大倾角工作面覆岩三维破断运移演化规律

1

作者 解盘石 黄宝发 +5 位作者 伍永平 罗生虎 朱明建 易磊磊 徐辉 陈建杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期12-26,共15页

大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场... 大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场实测与理论分析相结合的研究方法,在厘定覆岩空间移动变形规律的基础上,引入三维曲率、岩体空隙率及分形几何理论定量描述了采场不同区域破断岩块的运移–堆砌–铰接特征及岩体裂隙分布规律,实现了大倾角大采高工作面开采过程中三维结构组成及采动裂隙场空间占位的动态精细定量表征。研究表明,大倾角大采高破断顶板在采场空间发生了多维度耦合的非均衡运动,中、上部顶板以垂直岩层运动为主,下部顶板演变为倾向下滑。顶板破坏形式沿倾向、走向、垂向呈现三维区域异化,上部破断岩块错层、跨层迁移形成倾斜砌体结构,采空区后方存在“非均匀矸石–弯曲悬臂梁–破断岩块”承载结构形成非均匀空顶区域,承载结构相互约束,随倾向位置、覆岩层位不同发生动态演化。支架阻力分区波动性分布,中部阻力>上、下部,走向非同步来压。曲率分布呈“横、竖O–X”形态,“O”型内部垮落岩块非平行同步下沉,倾向、反倾向堆砌结构并存,正负曲率不一,岩块间形成弱铰接结构。随覆岩层位升高,离层破坏区域向中下部和采空区中部偏移,岩体空隙率和分形维数呈现先增大后减小的现象。研究结果揭示了采空区内部覆岩三维破断运移规律,丰富了大倾角煤层岩层控制理论,也为顶板岩层运移规律的精细定量分析提供了新方法。 展开更多

关键词 大倾角煤层 大采高 覆岩破断运移 三维曲率 空隙率 分形特征

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采动覆岩破坏演化特征模型实验与分析 被引量：11

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作者 来兴平 王春龙 +2 位作者 单鹏飞 崔峰 康延雷 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2016年第2期151-156,共6页

采动覆岩破坏演化特征研究对煤炭安全开采具有重要指导意义。以新疆哈密大南湖一矿1303工作面为研究对象,根据开采技术条件,构建采动覆岩破坏演化特征实验模型;分析覆岩运移特征与声发射监测信息,揭示了采动覆岩单次破裂及来压过程中多... 采动覆岩破坏演化特征研究对煤炭安全开采具有重要指导意义。以新疆哈密大南湖一矿1303工作面为研究对象,根据开采技术条件,构建采动覆岩破坏演化特征实验模型;分析覆岩运移特征与声发射监测信息,揭示了采动覆岩单次破裂及来压过程中多次破裂的能量耗散与演化特征,其历程分别为"释放-积聚-释放"与"裂隙扩展-破裂-垮落"。借助钻孔电视判定覆岩破坏演化高度,结果表明:工作面开挖后,覆岩破坏高度随模型开采持续增加,但受下方煤岩体碎胀效应影响,覆岩破坏高度增幅随来压次数增加而逐渐降低。工作面推进至246.4 m时,破裂岩块间形成稳定的挤压平衡结构,工作面达到充分采动状态,采动覆岩破坏高度峰值为96.0 m.相关研究成果为指导工程实践提供了定量依据。 展开更多

关键词 模型实验 采动覆岩破坏演化特征 声发射 钻孔电视

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急斜煤层顶板应力叠加效应致灾特征综合分析 被引量：13

3

作者 来兴平 杨毅然 +2 位作者 单鹏飞 吕兆海 王宁波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期70-78,共9页

针对乌鲁木齐矿区急斜煤层粉砂岩顶板可能面临的突然性断裂垮落所引发的动力灾害问题,采用现场调研、理论分析、数值计算和联合分析方法,综合分析综放短壁工作面顶板集中应力叠加效应诱致动力灾害特征。根据煤岩层赋存条件和开采布局,... 针对乌鲁木齐矿区急斜煤层粉砂岩顶板可能面临的突然性断裂垮落所引发的动力灾害问题,采用现场调研、理论分析、数值计算和联合分析方法,综合分析综放短壁工作面顶板集中应力叠加效应诱致动力灾害特征。根据煤岩层赋存条件和开采布局,考虑采场裂隙分布规律和开采扰动影响,采用分区组合方法构建三维有限差分数值计算模型。计算结果表明:(1)43号和45号煤层顶板均以其深部区域岩体为"支点"产生倾向和走向撬压效应,两者在空间上的叠加效应加剧了局部岩体的应力集中程度,使顶板岩层破断呈现"破断—平衡—破断"周期规律性;(2)两煤层顶板集中应力分别位于其相应工作面南巷南帮的左下方和左上方,距南帮中点20.5和13.7 m;(3)顶板应力集中区走向长度分别为68.2和61.5 m,集中应力峰值分别位于工作面前方28.5和25.3 m,顶板对巷帮应力集中影响系数分别为0.52和0.81。基于研究成果制定了"注水-爆破"耦合致裂顶板防控措施,动力灾害得到有效控制,这为急斜煤层开采顶板动力灾害防控提供借鉴。 展开更多

关键词 急斜煤层 叠加效应 动力灾害 分区组合模型

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急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征 被引量：6

4

作者 来兴平 刘简宁 +4 位作者 崔峰 刘晋冀 孟平原 刘辉 曹建涛 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2018年第4期562-568,共7页

水平分段综放开采面顶板断裂失稳预测对急斜煤层开采动力灾害防治至关重要。以碱沟矿495 m水平B1+2煤层综放工作面为背景,基于现场开采条件分析,开展顶板能量演变理论计算,构建急斜煤层顶板裂隙扩展能量演变物理平面模型实验,采用声发... 水平分段综放开采面顶板断裂失稳预测对急斜煤层开采动力灾害防治至关重要。以碱沟矿495 m水平B1+2煤层综放工作面为背景,基于现场开采条件分析,开展顶板能量演变理论计算,构建急斜煤层顶板裂隙扩展能量演变物理平面模型实验,采用声发射与红外热像综合监测手段,揭示急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征。研究表明:急斜煤层顶板积储的可释放应变能大于耗散能,采动作用致使顶板岩体内部损伤加剧,裂隙扩展诱导能量释放速率必然骤增;采动岩体裂隙动态扩展过程中声发射信号与红外热量同时变化,其中声发射事件数与能率呈缓慢与快速演化特征,红外热像出现热量异常(区)迁移;顶板破裂过程中"声-热"时序演变特征的实质为裂隙扩展诱导能量非均匀释放,形成缓慢与加速释放迁移的时-空演化过程,能量加速释放易造成顶板断裂失稳并诱发动力灾害。这为现场灾害预报与防治提供科学依据。 展开更多

关键词 急斜煤层 裂隙扩展 释能与迁移 模拟实验 “声-热”指标

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渗流对坚硬复合岩体巷道环境断裂失稳影响分析 被引量：3

5

作者 蔡美峰 来兴平 +1 位作者 裴佃飞 焦富春 《中国矿业》 北大核心 2002年第4期29-31,共3页

本文在借鉴孔隙介质渗流过程的细观实验与理论研究的基础上 ,从宏观上分析了渗流对复合坚硬岩石材料支护的巷道环境断裂失稳的影响 ,提出相应工程治理措施 ,这对以坚硬岩石复合材料支护为骨架的锚注支护塌陷区是一个大胆的尝试。

关键词 孔隙介质 渗流 坚硬岩石复合材料 支护 稳定性

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采空区动力灾害监测的非平衡信号的子波变换分析 被引量：6

6

作者 来兴平 黄昌富 蔡美峰 《西安科技学院学报》 北大核心 2003年第3期237-240,共4页

子波变换分析对大采空区动力灾害声发射监测的信号特征分析有很大的优势 ,本文尝试将子波变换技术应用在采空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中。基于现场的工程分析与评价 ,结合统计力学的理论 ,对大采空区围岩非稳态破坏位置进行了... 子波变换分析对大采空区动力灾害声发射监测的信号特征分析有很大的优势 ,本文尝试将子波变换技术应用在采空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中。基于现场的工程分析与评价 ,结合统计力学的理论 ,对大采空区围岩非稳态破坏位置进行了统计推断以及对断裂位置正确定位。这为工程信号中奇异点的探测与识别和矿山采空区动力灾害声发射监测信号识别提供先进。 展开更多

关键词 采空区 声发射非平衡信号 在线定位 子波变换

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软弱层状岩石巷道顶板破坏过程模拟研究 被引量：6

7

作者 来兴平 蔡美峰 +1 位作者 肖江 伍永平 《中国矿业》 北大核心 2000年第6期23-25,共3页

本文对模型实验原理进行了阐述 ,结合现场实际破坏特征 ,对软弱层状岩石巷道的破坏过程进行了相似模拟实验 ,结合试验结果和计算机仿真结果 ,对软弱层状岩石巷道的破坏过程进行了分析 。

关键词 软岩 模型实验 破坏过程分析

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急倾斜特厚煤层顶板非对称平顶型拱结构对比分析 被引量：1

8

作者 杨毅然 来兴平 单鹏飞 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2017年第4期485-491,共7页

急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为... 急倾斜特厚煤层(倾角大于45°)水平分段综放开采与缓倾斜煤层综放开采后的悬空顶板在赋存状态和受力环境上均存在明显差异,导致2种情况下顶板失稳垮落后所形成的顶板结构区别较大。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层顶板结构演化规律为研究目标,采用理论分析、数值计算和现场监测等综合方法,揭示急倾斜特厚煤层非对称平顶型拱结构随煤岩层赋存角度变化的演化规律。结果表明:急倾斜特厚煤层顶板垮落后能够形成平顶型拱结构,并且随煤层倾角增大,非对称平顶型拱结构的拱高、高跨比和半拱跨度比均减小,拱顶位置向地表浅部方向移动,顶板垮落范围和垮落岩体的体积减小,支架承受载荷降低。 展开更多

关键词 急倾斜特厚煤层(群) 非对称平顶型拱结构 数值计算 支架载荷

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综放面覆岩运动“时-空-强”演化规律分析 被引量：6

9

作者 来兴平 许慧聪 康延雷 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2018年第6期871-877,共7页

综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式... 综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式演化过程精细计算,构建开采扰动区覆岩物理与数值计算模型,并将其植入三维有限差分计算FLAC^(3D)程序,揭示综放面覆岩运动"时间-空间-强度"链式演化与失稳破坏规律。结果表明:大南湖一矿综放面覆岩垮落带与裂隙带分别约为16.8 m与115 m.具有承载性的岩层受到外力破坏,均会出现应力集中;岩层垮落根据承载层和开挖尺寸不同,出现"分离-协同"运动现象,应力呈现"集中-分离-集中"规律,重合后的应力演化集中,造成工作面强矿压作用,这对现场安全开采提供了科学指导作用。 展开更多

关键词 三软煤层 覆岩运动 区块链演化 精细数值计算 "时-空-强"演化规律

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采空区非线性动力灾害数字化过程监控及分析 被引量：1

10

作者 来兴平 蔡美峰 《中国矿业》 北大核心 2003年第2期35-37,共3页

采空区的稳定性监测分析是矿山开采中的一项基础性研究。采空区非线性动力灾害监测的数字化过程监控是实现矿山安全的关键技术之一。

关键词 采空区 数字化过程监控 动力灾害 稳定性 矿山安全 围岩

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蠕变对坚硬岩体的地应力测量的影响分析 被引量：1

11

作者 苏普正 裴佃飞 +1 位作者 焦富春 张政辉 《西安科技学院学报》 北大核心 2002年第4期381-384,共4页

在不同的围岩和应力条件下,尤其是含有多种其它介质夹杂的坚硬围岩,钻进速度对地应力测量有直接影响。一般来说,钻进速度对地应力测量产生影响的主要原因是岩石的蠕变特性。针对不同岩性、不同应力条件下的复杂围岩体,提出了在地应力测... 在不同的围岩和应力条件下,尤其是含有多种其它介质夹杂的坚硬围岩,钻进速度对地应力测量有直接影响。一般来说,钻进速度对地应力测量产生影响的主要原因是岩石的蠕变特性。针对不同岩性、不同应力条件下的复杂围岩体,提出了在地应力测量的不同阶段,钻进速度应遵循的原则。 展开更多

关键词 坚硬岩体 蠕变 地应力测量 解除法 工程岩体力学 钻进速度 围岩稳定性

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综采面区段煤柱宽度预测GRNN模型构建与应用 被引量：10

12

作者 王泽阳 来兴平 +1 位作者 刘小明 崔峰 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期209-216,共8页

以近水平煤层综采工作面区段煤柱合理宽度预测为目标,分析了近水平综采工作面煤层内聚力、煤层厚度、弹性模量、内摩擦角、容重、泊松比、埋深、工作面长度、煤层倾角对区段煤柱留设的影响因素与关系。基于广义神经网络算法构建了近水... 以近水平煤层综采工作面区段煤柱合理宽度预测为目标,分析了近水平综采工作面煤层内聚力、煤层厚度、弹性模量、内摩擦角、容重、泊松比、埋深、工作面长度、煤层倾角对区段煤柱留设的影响因素与关系。基于广义神经网络算法构建了近水平综采工作面区段煤柱留设宽度的神经网络预测模型。以某矿典型工作面为背景,运用所构建的广义回归神经网络进行预测并运用四折交叉验证算法对光滑因子进行优化,消除了模型构建参数选择的人为影响。预测结果表明与工作面实际区段煤柱仅有1%左右的误差。为验证广义回归神经网络的优越性,建立了普通BP神经网络模型进行对比,得出GRNN模型对于多种影响因素非线性耦合预测结果具有较好稳定性与精确性,为实现近水平综采工作面的精准开采提供了参考依据。 展开更多

关键词 近水平煤层 区段煤柱 综合机械化开采 广义回归神经网络

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坚硬顶板特厚煤层综放面区段煤柱合理宽度研究 被引量：16

13

作者 王康 来兴平 +1 位作者 郭俊兵 崔峰 《煤炭工程》 北大核心 2019年第5期43-47,共5页

针对坚硬顶板特厚煤层条件下综放面区段煤柱的留设问题,以宽沟煤矿W1123工作面为工程背景,基于理论分析、数值模拟和工程实践等方法,确定了区段煤柱的合理宽度。研究表明:基本顶破断与重复采动对煤柱的稳定性影响较大,当煤柱宽度为5～10... 针对坚硬顶板特厚煤层条件下综放面区段煤柱的留设问题,以宽沟煤矿W1123工作面为工程背景,基于理论分析、数值模拟和工程实践等方法,确定了区段煤柱的合理宽度。研究表明:基本顶破断与重复采动对煤柱的稳定性影响较大,当煤柱宽度为5～10m时,煤柱内部应力较高,塑性区出现了联通现象且面积较大;当煤柱宽度达到13～20m时,煤柱内部应力分布状态较为平缓,应力峰值逐渐降低,塑性区占比迅速减小为28%、16%与6. 3%。在考虑巷道稳定性以及提高煤炭资源回收率等因素的基础上,最终确定区段煤柱的留设宽度为15m,并且提出了"锚杆+锚索+锚网+钢带"的联合支护方式。研究成果对类似工程条件下区段煤柱的留设具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 坚硬顶板 特厚煤层 综放面 区段煤柱 合理宽度

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基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化 被引量：2

14

作者 肖双双 丁小华 +1 位作者 马力 董国伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3076-3084,共9页

为了提高拉斗铲作业效率,降低倒堆工艺系统生产成本,需要对拉斗铲作业平台参数进行优化。但由于拉斗铲作业平台高度与平台宽度之间相互影响、相互制约,不能对单个参数进行独立优化,而需要以2者为变量,建立优化模型,提出拉斗铲作业平台... 为了提高拉斗铲作业效率,降低倒堆工艺系统生产成本,需要对拉斗铲作业平台参数进行优化。但由于拉斗铲作业平台高度与平台宽度之间相互影响、相互制约,不能对单个参数进行独立优化,而需要以2者为变量,建立优化模型,提出拉斗铲作业平台参数的综合优化方法。为此分析了拉斗铲单向走行、往返走行情况下的挖掘范围,分别推导了各种情况下的拉斗铲挖掘深度、正向及反向走行距离计算公式,提出了拉斗铲走行时间及作业周期的计算方法,建立了拉斗铲生产效率与作业平台高度、作业平台宽度之间的关系模型。利用抛掷爆破爆堆的三维扫描数据,建立平面直角坐标系,拟合得到爆堆曲线方程,进而提出了有效抛掷率、拉斗铲重复倒堆率、辅助剥离率、拉斗铲倒堆率等变量的计算方法,以倒堆工艺系统年剥离总费用最小为目标函数,综合考虑技术、经济、安全3个方面的因素,构建了基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化模型,并全面分析了作业平台参数的约束条件,包括影响拉斗铲作业安全、高台阶稳定等的作业安全约束,影响拉斗铲倒堆距离、挖掘深度等的拉斗铲线性尺寸约束,以及拉斗铲、辅助设备等的生产能力约束,提出了模型的求解方法。通过计算可知,黑岱沟露天煤矿的拉斗铲作业效率随着作业平台高度、作业平台宽度的增大先增大后降低,作业平台高度为13.30 m,宽度为118.10 m时,拉斗铲作业效率最大,为4043.02 m^3/h;其最优作业平台高度为14.60 m,作业平台宽度为118.00 m,优化后每年可节省剥离费用371.70万元。 展开更多

关键词 拉斗铲 作业平台 非线性规划 倒堆工艺 露天煤矿

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