应的物理力学性质差异及在受压破坏过程中能量演化规律,采用剩余弹性应变能释放率指数KRE,定量表征了弹性应变能累积释放特性并进行冲击倾向性评价。通过数据拟合与回归分析,获得了测试煤样贯入度指数与纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学参数的对应关系,并建立了贯入度指数和冲击能量指数、弹性能量指数、动态破坏时间、剩余弹性应变能释放率指数等冲击倾向性指标的关联表达式;构建了基于贯入度指数的煤冲击倾向性分级评价方法,采用对应煤样冲击倾向性测试时煤屑弹射质量比F对基于贯入度指数的煤冲击倾向性分级评价方法进行了验证。结果表明:煤的贯入度指数与纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学参数及冲击能量指数、弹性能量指数、剩余弹性应变能释放率指数等冲击倾向性指标呈幂函数正相关关系,与动态破坏时间呈负相关的指数关系;贯入度指数越大,煤的弹性变形和储能性能越强;贯入度指数为85 N/mm时是煤单轴抗压强度突变临界值;利用针贯入法测定煤的物理力学性质、弹性应变能储存释放特性及冲击倾向性具有良好的可行性与可靠性。 展开更多
关键词 针贯入法 煤 冲击倾向性 能量演化 弹射质量比
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