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急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治 被引量：5
1
作者 来兴平 贾冲 +6 位作者 胥海东 崔峰 刘旭东 王昊 陆长亮 张随林 何仕凤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期337-350,共14页
随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量... 随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 巷道掘进 冲击地压 前兆特征 防治策略
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一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法 被引量：5
2
作者 罗香玉 杜浩 +2 位作者 华颖 解盘石 吕文玉 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第6期54-60,共7页
目前煤矿顶板灾害防治措施决策及事故原因分析等过程主要依赖人工经验,智能化水平较低。顶板灾害防治知识图谱可整合顶板灾害防治知识和经验,辅助顶板灾害事故原因分析和顶板灾害防治措施决策。提出了一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建... 目前煤矿顶板灾害防治措施决策及事故原因分析等过程主要依赖人工经验,智能化水平较低。顶板灾害防治知识图谱可整合顶板灾害防治知识和经验,辅助顶板灾害事故原因分析和顶板灾害防治措施决策。提出了一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法。采用本体方法完成煤矿顶板灾害防治知识建模,将顶板灾害防治领域的概念分为矿井地质类、开采技术类、防治措施类和事故表征类,将概念之间的关系定义为使用、引发、易发、治理、预防和适用,为煤矿顶板灾害防治知识抽取(实体抽取和关系抽取)奠定基础;结合煤矿顶板灾害防治领域文本存在大量嵌套实体和关系之间存在实体重叠的特点,确定了基于跨度的实体抽取方法和基于依存句法树引导实体表示的关系抽取方法;构建了顶板灾害防治领域语料库,采用Neo4j图数据库存储数据,为顶板灾害防治知识图谱的应用提供数据来源支撑;展示了煤矿顶板灾害防治知识图谱局部构建结果,说明该知识图谱可辅助顶板灾害事故原因分析和防治措施决策,从而提高顶板管理的智能化水平;指出基于该知识图谱,结合自然语言处理和知识推理等技术,可实现顶板管理知识问答。 展开更多
关键词 煤矿顶板管理 顶板灾害防治 知识图谱 本体 知识抽取 知识建模
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冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能研究
3
作者 崔峰 罗钟 +4 位作者 来兴平 陈建强 彭宝山 邹磊 刘旭东 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期81-95,共15页
我国埋深1 000 m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上,未来将是煤炭资源供应的主要部分,开展冲击地压矿井科学产能确定研究并科学提升冲击地压矿井产能,对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定... 我国埋深1 000 m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上,未来将是煤炭资源供应的主要部分,开展冲击地压矿井科学产能确定研究并科学提升冲击地压矿井产能,对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定与产能提升问题,利用理论分析、现场监测等研究方法,完成了含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学划分,分析了冲击地压矿井不同的采煤方法、开采顺序、开采布局下采煤面扰动响应特征,建立了冲击地压矿井科学产能的确定方法,提出了冲击地压矿井产能科学提升的顶层设计与实践方法。研究结果表明:明确了冲击地压矿井冲击倾向性鉴定与冲击危险性确定的必要性,实现含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学规划;研究了采煤方法、开采顺序与布局以及开采参数对采煤面扰动响应特征,得出了冲击地压矿井采煤面科学设计的系统性方法,为冲击地压矿井产能提升创造条件;提出了冲击地压矿井产能确定的技术路径,基于采动力学构建了“分阶段、分区域、分时期、看卸压力度、看历史防控水平”的冲击地压矿井采煤面推进速度确定方法;构建了冲击地压矿井产能提升的顶层设计,明确指出了控制产能的关键是产能提升所带来的冲击危险性,实现采动强度与卸压力度平衡,降低冲击危险性,从而有效的进行产能提升。构建了冲击地压矿井从井田范围科学规划、采煤面科学设计到产能科学确定及科学提升产能的一体化技术路径,为冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能提供了科学指导。 展开更多
关键词 冲击地压矿井 科学产能 科学提升产能 采动强度 卸压力度
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深埋煤层临空面开采覆岩结构失稳机理与防治技术
4
作者 解嘉豪 崔峰 +3 位作者 韩刚 苌玉 刘虎 郝晓琦 《西安科技大学学报》 北大核心 2024年第6期1050-1059,共10页
针对深埋煤层临空面开采过程中,覆岩结构失稳及诱冲灾害这一难题,以石拉乌素煤矿为背景,运用理论分析与现场监测等手段,研究了工作面上方覆岩结构演化规律与矿震诱冲机理,提出了工作面覆岩爆破防冲措施,并进行了现场验证。结果表明:221_... 针对深埋煤层临空面开采过程中,覆岩结构失稳及诱冲灾害这一难题,以石拉乌素煤矿为背景,运用理论分析与现场监测等手段,研究了工作面上方覆岩结构演化规律与矿震诱冲机理,提出了工作面覆岩爆破防冲措施,并进行了现场验证。结果表明:221_(上)08工作面在实体煤开采阶段主关键层极限破断步距为186.54 m,临空面开采时主关键层极限破断步距为337.79 m,低位关键层由O-X破断转变为高位关键层X-O破断;221_(上)08工作面两侧实体煤开采阶段,覆岩空间结构呈长臂F型结构,当工作面进入临空采空区进行开采时,覆岩结构由长臂F型结构转变为长臂T型结构,由于主关键层随工作面开采达到极限破断步距,在自身重力作用下将会逐步弯曲、下沉,释放大量弯曲弹性能,诱发矿震现象;主关键层爆破切顶手段的实施将微震事件由“高能-低频”转换为“低能-高频”,有效降低矿井发生矿震频率,保障了现场的安全生产,为此类矿井提供理论参考依据。 展开更多
关键词 长臂F型 长臂T型 X-O结构 采空区 爆破卸压
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我国煤火灾害防治技术研究现状及展望 被引量：213
5
作者 邓军 李贝 +1 位作者 王凯 王彩萍 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第10期1-7,101,共8页
为了给我国煤火灾害防治技术发展提供决策参考,介绍了我国"十二五"期间煤火灾害防治科技发展的基本现状、新特点和主要研究进展,结合当前煤火灾害现状和煤炭工业发展形势,提出了未来煤火灾害防治科技发展的重点研究领域;阐述... 为了给我国煤火灾害防治技术发展提供决策参考,介绍了我国"十二五"期间煤火灾害防治科技发展的基本现状、新特点和主要研究进展,结合当前煤火灾害现状和煤炭工业发展形势,提出了未来煤火灾害防治科技发展的重点研究领域;阐述了研究煤自燃机理、科学评价煤火环境影响、准确探测火源位置、提高治理效率等仍是煤火研究中的关键科学问题;系统论述了煤自燃机理、监测探测与预警技术、防灭火材料技术与装备、鉴定与评价方法、煤田火灾防治等研究领域的重点发展方向。煤火灾害防治技术的健康可持续发展对于保障煤炭安全生产、推动煤炭工业可持续发展及促进生态环境保护具有重要意义。 展开更多
关键词 自燃 煤田火灾 监测与预警 防灭火技术
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西部生态脆弱区地表开采损害特征 被引量：17
6
作者 赵兵朝 同超 +2 位作者 刘樟荣 刘浪 余学义 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2991-2998,共8页
为进一步揭示西部生态脆弱区地表开采损害特征形成的机理,在分析影响生态脆弱区地表开采损害特征主要因素(开采深度、开采高度、基岩厚度、载荷层厚度以及坡体自身稳定性)的基础上,研究生态脆弱区厚松散层薄基岩、黄土沟壑及山区丘陵下... 为进一步揭示西部生态脆弱区地表开采损害特征形成的机理,在分析影响生态脆弱区地表开采损害特征主要因素(开采深度、开采高度、基岩厚度、载荷层厚度以及坡体自身稳定性)的基础上,研究生态脆弱区厚松散层薄基岩、黄土沟壑及山区丘陵下煤层开采的地表损害特征,并以基采比(基岩厚度与开采高度之比,JC)和基载比(基岩厚度与载荷层厚度之比,JZ)为关键参数,揭示生态脆弱区煤层开采损害特征形成的机理。研究结果表明:以基采比和基载比为基础,结合坡体稳定性引起的附加量,能够有效地分析西部生态脆弱区的开采损害特征,为进一步揭示该区域煤层开采地表损害特征的形成机理提供了依据。 展开更多
关键词 生态脆弱区 开采损害 基采比 基载比 坡体稳定性
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开采扰动区变尺度采空区覆岩介质动态损伤实验 被引量：13
7
作者 来兴平 栾小东 +2 位作者 伍永平 张勇 吕兆海 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期902-906,共5页
尝试利用非均匀围岩介质动态损伤声发射(Acoustic Emission,AE)总事件、能率、时间、空间结构参数、变形与应力尺度演化过程,进行不同尺度开采推进形成的采空区围岩介质损伤统计与宏观动力失稳时-空关系对比分析,找出采空区动力失稳预... 尝试利用非均匀围岩介质动态损伤声发射(Acoustic Emission,AE)总事件、能率、时间、空间结构参数、变形与应力尺度演化过程,进行不同尺度开采推进形成的采空区围岩介质损伤统计与宏观动力失稳时-空关系对比分析,找出采空区动力失稳预警量化依据. 展开更多
关键词 开采扰动区 变尺度采空区 动态损伤
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冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能 被引量：16
8
作者 崔峰 张廷辉 +3 位作者 来兴平 王苏健 陈建强 钱德雨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3781-3793,共13页
开采扰动是导致深部煤岩体发生变形、冲击、失稳的根本原因,而开采扰动特征与采动强度密切相关。进入深部开采后,冲击地压矿井数量随采动强度的增大而不断增多,研究冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征,进而根据采动煤岩力学响应... 开采扰动是导致深部煤岩体发生变形、冲击、失稳的根本原因,而开采扰动特征与采动强度密切相关。进入深部开采后,冲击地压矿井数量随采动强度的增大而不断增多,研究冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征,进而根据采动煤岩力学响应特征确定合理的采动强度对冲击地压防控具有重要意义。以典型冲击地压矿区彬长矿区为例,利用数值模拟及理论分析根据不同采动强度下煤岩采动应力、能量释放及覆岩垮落结构特征,分析了不同推进速度、不同采厚下的开采扰动特征,评估了不同采动强度时采动煤体的冲击危险性,并探讨了开采扰动特征在矿井产能调控及开采方法优选等方面的应用。研究结果表明:(1)煤炭年产量与冲击地压矿井数量呈正比例关系,且深部矿井发生冲击地压的可能性明显高于浅部矿井;(2)整层开采的顶底板应力、超前支承压力及冲击危险性均大于分层开采,且前者存在明显的应变能峰值前移现象;(3)工作面采厚增加将会引起关键块的回转角及断裂度增大,提高了滑落失稳及回转失稳的可能性,推进速度加快将会提高回转失稳的可能性,更易诱发上覆岩层破断及能量大量释放,从而提高冲击危险性;(4)揭示了不同采动强度下的深埋煤层工作面的开采扰动特征,提出了根据不同采动强度下的开采扰动特征反向确定矿井合理的采动强度,进而确定矿井产能的方法,并基于开采扰动特征优选了孟村煤矿开采方法,为指导矿井冲击地压灾害防治提供了科学依据。 展开更多
关键词 采动强度 开采扰动 冲击地压 矿井产能 深部开采
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大倾角多区段开采顶板运移及其采空区充填规律实验研究 被引量：8
9
作者 解盘石 段建杰 +1 位作者 皇甫靖宇 田双奇 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第2期212-220,共9页
为了研究大倾角煤层多区段开采围岩运移规律,采用物理相似模拟实验方法,分析了大倾角煤层多区段采场顶板和煤柱变形破坏规律、底板应力分布及演化规律、垮落矸石充填特征等。结果表明:大倾角煤层多区段开采围岩运移规律不同于单区段开采... 为了研究大倾角煤层多区段开采围岩运移规律,采用物理相似模拟实验方法,分析了大倾角煤层多区段采场顶板和煤柱变形破坏规律、底板应力分布及演化规律、垮落矸石充填特征等。结果表明:大倾角煤层多区段开采围岩运移规律不同于单区段开采,下区段采动导致上区段采场倾向中、上部垮落顶板出现二次下沉和滑移,顶板运移曲线呈现沿倾斜方向“上大下小”的双峰特点,垮落顶板非均匀充填导致采空区底板应力沿倾向呈现出中部>下部>上部,下区段采动导致上区段采空区中部底板应力显著增加。下区段开采致使区段煤柱上、下两侧非对称受载并发生破坏,引发了煤柱-上区段采场煤岩体的连锁运动;区段煤柱支承压力从上区段开采时的“W”型分布变为下区段开采时的“V”型分布,增载系数达到4.9.研究可为大倾角煤层多区段围岩控制提供了理论指导。 展开更多
关键词 大倾角煤层 多区段开采 顶板运移 二次扰动 非均匀充填
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大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采理论与技术 被引量：5
10
作者 伍永平 皇甫靖宇 +2 位作者 王红伟 胡博胜 罗生虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期280-297,共18页
大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工... 大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源采出率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势。 展开更多
关键词 大倾角煤层 无煤柱开采 局部充填 沿空留巷 采动应力
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模拟暗湿工况下煤矸混合体态势热敏图像精准辨识实验 被引量：2
11
作者 单鹏飞 李晨炜 +4 位作者 来兴平 孙浩强 梁旭 陈兴周 符立梅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期483-494,共12页
煤矸井下智能分选作为智慧矿山建设的重要组成,可有效提升矿井资源绿色利用。现阶段可见光图像识别技术针对井下昏暗潮湿环境中煤矸混合体的辨识还有待完善。基于热红外成像技术和改进YOLOv5算法模型,提出了一种暗湿工况下煤矸混合态势... 煤矸井下智能分选作为智慧矿山建设的重要组成,可有效提升矿井资源绿色利用。现阶段可见光图像识别技术针对井下昏暗潮湿环境中煤矸混合体的辨识还有待完善。基于热红外成像技术和改进YOLOv5算法模型,提出了一种暗湿工况下煤矸混合态势热敏图像辨识方法。将YOLOv5模型的Neck部分改用加权双向特征金字塔(BiFPN)结构,通过多层次特征融合提高煤矸的辨识效率,采用CIOU函数作为损失函数,提升煤矸检测精准率;构建了煤矸混合体热敏采集实验平台,模拟了井下密闭空间低照度、高湿度、高风速环境,通过CLAHE与LAPLACE算子对红外摄像机所采集的热敏图像进行对比度增强和边缘强化预处理,以不同数据集、不同改进模块、不同算法模型等多个角度系统分析了煤矸混合体态势热敏图像辨识结果,探究了湿度变化对暗湿工况下煤矸识别准确率的影响规律。研究结果表明:预处理后的图像平均精准率较原始图像提升了1.7%,F-Measure提升了6.9%;改进后的YOLOv5模型平均精度均值和F-Measure达到了80.2%与84.6%,高于经典模型的74.6%与79.7%,可有效提升煤矸热敏图像检测精度;环境相对湿度与识别准确率呈现先正相关待湿度达到一定阈值后负相关的变化规律。提出了热敏图像可准确识别昏暗潮湿密闭环境中的煤矸混合体,为实现井下暗湿工况煤矸混合态势精准辨识提供了科学依据。 展开更多
关键词 混合煤矸 红外成像 热敏图像 YOLOv5 精准辨识
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急倾斜中厚煤层双斜开采顶板垮落堆积与应力演化特征
12
作者 伍永平 许英瑞 +8 位作者 解盘石 王红伟 郎丁 皇甫靖宇 强旭博 杜玉乾 王乐辰 茹笑辉 王正富 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期18-26,75,共10页
俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、... 俯伪斜开采降低工作面倾角能力有限,倾角60°以上急倾斜中厚煤层长壁综合机械化开采方法亟待突破。以华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿3212工作面为工程背景,在俯伪斜开采的基础上提出了双斜开采的采煤方法,并采用物理相似模拟、数值模拟等方法,分析了双斜开采顶板破断矸石充填滑移堆积规律及应力演化过程。结果表明:双斜开采工作面布置需要与矿井开采设计相协调,工作面两巷维护难度大,其中回风巷侧受采动应力影响大,而运输巷与工作面支架的协调配合难度大;双斜开采由于其异形采空区顶板结构,垮落步距更大,其矸石垮落堆积呈倒三角形且存在周期性滑移特征,并且由于大块矸石堆积造成工作面上部和中部的非均匀来压现象;双斜开采原岩应力随工作面的推进逐渐增大,工作面倾斜上部、中部、下部来压强度不同,一般倾斜中上部来压大于下部,但倾斜下部支承压力应力集中系数大于工作面中上部,双斜开采顶板应力演化特征受工作面形状和推进距离的影响,并由于巷道调斜角作用,应力释放范围呈现由倾斜上部至下部逐渐变小的非对称特征。 展开更多
关键词 双斜开采 急倾斜煤层 中厚煤层 顶板垮落 顶板应力 巷道调斜角 支承压力
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浅埋近距离煤层过平行煤柱开采强矿压机理研究
13
作者 黄庆享 张谦 +2 位作者 贺雁鹏 陈苏社 王庆雄 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第5期1-12,共12页
为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析... 为了揭示浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采动载传递特征及强矿压机理,以榆家梁煤矿43207工作面为工程背景,采用现场实测、物理模拟、理论分析相结合的方法,研究了煤柱覆岩“倒梯形”结构随下部间隔岩层的运动及其载荷传递特征,分析了超前支承压力和支架载荷的转化规律,建立了“煤柱-间隔岩层台阶岩梁”耦合结构力学模型,得出了强矿压瞬间和顶板切落稳定后的支架载荷计算公式。研究结果表明:煤柱覆岩“倒梯形”结构的集中应力和载荷主要集中于煤柱后段,后段集中载荷是导致工作面过煤柱强矿压的根源;工作面进煤柱初期,煤柱应力表现为双峰;临近出煤柱时,应力集中为单峰,位于煤柱后段。工作面出煤柱4 m后,煤柱后区的超前支承应力系数达到峰值6.00,间隔层开始产生超前裂隙;出煤柱5 m时发生强矿压,煤柱应力下降43%。强矿压期间,煤柱应力传递至煤柱下7 m层位(间隔岩层关键层中部)下降了39%,表明顶板结构承担了相当大的载荷。基于间隔岩层台阶岩梁结构的理论计算,得出强矿压瞬间的支架载荷计算公式,按照煤柱平均应力计算得出支架载荷为22.9 MN/架,按照强矿压时刻煤柱后段应力计算得出支架载荷为24.1 MN/架;煤柱传递至支架的载荷仅为煤柱总载荷的12%~18%,仍超过现场支架额定工作阻力9.2 MN/架。因此,为防止压架,支架额定工作阻力需达到15 MN/架,或者对煤柱及间隔岩层结构进行处理,以保证安全开采。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。 展开更多
关键词 浅埋近距离煤层 过煤柱开采 平行煤柱 动载传递 强矿压
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急斜特厚煤层残留煤柱稳定性分析及其动力灾害防治 被引量：1
14
作者 李云鹏 崔峰 +1 位作者 杨文化 尉迟小骞 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第4期657-664,共8页
为研究急斜特厚煤层开采过程中残留煤柱的稳定性及其应力异常区引起的回采安全问题,以乌鲁木齐矿区乌东煤矿南采区87°急斜特厚煤层为研究背景,运用块体理论构建了残留煤柱滑移失稳力学模型,采用FLAC 3D数值模拟软件分析开采扰动下... 为研究急斜特厚煤层开采过程中残留煤柱的稳定性及其应力异常区引起的回采安全问题,以乌鲁木齐矿区乌东煤矿南采区87°急斜特厚煤层为研究背景,运用块体理论构建了残留煤柱滑移失稳力学模型,采用FLAC 3D数值模拟软件分析开采扰动下残留煤柱的应力演化特征,提出了残留煤柱分段深孔爆破弱化的卸压措施。结果表明:当煤层倾角α,顶板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ1,底板侧围岩与残留煤柱的摩擦系数μ2之间满足α>arctan(μ1+μ2)时,残留煤柱将发生滑移失稳;残留煤柱易使顶底板应力状态改变,在开采扰动和顶底板高应力双重作用下,残留煤柱极易诱发动力灾害;卸压措施有效削减残留煤柱内部储存的应力强度,降低动力灾害的发生频率,实现工作面安全通过煤柱危险区域。 展开更多
关键词 急斜特厚煤层 残留煤柱 力学模型 动力灾害
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浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采强矿压显现规律 被引量：1
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作者 孟永兵 黄庆享 +4 位作者 贺雁鹏 范东林 陈苏社 韦业豪 王君 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期245-255,共11页
浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采容易发生强矿压压架事故,严重影响工作面安全高效开采。以榆家梁煤矿43207工作面和石圪台煤矿2^(-2上)102及2^(-2上)103工作面为背景,采用理论分析、物理模拟和现场实测相结合的方法,根据间隔岩层厚... 浅埋近距离煤层工作面过平行煤柱开采容易发生强矿压压架事故,严重影响工作面安全高效开采。以榆家梁煤矿43207工作面和石圪台煤矿2^(-2上)102及2^(-2上)103工作面为背景,采用理论分析、物理模拟和现场实测相结合的方法,根据间隔岩层厚度和煤柱应力传递影响角,提出了过煤柱阶段划分判据,重点分析了不同间采比G、水力压裂程度条件下,过平行煤柱不同阶段的矿压显现特征。结果表明:由于上覆遗留煤柱及倒梯形覆岩结构的作用,导致煤柱影响阶段来压时支架平均载荷最大,进煤柱阶段次之,出煤柱阶段最小,强矿压位置主要集中在出煤柱影响阶段范围;间采比越小,工作面过煤柱采动期间来压时支架平均载荷越大,间采比G=5.5较G=10在进煤柱阶段、煤柱影响阶段和出煤柱阶段分别增大14.6%、14.2%和23.5%,动载效应越明显;间采比对周期来压步距影响不大,总体上煤柱影响阶段的周期来压步距是进出煤柱阶段的1.6~2倍,周期来压步距越大造成顶板悬伸长度增大,导致工作面来压时支架载荷明显。根据过煤柱阶段不同水力压裂范围的矿压规律分析,压裂后的支架平均载荷较未压裂减小11.2%~15%,来压步距减小7.8%~20.3%,水力压裂效果较明显,可有效地降低工作面过煤柱采动的强矿压风险,为类似开采条件的强矿压控制提供借鉴意义。 展开更多
关键词 浅埋近距离煤层 过平行煤柱 强矿压显现 间采比 弱化效果
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有限实测风量下矿井风网校准的二次规划模型
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作者 吴奉亮 王桐 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第12期154-164,共11页
针对使用网络解算方法来校准矿井通风网络时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题,建立了基于最优化理论的矿井通风网络校准模型。该模型是一个二次规划问题,它以初始风阻的修正量为决策变量,以对初始风阻的修正... 针对使用网络解算方法来校准矿井通风网络时需要人工反复调整风阻、模拟结果与实测结果吻合度不高的问题,建立了基于最优化理论的矿井通风网络校准模型。该模型是一个二次规划问题,它以初始风阻的修正量为决策变量,以对初始风阻的修正量最小为目标函数,以回路风压平衡方程为等式约束条件,以井巷风阻的下限值为不等式约束条件。基于最优化理论中的KKT条件分析了模型解的存在性,开发了相应的程序并在一个含有35条分支的算例中进行了应用。研究结果表明:“加边法”动态找基本回路,保证了用有效集法求解此模型时的约束条件方程组线性无关;开发的软件可用于仅含有限个实测风量的矿井通风网络校准,算例风网经过49次迭代得到最优解,迭代次数远小于最坏情况下需要试算的次数3.4×10^(10);仅考虑等式约束条件下的风网校准模型有可能得到极小、甚至为负的无意义风阻值,考虑了风阻下限值的模型可以将风阻限定在合理取值范围之内,避免了算例中7条分支风阻被修正为负值;使用修正后的风阻进行网络解算,得到的解算风量、风机风压与实测值完全相同,该方法避免了网络解算法中手动调整风阻的繁琐操作。 展开更多
关键词 矿井通风 风阻 通风网络 校准 有限实测风量 二次规划
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上分层遗留区段煤柱下斜交工作面综放开采覆岩结构演化特征
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作者 刘用 王红伟 +5 位作者 吴学松 田程鹏 关荣福 聂云枭 范志伟 曹沛沛 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期46-58,共13页
特厚煤层分层综放开采上下分层工作面斜交布置时,下分层综放工作面间歇性过上分层遗留区段煤柱导致覆岩破断运动及矿压显现规律复杂,围岩控制困难,制约了煤矿安全生产。以甘肃华亭煤电股份有限公司砚北煤矿250203下综放工作面为工程背景... 特厚煤层分层综放开采上下分层工作面斜交布置时,下分层综放工作面间歇性过上分层遗留区段煤柱导致覆岩破断运动及矿压显现规律复杂,围岩控制困难,制约了煤矿安全生产。以甘肃华亭煤电股份有限公司砚北煤矿250203下综放工作面为工程背景,采用物理相似模拟实验、数值计算、现场实测相结合的方法,研究了上分层遗留区段煤柱下斜交工作面综放开采覆岩运移规律及应力分布演化特征,阐明了下分层综放工作面开采扰动下上分层遗留区段煤柱失稳特征及围岩支承压力变化规律,定义了斜交工作面覆岩内场和外场,揭示了下分层综放工作面过遗留区段煤柱覆岩结构演化特征。研究结果表明:①下分层综放工作面开采诱发上分层遗留区段煤柱失稳导致覆岩大尺度空间垮落,扰动区内顶板结构渐次演化,形成“低位倒台阶组合悬臂梁+高位大结构砌体梁”组合结构。②在工作面距区段煤柱15 m时,区段煤柱最大垂直应力达到46.7 MPa,较下分层未开采时增大了9.9%,煤柱形变现象较为明显;工作面位于区段煤柱正下方时,区段煤柱应力集中区域呈近似“月牙状”分布。③随着下分层综放工作面与上覆遗留区段煤柱斜交位置变化,外场覆岩破断形态呈近似对称梯形,结构动态失稳导致内场垮落形态呈“非对称双拱”、“对称双拱”、“单拱”演化过程。研究结果对特厚煤层分层综放工作面安全开采具有指导意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 分层综放开采 遗留区段煤柱 斜交工作面 覆岩结构
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岩层控制的全柱状学术思想与实践
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作者 许家林 朱卫兵 +11 位作者 轩大洋 王晓振 秦伟 金洪伟 鞠金峰 胡国忠 谢建林 屈庆栋 吴仁伦 汪锋 何昌春 李竹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期166-179,共14页
岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运... 岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究。针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的“全柱状”学术思想,其内涵包括2方面:一是“抓主要矛盾”,找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理。二是“关注全局”,将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等。按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔“全柱状”,即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理。充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响。在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法。全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效。利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础。全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对“导高”的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的“三带”分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用。 展开更多
关键词 全柱状 关键层 卸荷膨胀累积效应 岩层控制 绿色开采
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低压磨料空气射流切割硬岩评价模型及应用
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作者 魏建平 蔡玉波 +5 位作者 张铁岗 薛熠 姬松涛 陈长江 张慧栋 刘勇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期349-359,共11页
低压磨料空气射流破岩能力强、能耗低,是一种解决硬岩掘进效率低、刀具损耗严重最具潜力的技术之一。但采用磨料射流技术进行破岩割缝时,由于评价指标(割缝深度、宽度、体积)单一、普适及通用性差,导致磨料射流在不同工况下的最佳割缝... 低压磨料空气射流破岩能力强、能耗低,是一种解决硬岩掘进效率低、刀具损耗严重最具潜力的技术之一。但采用磨料射流技术进行破岩割缝时,由于评价指标(割缝深度、宽度、体积)单一、普适及通用性差,导致磨料射流在不同工况下的最佳割缝参数难以确定,极大限制了磨料射流技术的推广应用效果。为此,提出一种综合考虑磨料射流割缝深度、宽度和体积等缝槽参数之间定量关系的评价模型。通过对岩石割缝形貌进行三维重构,并进行均值化处理,得到射流割缝缝槽形态分布方程。将缝槽形态曲线方程的均值面积A与分布函数振幅a1的比值定义为割缝特征宽度b,并将b与a1的比值定义为宽高比P。利用P对磨料射流割缝效果进行评判,得到如下结论:在P≤0.5时,表示能形成更窄更深的割缝,且当P越小时,割缝窄深特征更明显;当P>0.5时,表示能够形成更宽更浅的割缝。利用P对不同割缝参数条件下的割缝效果进行表征,得出当需要获得较深的割缝形态时,应控制射流冲击靶距为40 mm,磨料粒径在60~90目(0.16~0.25 mm),磨料莫氏硬度应控制在7.0以上,采用16~32 g/s的磨料质量流量和60°的冲击角度。当获得宽且浅的割缝形态时,可选择磨料粒径大于90目(0.16 mm),磨料莫氏硬度低于7.0,使磨料质量流量低于8 g/s并控制射流冲击角度超过75°,射流靶距大于40 mm。 展开更多
关键词 磨料空气射流 硬岩切割 割缝形貌 评价模型 割缝参数
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采动影响下临空巷道小煤柱失稳特征与调控方法
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作者 来兴平 徐李臻 +3 位作者 曹建涛 单鹏飞 张帅 许慧聪 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期39-53,共15页
西部煤炭基地是我国能源安全保障的核心“压舱石”,为提高资源采出率小煤柱临空巷道广泛应用,小煤柱临空巷道稳定性问题凸显。论文以国家能源集团麦垛山煤矿某工作面临空巷道为研究对象,构建小煤柱临空巷道力学模型,量化小煤柱临空侧顶... 西部煤炭基地是我国能源安全保障的核心“压舱石”,为提高资源采出率小煤柱临空巷道广泛应用,小煤柱临空巷道稳定性问题凸显。论文以国家能源集团麦垛山煤矿某工作面临空巷道为研究对象,构建小煤柱临空巷道力学模型,量化小煤柱临空侧顶板围岩下沉量与小煤柱支撑力关联性,探究围岩调控机制;采用朴素贝叶斯模型建立煤柱稳定性辨识模型,分别判断调控前后煤柱稳定性;通过精细化三维数值计算,研究临空巷道小煤柱围岩调控效果,并开展现场实施验证。结果表明:通过构建4种不同断裂线位置覆岩结构,推导得到了临空巷道直接顶最大下沉量与小煤柱支撑强度之间存在负相关。说明可通过提高小煤柱强度进而控制直接顶下沉,改善巷道围岩失稳问题;基于朴素贝叶斯及11项围岩参数建立煤柱稳定性辨识模型,准确率Ac达到0.9537,满足辨识要求。并对原煤柱和改性调控后煤柱进行辨识,从算法角度证明了调控方案的可行性;通过FLAC3D数值模拟围岩改性协同调控方案前后对比,煤柱应力提升了57.6%,变形量最低减少了22.8%;支护体应力降低,最大位移量减少了31.2%。两帮应力差值减小,巷道围岩应力分布更加平衡;方案现场实施得到煤柱应力最大提高至2.325倍,且应力波动较稳定,顶板、两帮变形量减少超80%。验证了围岩改性协同调控方案对小煤柱临空巷道变形破坏防治的可行性,保证了巷道围岩稳定性。研究结果为西部矿区临空巷道小煤柱科学设计提供基础支撑,为实现西部矿区强采动小煤柱临空巷道失稳防治提供借鉴。 展开更多
关键词 小煤柱 临空巷道 注浆加固 改性调控 数值模拟
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