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A Numerical Investigation of the Stress Relief Zones Around a Longwall Face in the Lower Seam for Gas Drainage Considerations

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2021年第4期127卷 135-157页

作者： Chunlei Zhang YPChugh Ruimin Feng Yong Zhang Wei Shen jingke wu Yushun Yang Faculty of Architecture and Civil Engineering Huaiyin Institute of TechnologyHuai’an223001China Mining and Mineral Resources Engineering Southern Illinois UniversityCarbondaleIllinois62901USA School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining&Technology(Beijing)Beijing100083China Department of Civil Engineering University of ArkansasFayettevilleAR 72701USA School of Energy and Mining Engineering China University of Mining&Technology(Beijing)Beijing100083China

Extraction of a protective coal seam (PVCS)-below or above a coal seam to be mined with the potential of coal andgas outburst risk-plays an important role not only in decreasing the stress field in the surrounding rock mass but alsoin increasing the gas desorption capacity and gas flow permeability in the protected coal seam (PTCS). The PVCSis mined to guarantee the safe mining of the PTCS. This study has numerically evaluated the stress redistributioneffects using FLAC3D model for a longwall face in Shanxi Province. The effects of mining depth, mining height andinter-burden rock mass properties were evaluated using the stress relief angle and stress relief coefficient. Verticalstress distribution, stress relief angle and stress relief coefficient in the PTCS were analyzed as the face advancedin the PVCS. The results showed that the stress relief achieved in different locations of the PTCS varied as the faceadvanced. Sensitivity analyses on the pertinent variables indicate that the stress relief in the PTCS is affected mostby the mining depth followed by the inter-burden lithology and the mining height. Furthermore, the elastic moduliof different layers within the inter-burden rock mass are more important than their uniaxial compressive strength(UCS) and Poisson’s ratio. These observations can guide gas drainage borehole design to minimize the accidentsof coal and gas outbursts.

关键词： Methane drainage longwall mining protective/protected coal seam multiple seams FLAC3D software stress relief zones

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二次沿空留巷围岩结构稳定性与控制技术

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采矿与安全工程学报 2018年第5期35卷 877-884页

作者：阚甲广武精科张农梁东旭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 淮阴工学院建筑工程学院江苏淮安223001

为将沿空留巷复用后继续保留下来作为回风通道长期使用,需采用二次沿空留巷。论文阐明了二次沿空留巷上覆岩层运动规律,建立了顶板二次沿空留巷结构模型,提出了二次沿空留巷围岩支护结构概念。研究表明:二次沿空留巷上覆岩层"大结构"运... 详细信息

为将沿空留巷复用后继续保留下来作为回风通道长期使用,需采用二次沿空留巷。论文阐明了二次沿空留巷上覆岩层运动规律,建立了顶板二次沿空留巷结构模型,提出了二次沿空留巷围岩支护结构概念。研究表明:二次沿空留巷上覆岩层"大结构"运动经历3次调整后才趋于稳定;指出二次沿空留巷围岩支护结构由两侧充填体、顶板锚杆索组合体、巷内支护体及底板组成;提出"多分区耦合支护"围岩控制方法,该方法可保证二次沿空留巷围岩结构稳定;制定详细的支护方案、施工工艺并进行了成功实践,对类似条件巷道支护具有一定的参考价值。

关键词：二次沿空留巷基本顶支护结构充填体

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深井沿空留巷顶板变形破坏特征与控制对策研究

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采矿与安全工程学报 2017年第1期34卷 16-23页

作者：武精科阚甲广谢福星杨增强中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对深井沿空留巷顶板出现的离层破碎难以形成承载结构甚至发生冒顶灾害的控制难题,综合现场调研、理论分析及实测方法,将其变形破坏形式进行归纳分类并深入分析,提出了"多支护结构"控制系统,研究了新系统的组成结构、控制原理、支护材... 详细信息

针对深井沿空留巷顶板出现的离层破碎难以形成承载结构甚至发生冒顶灾害的控制难题,综合现场调研、理论分析及实测方法,将其变形破坏形式进行归纳分类并深入分析,提出了"多支护结构"控制系统,研究了新系统的组成结构、控制原理、支护材料和支护时序。结果表明:1)顶板支护结构稳定性弱、跨度大、倾斜角度大和顶帮协同承载能力低是造成其变形破坏的主因;2)"多支护结构"控制系统包括强化锚固体系承载性能、强化碎裂煤岩体强度、强化顶帮协同承载结构和卸荷减跨,此系统可保证顶板结构完整,提高顶帮协同承载能力。研究成果在潘一矿东区进行推广应用,对类似条件巷道支护具有一定的理论意义和参考价值。

关键词：深井沿空留巷顶板控制对策

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强突煤层保护层工作面煤与瓦斯共采技术

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煤矿安全 2014年第9期45卷 55-57页

作者：陈功胜武精科淮南矿业集团潘一矿安徽淮南232082 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

为实现远距离下保护层1252（1）工作面安全高效回采,基于深井煤层群强突煤层的特点,分析了工作面本煤层及被保护层瓦斯涌出情况,提出了1252（1）工作面＂一面五巷、沿空留巷、Y型通风、地面钻井＂的瓦斯治理模式,形成了井上下立体抽采格... 详细信息

为实现远距离下保护层1252（1）工作面安全高效回采,基于深井煤层群强突煤层的特点,分析了工作面本煤层及被保护层瓦斯涌出情况,提出了1252（1）工作面＂一面五巷、沿空留巷、Y型通风、地面钻井＂的瓦斯治理模式,形成了井上下立体抽采格局,考察了1252（1）工作面回采瓦斯抽采效果及瓦斯涌出积聚状况。考察结果表明：工作面绝对瓦斯涌出量为120~130m3/min,抽采率达到91%,浓度大于30%的高浓瓦斯抽采量占瓦斯抽采总量的85%,回风流瓦斯浓度0.3%~0.4%,实现了煤与瓦斯共采。

关键词：强突煤层一面五巷沿空留巷 Y型通风瓦斯抽采

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预应力锚杆加长锚固应力分布规律分析

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煤矿安全 2016年第1期47卷 212-215页

作者：何富连施伟武精科中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

针对预应力锚杆在实际应用中存在的锚固问题,依据黏结式锚杆锚固力弹性解的理论基础,采用MATLAB数值软件对加长锚固锚杆剪应力和轴力分布规律进行了系统研究。结果表明:在预应力作用下锚杆锚固段内存在塑性与弹性变形区;通过提高锚杆材... 详细信息

针对预应力锚杆在实际应用中存在的锚固问题,依据黏结式锚杆锚固力弹性解的理论基础,采用MATLAB数值软件对加长锚固锚杆剪应力和轴力分布规律进行了系统研究。结果表明:在预应力作用下锚杆锚固段内存在塑性与弹性变形区;通过提高锚杆材料的刚度或增大杆体半径,可有效的扩大其应力分布范围并降低应力峰值;此外在对锚固段长度与锚固破坏形式研究的基础上,揭示了锚杆支护破坏机理并提出一些符合现场应用的改进措施。

关键词：预应力锚杆应力分布塑性区弹性区数值模拟巷道支护

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深井沿空留巷非对称破坏机制与控制技术研究

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采矿与安全工程学报 2017年第4期34卷 739-747页

作者：武精科阚甲广谢生荣谢福星赵勇强中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

针对深井沿空留巷围岩非对称变形与控制难题,综合现场调研、理论分析、数值模拟及实测方法,探析围岩矿压显现几何形态、严重程度及动态演化过程,阐明深井沿空留巷围岩不对称变形破坏机制,并提出围岩结构分级分区耦合支护关键技术。结果... 详细信息

针对深井沿空留巷围岩非对称变形与控制难题,综合现场调研、理论分析、数值模拟及实测方法,探析围岩矿压显现几何形态、严重程度及动态演化过程,阐明深井沿空留巷围岩不对称变形破坏机制,并提出围岩结构分级分区耦合支护关键技术。结果表明:1)围岩剪切塑性破坏区和拉伸塑性破坏区主要分布于采空区边缘直接顶、实体煤帮和底板中,分布范围大且不均匀;2)关键部位(充填区域顶板)碎裂引发围岩各区域支护体被逐个击溃,依次是充填体偏心受载压裂、巷内顶板倾斜下沉、片帮外鼓和严重底鼓;3)煤岩层成岩性差且分布不均衡、不对称围岩结构的非耦合支护及其在强采动高应力状态下碎裂扩容、长期蠕变是围岩非对称变形的主因;4)将留巷围岩划分为4级9个支护分区,并具体分析各分区支护体力学效应及其保持围岩稳定性方面的作用,研究成果应用于深部沿空留巷并取得良好效果。

关键词：深井沿空留巷非对称变形耦合支护

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深井高瓦斯碎裂软岩底抽巷围岩控制技术

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煤矿安全 2018年第9期49卷 118-121页

作者：何富连赵勇强武精科中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

以某矿高瓦斯工作面碎裂软岩底抽巷为研究对象,通过理论分析、现场调研及实测等方法,分析了底抽巷围岩支护结构破坏特征、破坏演化过程及其稳定性因素,对其围岩控制技术进行了深入系统研究。结果表明:底抽巷破坏的主要原因是其围岩强度... 详细信息

以某矿高瓦斯工作面碎裂软岩底抽巷为研究对象,通过理论分析、现场调研及实测等方法,分析了底抽巷围岩支护结构破坏特征、破坏演化过程及其稳定性因素,对其围岩控制技术进行了深入系统研究。结果表明:底抽巷破坏的主要原因是其围岩强度低、软化吸水膨胀及其在强采动、高应力状态下的长期扩容变形;现场围岩变形观测和钻孔窥视发现围岩整体变形严重并呈明显不对称状态,尤其是采动一侧顶板和帮部。针对性地提出"多支护结构体"围岩控制系统并应用于工程现场,取得了良好效果。

关键词：深井高瓦斯工作面底抽巷围岩控制稳定性多支护结构体

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强采动大断面沿空煤巷围岩非对称控制研究

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采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 999-1007页

作者：谢福星何富连殷帅峰武精科张广超中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 华北科技学院安全工程学院北京101601

针对剧烈采动下大断面沿空煤巷围岩破坏突出的难题,以王家岭矿20321沿空煤巷为研究对象,综合钻孔窥视监测、结构力学分析、数值模拟研究以及现场工业性试验等方法,探究大断面沿空煤巷采动影响下非对称矿压显现的规律。结果表明:典型沿... 详细信息

针对剧烈采动下大断面沿空煤巷围岩破坏突出的难题,以王家岭矿20321沿空煤巷为研究对象,综合钻孔窥视监测、结构力学分析、数值模拟研究以及现场工业性试验等方法,探究大断面沿空煤巷采动影响下非对称矿压显现的规律。结果表明:典型沿空煤巷围岩破坏具有明显的不对称性,顶板结构不对称是围岩非对称破坏的直接诱因;实测基本顶断裂位置始于巷道上方距煤柱1.1 m处,并斜向采空侧延伸;沿空煤巷围岩收敛呈斜"一"字形,沿空煤巷两侧载荷的差异性,促使巷道围岩呈不对称破坏发展趋势。提出高预应力锚杆索桁架非对称控制技术,有效控制了典型沿空煤巷围岩变形,丰富了大断面沿空煤巷围岩控制理论及实践经验。

关键词：沿空煤巷钻孔窥视基本顶断裂数值模拟非对称控制

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地应力与瓦斯压力环境下原煤变形及渗流规律研究

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地下空间与工程学报 2024年第6期20卷 1854-1866页

作者：杨玉顺张东明张继华武精科淮阴工学院建筑工程学院江苏淮安223001 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 苏州城市学院智能建造与智慧交通学院江苏苏州215104

地应力与瓦斯压力耦合环境是引起煤与瓦斯突出等灾害的重要因素之一,结合杉木树煤矿2+3#煤层所处地应力及瓦斯压力地质条件,开展地应力与瓦斯压力耦合环境下原煤的变形及渗流特性室内试验。结果表明:在瓦斯压力-地应力环境下,增轴压过... 详细信息

地应力与瓦斯压力耦合环境是引起煤与瓦斯突出等灾害的重要因素之一,结合杉木树煤矿2+3#煤层所处地应力及瓦斯压力地质条件,开展地应力与瓦斯压力耦合环境下原煤的变形及渗流特性室内试验。结果表明:在瓦斯压力-地应力环境下,增轴压过程中煤样轴向应变、径向应变与偏应力均呈线性关系,煤样泊松比随偏应力的增大满足二次函数增大,煤样渗透率与偏应力均满足ExpDec1函数;增围压过程中煤样轴向应变、径向应变与偏应力均满足线性关系,煤样泊松比随偏应力的降低呈ExpDec1函数增大,煤样渗透率与偏应力均满足ExpDec1函数;同时,增轴压和卸围压过程中煤样轴向应变与偏应力满足线性关系,径向应变与偏应力均满足二次函数关系,煤样泊松比随偏应力的增大呈ExpDec1函数降低,煤样弹性模量随偏应力的增大呈ExpDec1函数增大;随后的加卸载过程直至破坏后出现残余强度前煤样渗透率几乎为零,煤样出现残余强度后渗透率迅速增大。

关键词：地应力瓦斯压力耦合原煤变形参数渗流规律

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高压细水雾灭火系统在古建筑消防设计中的应用探讨

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给水排水 2021年第7期47卷 89-92,101页

作者：余平伟杨婉清吴晶珂张峰郑州大学水利科学与工程学院郑州450001 郑州大学综合设计研究院有限公司郑州450002 河南省海雾消防技术有限公司郑州450001

古建筑设置恰当的消防灭火设施,可以有效降低火灾的风险和损失,保护我国的历史文化遗产,同时提高古建筑对外开放的安全性。通过济源市济渎庙消防改造设计工程的介绍,阐述设置高压细水雾灭火系统的优越性,并结合工程实例说明该系统的设... 详细信息

古建筑设置恰当的消防灭火设施,可以有效降低火灾的风险和损失,保护我国的历史文化遗产,同时提高古建筑对外开放的安全性。通过济源市济渎庙消防改造设计工程的介绍,阐述设置高压细水雾灭火系统的优越性,并结合工程实例说明该系统的设计要点。

关键词：古建筑火灾高压细水雾灭火系统喷雾强度设计流量

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