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条带式Wongawilli采煤法覆岩与地表沉陷特征研究

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条带式Wongawilli采煤法覆岩与地表沉陷特征研究

作者：白二虎河南理工大学

学位级别：硕士

随着煤炭的不断开采,适合长壁开采的资源越来越少,“三下”压煤几乎遍及每个矿区,为解放这些村庄下压煤,延长矿井服务年限,有效保护地表建（构）筑物,需要对村庄下采煤方法进行研究。本文针对漳村煤矿1309工作面村庄下压煤,采用理论研... 详细信息

随着煤炭的不断开采,适合长壁开采的资源越来越少,“三下”压煤几乎遍及每个矿区,为解放这些村庄下压煤,延长矿井服务年限,有效保护地表建（构）筑物,需要对村庄下采煤方法进行研究。本文针对漳村煤矿1309工作面村庄下压煤,采用理论研究、模拟试验及预计分析相结合的研究方法,进行了条带式旺格维利采煤覆岩与地表沉陷特征研究。首先,将条带开采和旺格维利采煤法相结合提出了条带式旺格维利采煤法,并给出了五种巷道布置方式。其次以漳村煤矿地质采矿条件为基础,采用FLAC3D数值模拟软件建立了数值模拟原型,将两种不同巷道布置方式的应力场、位移场及塑性区进行对比分析,结果表明双巷单翼式优于单巷双翼式开采;然后结合相似模拟试验及关键层理论,对条带式旺格维利采煤上覆岩层的变化规律以及煤柱稳定性进行研究,结果表明条带式旺采煤柱能够很好地控制覆岩变形,煤柱稳定性较好。最后,对1309工作面进行方案设计,具体包括确定采留宽尺寸、巷道布置、工作面设备、支护及生产系统等问题,并采用概率积分法对工作面开采后的地表移动变形进行了预计,结果表明条带式旺采地表建筑物损害程度在Ⅰ级影响范围之内。研究说明,条带式旺格维利采煤既能也有效的保护地表建筑物,又能提高煤炭资源的开采效率。

关键词：条带开采旺格维利采煤法条带式旺格维利采煤法地表沉陷岩层移动

煤矿高强度长壁开采覆岩破坏充分采动及其判据

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煤炭学报 2020年第11期45卷 3657-3666页

作者：郭文兵赵高博白二虎河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

煤矿长壁开采引起的覆岩破坏高度对于水体下采煤、保水开采以及瓦斯治理的解放层开采等均具有重要意义。采用理论分析和数值模拟方法对煤矿高强度长壁开采引起的覆岩破坏高度及其达到覆岩破坏充分采动的判据进行了研究。基于覆岩破坏充... 详细信息

煤矿长壁开采引起的覆岩破坏高度对于水体下采煤、保水开采以及瓦斯治理的解放层开采等均具有重要意义。采用理论分析和数值模拟方法对煤矿高强度长壁开采引起的覆岩破坏高度及其达到覆岩破坏充分采动的判据进行了研究。基于覆岩破坏充分采动的定义,分析了覆岩破坏充分采动的特征及其影响因素,包括工作面开采厚度、开采尺寸(走向、倾向长度)、开采深度与覆岩岩性;提出了以“梯形-面积”“四棱台-体积”为依据的覆岩破坏充分采动理论判别方法,并将煤矿长壁开采三维覆岩破坏及地表下沉简化为4类采动影响体积(采空区长方体体积、上覆岩层预破坏四棱台体积、覆岩破坏后的体积与地表下沉体积)之间的关系,得到了工作面达到覆岩破坏充分采动时的覆岩破坏高度理论表达式与覆岩“两带”破坏模式的判别式;基于某高强度开采工作面,建立并校核了考虑现场最大、最小水平主应力方向与工作面推进方向夹角的三维数值模型,采用离散元数值模拟方法分析了高强度开采工作面不同开采厚度、开采尺寸与开采深度对覆岩破坏充分采动的影响。结果表明:高强度长壁开采工作面达到覆岩破坏充分采动时的推进距离与工作面倾向长度、深厚比成反比,研究给出了高强度长壁开采覆岩破坏充分采动的判据及其适用条件。

关键词：覆岩破坏充分采动判据长壁开采高强度开采岩层移动

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我国煤矿“三下一上”采煤技术现状与展望

煤炭科学技术 2020年第9期48卷 16-26页

作者：郭文兵马志宝白二虎河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

我国"三下一上"(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下及承压水上)煤炭资源储量大,"三下一上"采煤是我国煤炭资源枯竭型矿井提高资源采出率,延长矿井服务年限及实现可持续发展的有效举措。在分析建(构)筑物下采煤现状的基础上,阐述了源头... 详细信息

我国"三下一上"(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下及承压水上)煤炭资源储量大,"三下一上"采煤是我国煤炭资源枯竭型矿井提高资源采出率,延长矿井服务年限及实现可持续发展的有效举措。在分析建(构)筑物下采煤现状的基础上,阐述了源头减沉控损开采技术措施,主要包括充填开采、部分开采,协调开采及减小建筑物变形的覆岩离层注浆技术措施等。通过分析长壁开采引起的覆岩破坏传递过程,提出了基于该过程的覆岩破坏充分采动程度判据及其高度计算方法,揭示了煤层开采覆岩破坏高度形成机制,采用地面钻孔观测及协调开采法成功进行了水体下等不同地质采矿条件下采煤,并针对高强度开采对松散含水层破坏特征进行了大地电磁探测,分析了采动影响下松散含水层破坏特征,揭示了松散含水层破坏机理并验证了大地电磁法用于探测含水层破坏的可行性。总结了我国"三下一上"采煤技术方法及安全技术措施。研究认为我国煤矿"三下一上"采煤技术将以源头减沉控损开采方法,覆岩破坏控制技术研究为主,地下煤炭原位保护开采技术将是未来建(构)筑物及水体下开采的发展趋势。

关键词： “三下”采煤岩层移动地表沉陷采动损害与保护长壁开采

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煤矿厚煤层高强度开采技术特征及指标研究

煤炭学报 2018年第8期43卷 2117-2125页

作者：郭文兵白二虎杨达明河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

在分析煤矿高强度开采现状与定义的基础上,从地质采矿条件、工作面尺寸、技术装备、推进速度、产量效率高、深厚比、覆岩与地表破坏等方面系统研究了厚煤层高强度开采的主要技术特征。基于绿色开采理念,从地质采矿技术和采动影响破坏方... 详细信息

在分析煤矿高强度开采现状与定义的基础上,从地质采矿条件、工作面尺寸、技术装备、推进速度、产量效率高、深厚比、覆岩与地表破坏等方面系统研究了厚煤层高强度开采的主要技术特征。基于绿色开采理念,从地质采矿技术和采动影响破坏方面研究建立了高强度开采的主要技术指标和评价体系,并采用层次分析法对采动影响破坏指标进行了分析研究。研究表明,地质采矿技术因素和采动影响破坏因素均是描述厚煤层高强度开采的重要组成部分,采动影响破坏因素是厚煤层高强度开采不可忽略的特征。研究成果可为煤矿安全高效绿色生产、采动损害与保护等提供借鉴。

关键词：高强度开采厚煤层开采采动损害与保护绿色开采

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电视信号铁塔下压煤开采与动态调斜保护技术

煤炭学报 2023年第S01期48卷 15-27页

作者：郭文兵马志宝焦轶恒陈新明白二虎河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 河南理工大学土木工程学院河南焦作454003

为解放电视信号铁塔下压煤资源并保障广播电视信号铁塔安全运行,在分析地表移动变形规律的基础上,研究了电视信号铁塔采动变形特征及塔身倾斜动态调整保护技术。利用概率积分法对铁塔处地表移动变形进行计算并评估其运行安全性,据此分... 详细信息

为解放电视信号铁塔下压煤资源并保障广播电视信号铁塔安全运行,在分析地表移动变形规律的基础上,研究了电视信号铁塔采动变形特征及塔身倾斜动态调整保护技术。利用概率积分法对铁塔处地表移动变形进行计算并评估其运行安全性,据此分析了采动影响下铁塔倾覆稳定性。计算结果表明:工作面开采后铁塔基础处倾斜变形超过其极限倾斜变形值,结构抗倾覆能力降低,铁塔运行存在安全风险;对工作面开采过程中铁塔移动变形进行了现场监测,现场监测结果表明:随着工作面的推进,电视信号铁塔呈现阶梯状下沉趋势,采煤工作面停产或推进速度过慢时,塔基处不均匀沉降增幅较大,导致铁塔倾斜变形增大;阐明了铁塔倾斜变形动态调整保护技术原理,提出并实施了电视信号铁塔动态调斜保护技术,根据铁塔移动变形监测结果确定铁塔动态调斜时机并进行铁塔调斜工作,调斜后的塔基倾斜度小于电视信号铁塔的采动极限倾斜变形值,确保了电视信号铁塔的安全运行,成功地实现了电视信号铁塔下压煤资源开采,提高了资源采出率,产生显著的经济和社会效益,并验证了实施电视信号铁塔动态变形保护技术开采其下方压煤的可行性。

关键词： “三下”采煤铁塔采动变形特征动态保护技术

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薄基岩厚松散层下充填保水开采安全性分析

煤炭学报 2017年第1期42卷 106-111页

作者：郭文兵杨达明谭毅白二虎河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

为研究薄基岩厚松散层下充填开采安全性,选择五沟煤矿CT101充填工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和钻孔探测,对CT101充填工作面隔水关键层稳定性进行了分析,揭示薄基岩厚松散层下充填开采覆岩裂隙高度(深度)及其变化规律,并对... 详细信息

为研究薄基岩厚松散层下充填开采安全性,选择五沟煤矿CT101充填工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和钻孔探测,对CT101充填工作面隔水关键层稳定性进行了分析,揭示薄基岩厚松散层下充填开采覆岩裂隙高度(深度)及其变化规律,并对开采安全性进了分析。结果表明:采高3.5 m,矸石充填率为85%时,关键层未破断,隔水关键层保持完整;下行裂隙多分布在工作面两端,且具有弥合性,随工作面推进周期性增大、减小,实测下行裂隙深5.5 m,上行裂隙高6.41~11.85 m,剩余隔水层组厚度为17.38~23.97 m,工作面可实现安全回采,为类似采矿地质条件下开采安全性分析提供了借鉴。

关键词：厚松散层保水开采充填采煤覆岩裂隙钻孔探测

新近系含水层下厚煤层综放安全绿色开采及水资源清洁利用

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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 30-37页

作者：郭文兵白二虎张璞侯建军张要展李萌河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 河南省新郑煤电有限责任公司河南郑州451100 河南省煤科院检测技术有限公司河南郑州450001

煤炭开采在支撑国民经济和社会高质量发展的同时,也对矿区安全、生态环境造成严重影响。为加快推进绿色矿山建设进程,基于安全绿色开采与可持续发展理念,对新近系含水层下采煤的安全性进行了区域划分,提出了将顶板水转化为矿井水的井上... 详细信息

煤炭开采在支撑国民经济和社会高质量发展的同时,也对矿区安全、生态环境造成严重影响。为加快推进绿色矿山建设进程,基于安全绿色开采与可持续发展理念,对新近系含水层下采煤的安全性进行了区域划分,提出了将顶板水转化为矿井水的井上、井下联合贯通疏放水及利用技术,解决了松散含水层水害威胁问题,实现了安全高效开采。分析了综放开采地表响应特征,阐明了地表动态演化规律,得到了地表动态移动变形参数;通过对沉陷区破坏程度进行区域划分,以工程复垦与生态复垦相结合的原则,对开采沉陷区实施了土地复垦措施;结合水资源与清洁能源综合利用理念,以全寿命周期理论为基础,建立了矿井供热方式的全寿命周期成本模型,分析研究了合理的矿井热源供应方式。结果表明:疏干排水解放了5.99 Mt的水体下压煤资源,且为覆岩含水层水资源的清洁利用提供了丰富的矿井水余热资源,以不同供热方式的全寿命周期成本进行分析,确定了余热利用是矿井热源供应的最佳方式,具有运行成本少、高效节能、绿色环保等特点,实现了清洁能源的高效利用;同时,以地表移动变形角量参数指导沉陷区土地复垦不仅提高了土地生产力,而且有效改善了矿区生态环境,加快了绿色矿山建设进程。

关键词：新近系含水层厚煤层综放安全绿色开采地表沉陷水资源利用

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我国煤矿智能绿色开采技术现状与进展

河南理工大学学报(自然科学版) 2023年

作者：郭文兵吴东涛白二虎张璞侯建军张要展河南理工大学煤炭安全生产河南省协同创新中心河南理工大学能源科学与工程学院河南省新郑煤电有限责任公司

智能绿色开采是推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革的重要方式，它是在安全高效开采基础上避免或减轻采动损害，依靠智能化开采技术优化开采工艺，促进资源开采与生态环境保护协调发展，实现煤矿生产过程控制、设备健康管理、安全风... 详细信息

智能绿色开采是推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革的重要方式，它是在安全高效开采基础上避免或减轻采动损害，依靠智能化开采技术优化开采工艺，促进资源开采与生态环境保护协调发展，实现煤矿生产过程控制、设备健康管理、安全风险防控、生态环保等最优化的管控，以及煤炭规模开采的高利用、高安全、低排放和生态系统原态的高保真度。从广义资源和生态环境角度并结合智能化开采技术，论述了智能绿色开采内涵，提出了智能绿色开采技术总体架构，包括智能充填开采、瓦斯智能抽采、灾害智能预警、煤-岩-水-环智能一体化等绿色开采技术；其次从综采全过程少人或无人化角度，系统地总结综采工作面的透明工作面创建、煤岩界面识别、智能控制、设备定姿定位、煤矿机器人、无线通信、大数据分析处理7个智能化技术以及掘进机自主定位导航、位姿检测、自适应截割等技术的研究现状。阐述了煤矿智能绿色开采技术研究进展，为全面深入了解煤矿智能绿色开采技术的发展现状提供了参考。

关键词：智能绿色开采透明工作面掘进机智能化智慧矿山

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“条采留巷充填法”绿色协调开采技术

煤炭学报 2018年第B06期43卷 21-27页

作者：白二虎郭文兵谭毅杨达明河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

为减轻高强度开采对我国西北地区地表及生态环境的破坏,结合条带开采与充填开采的优势,提出了一种"条采留巷充填法"部分充填的协调开采方法。采用理论分析与相似模拟相结合的研究方法,给出了条带开采的采留宽、沿空留巷的巷旁充填宽度... 详细信息

为减轻高强度开采对我国西北地区地表及生态环境的破坏,结合条带开采与充填开采的优势,提出了一种"条采留巷充填法"部分充填的协调开采方法。采用理论分析与相似模拟相结合的研究方法,给出了条带开采的采留宽、沿空留巷的巷旁充填宽度和充填率的确定原则,分析了巷旁充填体提升条带煤柱稳定性的作用原理及置换煤柱开采的覆岩稳定性。以哈拉沟煤矿22407工作面地质条件为工程背景,确定了合理的工艺参数并进行了数值模拟研究。结果表明:在开采尺寸达到充分采动后,覆岩中的亚关键层4最大下沉量为12 mm,可推知地表基本不出现下沉,取得了良好的地表沉陷控制效果。该技术为降低充填成本,保护地表生态环境提供借鉴。

关键词： “条采留巷充填法” 条带煤柱地表沉陷生态环境