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无煤柱自成巷空区矸体垮落的切顶效应试验研究

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中国矿业大学学报 2018年第1期47卷 21-31,47页

作者：高玉兵何满潮杨军马新根中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为了研究预裂切顶对空区矸体垮落的影响,以柠条塔煤矿厚煤层切顶成巷为工程背景,进行了现场工程试验.根据矸体垮落特征,建立了以基本顶结构断裂步距、顶板岩层垮落滞后性、矸体尺寸、碎石帮充填率及矸体碎胀稳定性为判析参量的表征体系... 详细信息

为了研究预裂切顶对空区矸体垮落的影响,以柠条塔煤矿厚煤层切顶成巷为工程背景,进行了现场工程试验.根据矸体垮落特征,建立了以基本顶结构断裂步距、顶板岩层垮落滞后性、矸体尺寸、碎石帮充填率及矸体碎胀稳定性为判析参量的表征体系,探究了空区矸体垮落对切顶效果的响应规律,认为提高切顶强度有利于增大来压步距、提高碎石帮充填率、减小矸体稳定距离;增强切顶效果可减小采空区顶板与巷道顶板间的层内黏聚力,加快顶板垮落速度和减小矸块尺寸;增加切顶高度可增大来压步距、提高碎石帮充填率、减小垮落滞后空间和稳定距离.研究结果表明:单孔装药量由1.2kg增加至1.6kg后,平均来压步距增大了约3m,碎石帮充填率增加了约5%,空区矸体稳定距离减小了约20m;当装药量继续增大至2.8kg后,来压步距再次增加了约30%,碎石帮充填率增加了约4%,空区矸体稳定距离减小了约9m.此外,采空区矸体垮落具有明显的切顶高度效应,当切顶高度由7.5m增加至设计高度9.0m后,平均来压步距增加了约2.3m,碎石帮充填率增加了约3.35%,空区矸体稳定距离减小了约23%,但继续增加切顶高度,各参量变化不再明显.

关键词：无煤柱开采切顶成巷矸体垮落预裂切顶

中厚煤层复合顶板快速无煤柱自成巷适应性研究与应用

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岩石力学与工程学报 2018年第12期37卷 2641-2654页

作者：何满潮马新根牛福龙王炯刘雨兴中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 同煤集团塔山煤矿有限公司山西大同037000

为解决区段煤柱资源浪费、工作面生产接续紧张的问题,于塔山煤矿8304工作面引入快速无煤柱自成巷技术。首先,对切顶卸压无煤柱自成巷技术的工艺流程及工序时空关系进行总结,以此为基础将围岩结构分为煤体支撑区、动压承载区、成巷稳定... 详细信息

为解决区段煤柱资源浪费、工作面生产接续紧张的问题,于塔山煤矿8304工作面引入快速无煤柱自成巷技术。首先,对切顶卸压无煤柱自成巷技术的工艺流程及工序时空关系进行总结,以此为基础将围岩结构分为煤体支撑区、动压承载区、成巷稳定区。随后,以该工作面中厚煤层复合顶板地质条件为基础,分别对顶板切缝、聚能爆破、恒阻锚索支护、挡矸支护、临时支护以及松动爆破六项关键技术相关参数进行设计。最后,通过数模模拟、现场监测对相关设计的技术效果进行分析、验证。现场留巷实践显示,最终留巷顶底移近量为261mm,两帮收缩量为390mm,有效断面尺寸为2839mm×4610mm,足以满足相邻工作面回采复用需求。

关键词：采矿工程切顶卸压自动成巷中厚煤层复合顶板松动爆破适应性研究

拉斗铲旋转-耗时分析及旋转作业效率级别划分

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煤炭科学技术 2015年第S1期43卷 51-54页

作者：马新根孙健东中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院

利用最小二乘法拟合旋转-耗时关系曲线是研究拉斗铲旋转-耗时关系的传统方法,据此提出一种通过还原耗时概率空间进行拟合的方法,不仅能更准确的描述旋转-耗时关系,也为拉斗铲旋转作业效率级别的划分提供了依据,以此作为规范现场作业的... 详细信息

利用最小二乘法拟合旋转-耗时关系曲线是研究拉斗铲旋转-耗时关系的传统方法,据此提出一种通过还原耗时概率空间进行拟合的方法,不仅能更准确的描述旋转-耗时关系,也为拉斗铲旋转作业效率级别的划分提供了依据,以此作为规范现场作业的考核标准,对于增加拉斗铲作业效率,推广无运输倒堆工艺在我国的应用具有一定参考价值。

关键词：拉斗铲旋转-耗时概率空间旋转作业效率级别划分

中厚煤层复合顶板切顶卸压自动成巷工作面矿压显现特征分析

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岩石力学与工程学报 2018年第11期37卷 2425-2434页

作者：何满潮马新根王炯张家宾刘雨兴中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为探究切顶卸压自动成巷技术条件下的工作面矿压显现特征及机制,以塔山煤矿8304工作面为例,在对切顶成巷技术原理及工艺流程进行总结的基础上,提出具体成巷设计,随后通过现场监测、数值模拟以及理论推导等手段,对工作面的矿压分布特征... 详细信息

为探究切顶卸压自动成巷技术条件下的工作面矿压显现特征及机制,以塔山煤矿8304工作面为例,在对切顶成巷技术原理及工艺流程进行总结的基础上,提出具体成巷设计,随后通过现场监测、数值模拟以及理论推导等手段,对工作面的矿压分布特征及演化过程进行分析。监测结果显示:(1)工作面中部来压步距最短、来压强度最高,且受留巷切顶影响,工作面来压步距及强度分布呈现非对称性;(2)留巷侧顶板的周期来压步距较之未切缝侧较大,平均增幅为4 m,但来压压强降低,平均来压压强降低2.1 MPa,降幅9.2%,峰值来压强度降低10.2 MPa,降幅25.0%,切顶卸压效果明显,且峰值压力受切顶卸压影响更大;(3)顺槽切顶于工作面的横向影响范围大致为29.75m,越靠近切缝处影响效果越显著。数值模拟进一步发现:顺槽预裂切顶对工作面来压在走向方向上的超前影响范围约为20 m,超前影响范围内,影响程度随超前距离增加逐渐减小;在滞后工作面30 m范围内,滞后工作面距离越远,顺槽切顶卸压影响越大;在滞后工作面30 m之后,顺槽切顶影响幅度基本维持不变。

关键词：采矿工程切顶卸压自动成巷矿压显现工作面监测分析数值模拟

砌块充填沿空留巷底鼓大变形机理及综合控制技术

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采矿与安全工程学报 2022年第2期39卷 335-346页

作者：于光远王炯孙晗马新根潘志福中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 华能煤炭技术研究有限公司北京100070

底鼓是沿空留巷常见的问题之一,为解决填沿空留巷底鼓问题,以发耳煤矿砌块充填沿空留巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法研究沿空巷道底鼓的变形特征、力学机理并提出综合控制技术。研究结果表明:沿空巷道的底... 详细信息

底鼓是沿空留巷常见的问题之一,为解决填沿空留巷底鼓问题,以发耳煤矿砌块充填沿空留巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法研究沿空巷道底鼓的变形特征、力学机理并提出综合控制技术。研究结果表明:沿空巷道的底鼓主要发生在一次采动期间,底板变形随着工作面的推进呈现变加速度加速变形、变加速度减速变形和恒加速度减速变形3个阶段演化过程;留巷过程中,实体煤帮及砌块墙体部位的垂直应力导致其下方岩层发生塑性滑动而产生水平应力,水平应力推动巷道底板岩层产生三角滑移区,继而发生底鼓;巷道底板的最大破坏深度及塑性滑移有效推动力均与实体煤帮、砌块墙体部位的垂直应力大小成正比,因此采动引起的留巷两帮垂直应力是导致底鼓的根本原因;基于这一底鼓特性,提出“切顶卸压+柔性让压+补强锚索控顶+双控锚杆控帮”一体化底鼓大变形综合控制技术并进行工程试验,现场监测结果表明,该技术底鼓控制效果良好。

关键词：沿空留巷底鼓力学机理控制技术

复合顶板无煤柱自成巷切顶爆破设计关键参数研究

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中国矿业大学学报 2019年第2期48卷 236-246,277页

作者：马新根何满潮李钊刘雨兴于光远杜海瑞中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 同煤集团塔山煤矿有限公司山西大同037000 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

为对无煤柱自成巷切顶爆破关键参数设计方法进行总结和优化,运用几何推演、数值模拟、力学分析、现场试验等手段,提出复合顶板无煤柱自成巷切顶爆破设计的系统化流程及方法,并归纳为切顶设计与爆破设计2类,包含切顶高度、切顶角度、切... 详细信息

为对无煤柱自成巷切顶爆破关键参数设计方法进行总结和优化,运用几何推演、数值模拟、力学分析、现场试验等手段,提出复合顶板无煤柱自成巷切顶爆破设计的系统化流程及方法,并归纳为切顶设计与爆破设计2类,包含切顶高度、切顶角度、切顶连通率与单孔装药量、炮眼间距、单次起爆数量共计6个关键参数.随后以塔山煤矿8304工作面留巷顺槽Ⅰ区复合顶板为例,设计得到其切顶爆破关键参数:切顶高度为8m,切顶角度为15°,顶板切缝连通率至少应达到82%,单孔采用的装药结构为43331,炮眼间距为500mm,单次起爆炮孔数量为6个.现场应用验证切缝成巷效果良好,切缝侧周期来压步距平均增大4m,液压支架平均来压强度降低2.1MPa,峰值来压强度降低10.2MPa,预裂卸压效果较为明显.

关键词：复合顶板自成巷无煤柱切顶爆破关键参数

塔山煤矿复合坚硬顶板切顶留巷围岩变形机理及控制技术研究

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采矿与安全工程学报 2020年第5期37卷 871-880页

作者：王炯李文飞刘雨兴马新根孙晗马磊孙政中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 华能煤炭技术研究有限公司北京100083

以大同矿区塔山煤矿8304工作面切顶留巷为工程背景,综合采用理论计算、数值模拟及现场监测等方法对切顶留巷围岩的变形机理进行了分析,并提出了相应的控制技术。沿空顺槽实施切顶后,留巷顶板形成短臂梁结构,巷道整体处于卸压状态。切顶... 详细信息

以大同矿区塔山煤矿8304工作面切顶留巷为工程背景,综合采用理论计算、数值模拟及现场监测等方法对切顶留巷围岩的变形机理进行了分析,并提出了相应的控制技术。沿空顺槽实施切顶后,留巷顶板形成短臂梁结构,巷道整体处于卸压状态。切顶形成的切缝结构面阻断了采空区顶板压力传递到实体煤帮的路径,降低了煤帮应力集中程度,从而较大幅度减弱了实体煤帮及底板的变形;顶板最大变形集中在切缝侧,但下沉量有所减小;矸石帮变形分为垮落阶段的冲击变形和稳定阶段的缓慢变形,变形先急剧增大,后缓慢增加至稳定。基于对留巷围岩的变形分析,提出了对留巷顶板实施恒阻大变形锚索加强支护以控制顶板下沉,垮落矸石帮侧布置单体支柱配合11#工字钢与钢筋网片防冲护巷,煤帮采取左旋无纵筋螺纹钢锚杆加固处理及底板采用C20混凝土硬化的综合控制技术。现场监测留巷断面尺寸约为2 834 mm×4 615 mm,较原巷道断面最大收缩率为15.6%。监测结果表明:该控制技术能够有效控制围岩变形,所留巷道完全满足复用生产需求。

关键词：切顶卸压复合坚硬顶板变形机理控制技术数值模拟

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露天矿拉斗铲倒堆工艺作业方式与参数优化

煤炭学报 2018年第5期43卷 1312-1321页

作者：孙健东张瑞新武海龙高永胜马新根中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 华北科技学院河北廊坊065201 中国重型机械有限公司北京100036

以物料流量流向优化理论与工艺系统模拟为基础,提出重心圆投影模型与拉斗铲倒堆工艺流量流向优化模型,通过规划物料最优的原始分布状态、优化物料的迁移次序与路径实现倒堆工艺效率的提高。以黑岱沟露天矿为实例对所提出的理论进行了应... 详细信息

以物料流量流向优化理论与工艺系统模拟为基础,提出重心圆投影模型与拉斗铲倒堆工艺流量流向优化模型,通过规划物料最优的原始分布状态、优化物料的迁移次序与路径实现倒堆工艺效率的提高。以黑岱沟露天矿为实例对所提出的理论进行了应用研究,构建了重心圆投影模型的作业单元体三维模型,计算了不同作业内容、不同作业环节条件下,设备作业循环耗时概率分布的拟合函数,模拟计算结果显示:拉斗铲作业旋转角度与耗时符合凹函数非线性关系,应采用"差距排弃"作业方式;拉斗铲作业平盘高度约为13 m时,设备实际作业效率最高;排土空间充足条件下拉斗铲无需额外自行拓展平盘。

关键词：拉斗铲倒堆工艺拉斗铲流量流向优化重心圆投影模型

切顶卸压自动成巷覆岩变形机理及控制对策研究

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中国矿业大学学报 2019年第3期48卷 474-483页

作者：马新根何满潮李先章王二雨胡超文高韧中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 大同煤矿集团有限公司山西大同037000

切顶卸压自动成巷技术有增加煤炭采出率、减少巷道掘进量等优点,为促进该技术的推广、优化,针对切顶成巷覆岩变形机理及控制对策展开研究.对切顶成巷技术的工艺流程及工序时空关系进行总结,并按围岩结构将留巷顺槽分为煤体支撑区、动压... 详细信息

切顶卸压自动成巷技术有增加煤炭采出率、减少巷道掘进量等优点,为促进该技术的推广、优化,针对切顶成巷覆岩变形机理及控制对策展开研究.对切顶成巷技术的工艺流程及工序时空关系进行总结,并按围岩结构将留巷顺槽分为煤体支撑区、动压承载区和成巷稳定区3区.针对不同分区分别建立对应的力学简化模型,对巷道顶板变形规律及巷内支护需求进行计算分析.以塔山煤矿8304工作面作为试验面进行切顶成巷试验,验证巷道支护设计效果.现场监测显示留巷于工作面架后230 m后进入成巷稳定区,留巷平均高度为2 796.6 mm,巷内支护有效,成巷效果良好.

关键词：切顶卸压自动成巷中厚煤层复合顶板覆岩变形机理控制对策