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上行开采顶板不同区域巷道稳定性控制原理

中国矿业大学学报 2012年第4期41卷 543-550页

作者：王成张农李桂臣许兴亮钱德雨张念超河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116

以典型的上行开采为工程背景,采用现场实测、物理模拟和数值计算相结合的综合研究方法,对上行开采上覆岩层应力场、裂隙场进行了研究,并分析侧压系数、断面形状、围岩强度等因素对围岩稳定性影响,揭示了上行开采采动应力分区特征及裂隙... 详细信息

以典型的上行开采为工程背景,采用现场实测、物理模拟和数值计算相结合的综合研究方法,对上行开采上覆岩层应力场、裂隙场进行了研究,并分析侧压系数、断面形状、围岩强度等因素对围岩稳定性影响,揭示了上行开采采动应力分区特征及裂隙呈分域特性的时空演化规律,得到了基于采动巷道围岩稳定性的上行开采顶板岩层区划和巷道布置,将覆岩划分5个破坏区,裂隙分为4个区;提出了"等效开挖"和"低效加固区"的概念,给出顶板巷道应根据侧压系数λ的大小和主应力方向选择合理断面形状是圆形或椭圆以及底板4.0～6.0m必要的加固深度,形成了上行开采顶板巷道稳定性控制原理:选择应力降低的Ⅱ区和Ⅲ区布置巷道、确定采后165d为顶板巷道开挖时机、优化巷道断面和减小低效加固区、提高围岩强度和支护结构稳定性以及分区强化控制,成功指导工程实践.

关键词：煤层群上行开采采动应力场采动裂隙场顶板区划顶板巷道

大采高沿空留巷顶板安全控制及跨高比优化分析

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采矿与安全工程学报 2013年第3期30卷 348-354页

作者：韩昌良张农钱德雨薛博中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201

考虑采动应力场、岩体承载性能和支护结构强度等因素,分析沿空留巷跨高比对围岩变形的影响,采用数值计算方法对比分析9种不同的跨高比留巷方案,结果表明优化留巷断面形态可充分提高留巷围岩的稳定性和抗变形能力。当巷道高度确定时,随... 详细信息

考虑采动应力场、岩体承载性能和支护结构强度等因素,分析沿空留巷跨高比对围岩变形的影响,采用数值计算方法对比分析9种不同的跨高比留巷方案,结果表明优化留巷断面形态可充分提高留巷围岩的稳定性和抗变形能力。当巷道高度确定时,随着跨度的降低留巷围岩塑性区分布范围及变形量都不断减小;当巷道高度超过3 m时,围岩变形对跨度降低的变化更为敏感,且跨高比低于1.3时效果明显。在此基础上提出了大采高留巷最优跨高比的确定方法和留巷围岩控制思想,在4.2 m大采高工作面,留巷高度3.8 m、跨高比取0.79,工程实践取得成功。

关键词：沿空留巷巷道支护围岩变形跨高比

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潘一东矿软岩巷道底鼓机理与控制方法

煤矿安全 2012年第3期43卷 21-24页

作者：汪良海阚甲广钱德雨中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008

底鼓难题是制约深部矿井安全生产的关键因素之一。基于固支岩梁力学分析,分析了影响巷道底鼓的主要因素,并针对性地提出了底鼓治理的系统控制法,结合潘一东矿巷道具体地质条件,通过数值模拟的方法确定了合理支护参数。

关键词：底鼓固支岩梁系统控制法有效承载宽度

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渗水泥化巷道锚杆支护围岩稳定性控制研究

采矿与安全工程学报 2014年第4期31卷 575-579页

作者：王成韩亚峰张念超钱德雨河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116 九州大学工学府

渗水泥化巷道锚杆支护可靠性差，导致此类巷道冒顶事故频发。通过典型岩样崩解和风化实验、渗水泥质巷道变形规律及锚杆锚固性能实测开展研究。结果表明：煤系地层含有黏土类矿物，使得巷道围岩遇水崩解，发生泥化现象，且风化脆裂，导... 详细信息

渗水泥化巷道锚杆支护可靠性差，导致此类巷道冒顶事故频发。通过典型岩样崩解和风化实验、渗水泥质巷道变形规律及锚杆锚固性能实测开展研究。结果表明：煤系地层含有黏土类矿物，使得巷道围岩遇水崩解，发生泥化现象，且风化脆裂，导致自身承载力急剧降低；渗水泥质巷道围岩变形破坏具有明显阶段性，演绎“减速变形-弱泥化-加速变形-强泥化-失稳”全过程，有效控制泥化进程是该类巷道稳定性控制的关键；提出了渗水泥化巷道围岩的控制技术，即新型“三高”锚杆强化控制技术和滞后注浆加固技术，给出巷道掘进后10～30 d最佳注浆时机，开展了典型的工程实践，取得了良好控制效果。

关键词：渗流泥化围岩锚杆支护 “三高”锚杆滞后注浆强化控制

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上行开采顶板煤巷围岩稳定性控制技术研究

采矿与安全工程学报 2012年第2期29卷 220-225页

作者：王成杜泽生张念超钱德雨河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭科学研究总院安全装备技术研究分院北京100013 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116

针对淮南矿区煤层群上行卸压开采被保护层回采巷道围岩控制的技术难题,采用数值模拟和物理模拟方法研究了下部煤层卸压开采后顶板巷道应力场和裂隙场时空演化规律,以及卸压开采动压影响条件下,复合顶厚度小于锚杆锚固范围、复合顶厚度... 详细信息

针对淮南矿区煤层群上行卸压开采被保护层回采巷道围岩控制的技术难题,采用数值模拟和物理模拟方法研究了下部煤层卸压开采后顶板巷道应力场和裂隙场时空演化规律,以及卸压开采动压影响条件下,复合顶厚度小于锚杆锚固范围、复合顶厚度与锚杆锚固范围相当、复合顶厚度大于锚杆锚固范围时巷道变形破坏规律,结果表明:下伏采动和巷道掘进形成的叠加应力决定巷道围岩应力分布和裂隙演化特征,锚杆支护能够优化围岩的应力场和裂隙场,保证围岩整体结构稳定;复合顶厚度大于锚杆锚固范围的巷道安全状况最差,巷道变形破坏最严重。在此基础上提出了保障顶板安全、加固两帮、强化关键区域、增大锚固范围的控制原则,给出了以新型"三高"锚杆为基础的立体式锚索梁承载结构组合支护技术,并成功应用于工程实践,取得了良好的支护效果。

关键词：上行开采顶板巷道新型“三高”锚杆立体式锚索梁承载结构

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动压巷道棚索协调支护技术应用实践

煤炭科学技术 2012年第1期40卷 26-29,45页

作者：汪良海钱德雨臧英新中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008

针对普通U型钢支护存在支架强度低、支护围岩相互作用关系差以及不能适应动压巷道复杂应力环境和大变形的现状,提出了以高阻可缩重型U型钢和高强度锚索为主的棚索协调支护技术,具体包括壁后充填注浆改善支护围岩相互关系,薄弱区锚索补... 详细信息

针对普通U型钢支护存在支架强度低、支护围岩相互作用关系差以及不能适应动压巷道复杂应力环境和大变形的现状,提出了以高阻可缩重型U型钢和高强度锚索为主的棚索协调支护技术,具体包括壁后充填注浆改善支护围岩相互关系,薄弱区锚索补强提高支护结构整体稳定性以及锚注加固底板控制底鼓。结合某矿巷道具体地质条件,通过数值模拟研究了不同支护方案对动压巷道围岩变形的控制效果。观测结果表明:顶底板移近量约280 mm,两帮移近量约为260 mm,采用棚索协调支护技术能有效控制巷道围岩变形。

关键词：动压巷道棚索协调支护壁后充填注浆数值模拟

巷道松软煤体流变参数反演的BAS-ESVM模型与应用

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煤炭学报 2021年第S1期46卷 106-115页

作者：孙元田李桂臣钱德雨张苏辉许嘉徽中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

深部煤体巷道变形具有明显的流变特性,准确高效地获取煤体的流变参数是研究巷道流变机理的重要基础。基于典型的煤巷流变工程案例,经分析认为,巷道帮部的松软煤体的长时变形具有两阶段流变特征,即前期的减速大流变阶段和后期的等速大流... 详细信息

深部煤体巷道变形具有明显的流变特性,准确高效地获取煤体的流变参数是研究巷道流变机理的重要基础。基于典型的煤巷流变工程案例,经分析认为,巷道帮部的松软煤体的长时变形具有两阶段流变特征,即前期的减速大流变阶段和后期的等速大流变阶段,获得煤体的流变参数对于进一步研究巷道失稳具有重要意义。基于人工智能算法支持向量机(SVM),采用天牛须算法(BAS)高效获取SVM的核函数参数σ和罚参数C,形成改进型进化支持向量机(ESVM),提高SVM的学习和泛化能力。进一步地,明确围岩的流变模型和弹塑性力学参数,基于正交设计原理,构建松散煤体流变参数样本数据。建立数值模拟模型,对构建的流变参数样本进行模拟计算,得到含有时序性的计算巷道位移,进而将每一组流变参数及其通过数值计算得到的与时间相对应的两帮移近量位移作为一组样本,形成样本数据库。将上述数据通过ESVM模型不断学习,以现场位移数据为目标,再利用BAS搜索得到最佳的煤体流变参数,最终构建得到BAS-ESVM煤体流变参数反演模型。得到的流变参数经过正算验证,结果显示计算位移与实测值吻合较好,证明了该方法的有效性与流变参数的正确性,该方法为研究煤体巷道流变机理奠定了参数基础。

关键词：煤体巷道流变参数反演人工智能支持向量机(SVM) 天牛须算法(BAS)

基于“两介质-三界面”模型的散煤注浆固结宏细观规律

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煤炭学报 2019年第2期44卷 427-434页

作者：李桂臣孙长伦孙元田崔光俊钱德雨中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为了预判水泥浆注浆加固淮北矿区松散煤层效果,提供合理注浆参数,确保松散破碎围岩体注浆加固后稳定,文章基于离散元思想,将散煤和水泥视为颗粒,结合散煤-水泥浆胶结体单轴压缩试验和颗粒流模拟软件,研究散煤注浆加固效果,从宏-细观角... 详细信息

为了预判水泥浆注浆加固淮北矿区松散煤层效果,提供合理注浆参数,确保松散破碎围岩体注浆加固后稳定,文章基于离散元思想,将散煤和水泥视为颗粒,结合散煤-水泥浆胶结体单轴压缩试验和颗粒流模拟软件,研究散煤注浆加固效果,从宏-细观角度揭示散煤水泥浆注浆加固规律。文章构建了散煤-水泥"两介质-三界面"模型;校核了散煤-水泥浆胶结体三界面细观力学参数,分析了颗粒配比和胶结体孔隙率对散煤注浆加固效果的影响规律。研究结果表明:"两介质-三界面"模型包括散煤颗粒、水泥颗粒,散煤颗粒之间胶结界面、水泥颗粒之间的胶结界面和散煤与水泥颗粒之间的胶结界面,模型不仅能够模拟常规岩体力学实验,还能够进行胶结参数影响特性研究,适用于散体介质注浆加固效果预判;散煤-水泥浆胶结体单轴压缩强度σc和弹性模量E随着散煤与水泥颗粒配比γ增加先增大后减小,存在最佳配比,散煤含量增加的过程分为初期骨料强化和后期胶结弱化两个阶段;胶结体单轴压缩强度σc和弹性模量E随着孔隙率n增加而加速减小,粒径越小、充填程度越高的注浆材料,加固效果越好。在现场注浆设计施工过程中,根据现场围岩破碎程度,优选粒径小、可注性好的浆液,能够获得较好的注浆加固效果。

关键词：散煤水泥浆孔隙率宏细观 “两介质-三界面”模型

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U型棚锁腿支护与围岩关系数值分析及应用

采矿与安全工程学报 2011年第2期28卷 209-213页

作者：王成张农韩昌良李桂臣钱德雨中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221008

随着煤矿开采深度的增加,巷道矿压显现加剧,巷道以主被动的组合支护为主,其中U型钢可缩支架被广泛采用,但是开放式的拱形结构不适应深井全断面来压的应力环境,U型棚腿部折断和倒棚现象时有发生.采用数值模拟软件FLAC5.0对锚杆护帮约束前... 详细信息

随着煤矿开采深度的增加,巷道矿压显现加剧,巷道以主被动的组合支护为主,其中U型钢可缩支架被广泛采用,但是开放式的拱形结构不适应深井全断面来压的应力环境,U型棚腿部折断和倒棚现象时有发生.采用数值模拟软件FLAC5.0对锚杆护帮约束前后U型棚支架的载荷变化规律及对巷道围岩的稳定性影响进行深入研究和剖析,得出U型棚采用锚杆锁腿后,支护体与围岩的稳定性明显提高;锁腿护帮锚杆预紧力对深部架棚巷道的稳定性起着决定性的作用;提出护帮约束棚腿锚杆合理的预紧力.

关键词：深部巷道架棚支护支护体与围岩锁腿护帮锚杆数值模拟