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瓦斯压力对煤体应力及失稳破坏特性影响分析

采矿与安全工程学报 2022年第4期39卷 847-856页

作者：张士岭和树栋瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院重庆400037

为探索渗流场下煤体应力分布及失稳破坏机制,借鉴土力学流土、管涌理论,基于达西定律与煤体渗流试验,对渗流场中瓦斯压力的作用形式、性质、大小进行了研究,进而建立了煤体一维渗透破坏机制。通过渗流-固体耦合作用下工作面煤体应力场分... 详细信息

为探索渗流场下煤体应力分布及失稳破坏机制,借鉴土力学流土、管涌理论,基于达西定律与煤体渗流试验,对渗流场中瓦斯压力的作用形式、性质、大小进行了研究,进而建立了煤体一维渗透破坏机制。通过渗流-固体耦合作用下工作面煤体应力场分析,得出煤体失稳破坏时地应力、瓦斯压力和煤体力学性质共同作用的力学模型,并进行了数值模拟验证。结果表明:渗透力是瓦斯压力作用在煤体的重要形式,是一种体积力,反映的是单位体积煤体所受到瓦斯流的推动和拖拽力,作用方向及量纲与瓦斯压力梯度一致。工作面煤壁是最易发生渗透破坏的位置,其渗透破坏所需瓦斯压力与采掘空间气压、降压区长度、煤体黏聚力乘积的0.5次方成正比,与煤厚和孔隙率乘积的0.5次方成反比。由于渗透力的作用,工作面煤壁产生拉应力,瓦斯压力为3 MPa时,拉应力超过0.4 MPa。煤体失稳破坏时瓦斯压力、地应力发挥作用大小随空间变化,越靠近煤壁,瓦斯压力作用越大,瓦斯压力梯度达到一定值后甚至占据主导作用;远离煤壁,瓦斯压力作用减小,地应力占据主导作用。

关键词：渗透力瓦斯压力梯度煤与瓦斯突出力学模型渗透破坏

煤与瓦斯突出过程中渗流与煤岩体破坏耦合作用机制

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煤炭科学技术 2023年

作者：张士岭崔俊飞和树栋中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室

针对煤与瓦斯突出诱发机理不清的问题，研究了瓦斯渗流对工作面煤体破坏及煤与瓦斯突出的力学作用机制，分别从煤体渗流试验和土力学两个角度引入瓦斯渗透力这一体积力的概念，明确了瓦斯压力梯度作用在煤体的力学形式。基于弹塑性力学... 详细信息

针对煤与瓦斯突出诱发机理不清的问题，研究了瓦斯渗流对工作面煤体破坏及煤与瓦斯突出的力学作用机制，分别从煤体渗流试验和土力学两个角度引入瓦斯渗透力这一体积力的概念，明确了瓦斯压力梯度作用在煤体的力学形式。基于弹塑性力学构建了含瓦斯工作面煤体极限平衡方程，进而将渗流与极限平衡区煤体应力进行耦合，从而得到了瓦斯压力作用下煤体拉应力产生以及拉伸破坏的力学原因。从渗透力作用的角度解释了突出孔洞壁层裂破坏特征和层裂体分布规律，揭示突出煤体层裂破坏时瓦斯压力作用的力学本质，并进行了模拟验证。结果表明：含瓦斯煤体受到瓦斯流动产生的渗透力，其大小等于瓦斯压力梯度，从能量的角度看为单位长度的瓦斯压能损失。渗透力与围岩支承压力共同作用到工作面煤体上，成为破坏煤体的重要诱因。突出前瓦斯流动在新暴露工作面煤壁产生极高的渗透力；渗透力并非均匀的作用在煤壁内，而是集中作用在煤壁暴露面附近小于0.1 m的薄层内，促使煤体采掘方向应力急剧降低甚至成为负值形成拉应力，从而导致该薄层拉伸破坏失稳，形成层裂。煤体内渗透力与应力随时间快速变化，煤壁刚暴露时渗透力是稳定渗流时的6倍以上，相应产生的最大拉应力是稳定渗流时的5倍以上。煤层强度大小与煤体所受拉应力呈现此消彼长的关系，煤层强度越低，由渗流引起的拉应力越大，瓦斯压力的拉伸破坏作用越得以充分发挥，表现为瓦斯为主导的突出和典型的层裂破坏现象。

关键词：煤与瓦斯突出煤体破坏渗透力煤体应力瓦斯压力梯度层裂瓦斯渗流

安徽省2010—2019年煤矿事故规律分析及新形势下事故防范对策

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矿业安全与环保 2021年第4期48卷 128-134页

作者：和树栋瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为深入剖析安徽省煤矿事故的规律特点,以安徽省2010—2019年煤矿事故数据为统计分析样本,从煤矿演变情况、事故规模等级、事故类型、事故时空分布等方面研究分析了安徽省煤矿事故演变规律。结果表明:安徽省煤矿一般事故起数占事故总起数... 详细信息

为深入剖析安徽省煤矿事故的规律特点,以安徽省2010—2019年煤矿事故数据为统计分析样本,从煤矿演变情况、事故规模等级、事故类型、事故时空分布等方面研究分析了安徽省煤矿事故演变规律。结果表明:安徽省煤矿一般事故起数占事故总起数的93.5%,有效防控一般事故的发生是降低事故总量的关键;淮北、淮南2个国有重点矿业集团是安徽省煤矿事故防控的重点单位;顶板、运输、机电三类事故对事故总量的贡献度最大,瓦斯、水害两类事故则是防控较大及以上事故的关键;每年的4—6月、8—9月、12月份至次年1月份是安徽省煤矿事故的高发期,交接班前后及夜班是事故高发时间段,采掘工作面是事故多发地;煤矿事故死亡人员以采煤工、掘进工为主,以高工龄、低文化程度人员为主。基于煤矿事故分析结果,提出了新形势下安徽省煤矿事故防范的对策,旨在为相关监管职能部门与煤炭生产企业的安全生产工作提供借鉴。

关键词：煤矿事故规律分析区域安全态势防范对策

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沿空动压巷道围岩稳定性模拟研究

煤炭技术 2016年第1期35卷 31-33页

作者：和树栋瓦斯灾害监控与应急技术国家实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对综放沿空动压巷道围岩稳定性进行了模拟研究,分析了沿空动压巷道围岩受邻近工作面回采全过程下位移场、应力场及塑性区的分布特征和变化规律。研究结果对制定沿空动压巷道围岩的控制对策起到了指导作用。

关键词：沿空巷道动压扰动数值模拟围岩控制

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平煤十三矿锚注支护技术研究与实践

煤炭技术 2015年第8期34卷 76-78页

作者：和树栋朱锋蒲阳瓦斯灾害监控与应急技术国家实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 平顶山天安煤业股份有限公司十三矿河南平顶山467000

平煤十三矿己四采区大巷受深部高应力及采矿扰动等的影响,出现了巷道支护困难、围岩强流变等工程动力响应。为有效解决此类问题,采用数值模拟、室内试验、现场监测相结合的手段,成功对己四服务大巷进行了锚注支护技术工程实践。研究结... 详细信息

平煤十三矿己四采区大巷受深部高应力及采矿扰动等的影响,出现了巷道支护困难、围岩强流变等工程动力响应。为有效解决此类问题,采用数值模拟、室内试验、现场监测相结合的手段,成功对己四服务大巷进行了锚注支护技术工程实践。研究结果表明,锚注支护可有效提高抵御围岩承载及变形的能力,对围岩控制效果较为理想,具有较好的推广应用价值。

关键词：锚注支护数值模拟工艺研究现场监测

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锚注支护技术在林南仓矿的研究与应用

煤炭工程 2013年第10期45卷 32-34,37页

作者：王永瑞和树栋开滦(集团)煤业分公司河北唐山063018 山东科技大学资源与环境工程学院山东青岛266590

文章以开滦矿区林南仓矿-650水平西大巷为例,在分析其岩性特征等的基础上,认为西大巷的服务年限决定了必须采取有效措施,以达到巷道永久安全使用的目的。决定采用水泥浆加水玻璃进行注浆加固,提高围岩松动圈的自撑能力和承载能力,使其... 详细信息

文章以开滦矿区林南仓矿-650水平西大巷为例,在分析其岩性特征等的基础上,认为西大巷的服务年限决定了必须采取有效措施,以达到巷道永久安全使用的目的。决定采用水泥浆加水玻璃进行注浆加固,提高围岩松动圈的自撑能力和承载能力,使其有效抵御深部围岩的变形压力。研究结果表明,锚注支护效果显著,并取得了良好的技术和经济效益。

关键词：软岩巷道锚注支护数值模拟现场监测

平煤十三矿沿空掘巷窄煤柱留设及支护技术应用实践

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中国矿业 2021年第6期30卷 146-151页

作者：和树栋瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

窄煤柱留设尺寸及围岩支护控制关乎沿空掘巷的成功与否,也是煤矿安全生产的关注重点。为摸清沿空掘巷煤柱留设尺寸与围岩运动特征之间的规律,设计合理的支护参数,以平煤十三矿现场实际需求出发,采用数值模拟的手段模拟分析了不同煤柱尺... 详细信息

窄煤柱留设尺寸及围岩支护控制关乎沿空掘巷的成功与否,也是煤矿安全生产的关注重点。为摸清沿空掘巷煤柱留设尺寸与围岩运动特征之间的规律,设计合理的支护参数,以平煤十三矿现场实际需求出发,采用数值模拟的手段模拟分析了不同煤柱尺寸下围岩运动特征,结合理论计算确定了沿空掘巷窄煤柱合理留设尺寸,设计了动压巷道支护参数,并模拟分析了巷道支护控制效果,最后将设计的围岩控制方案进行了现场应用及围岩观测。研究结果表明:平煤十三矿工况条件下沿空掘巷窄煤柱留设尺寸为5 m时,巷道断面收缩率最小;提出的组合支护方案参数设计合理可行,现场观测受采动影响巷道断面收缩率控制在15%以内,围岩控制效果较好。研究成果能够为类似工况条件下煤矿工程施工提供可鉴经验。

关键词：沿空掘巷窄煤柱支护技术应用实践