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深部大采高双关键层工作面矿压规律研究

能源技术与管理 2024年第4期49卷 158-162页

作者：焦伟尚楠马江鹏余涛涛亢晓涛马培瑞陕西彬长文家坡矿业有限公司陕西咸阳712000

为探讨双关键层在开采过程中变为单关键层对矿震活动和矿压的影响,以陕西省彬州市文家坡矿井4106工作面为背景进行研究,通过理论分析和数据研究发现,4106工作面上关键层的变化导致了矿震活动的明显增加,对矿井安全生产带来了严重威胁。... 详细信息

为探讨双关键层在开采过程中变为单关键层对矿震活动和矿压的影响,以陕西省彬州市文家坡矿井4106工作面为背景进行研究,通过理论分析和数据研究发现,4106工作面上关键层的变化导致了矿震活动的明显增加,对矿井安全生产带来了严重威胁。经过对矿震分布、能量频次和能量分布分析后,采取了顶板钻孔爆破方法,成功降低了矿震活动,显著减少了矿震危险性。现场实践验证了这一方法的有效性,保障了工作面顶板的安全,为类似条件下的矿山提供了一定的参考。

关键词：双关键层钻孔爆破冲击地压矿压规律

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双关键层跨煤组远程卸压增透效应试验研究

中国矿业大学学报 2020年第2期49卷 238-246页

作者：何祥杨科袁亮张村张通中国矿业大学(北京)能源与矿业学院共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 安徽理工大学能源与安全学院.深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

以潘二煤矿11223工作面远程卸压4^#煤为研究背景,采用物理模拟、FLAC^3D流固耦合模拟及现场工程实测相结合的方法,对远程被保护层4^#煤卸压增透区分布特征及关键层破断影响卸压瓦斯抽采效果机制进行分析.结果表明:1)卸压瓦斯抽采量极值... 详细信息

以潘二煤矿11223工作面远程卸压4^#煤为研究背景,采用物理模拟、FLAC^3D流固耦合模拟及现场工程实测相结合的方法,对远程被保护层4^#煤卸压增透区分布特征及关键层破断影响卸压瓦斯抽采效果机制进行分析.结果表明:1)卸压瓦斯抽采量极值点间距与上位关键层周期断裂步距吻合,而下位关键层破断对卸压瓦斯抽采没有直接影响,上位关键层周期断裂步距对远程卸压瓦斯抽采峰位具有一定预测作用;2)经压实变形后,被保护层膨胀变形和渗透率在煤层倾斜方向呈双峰形态,其量值为在中下部最大,中上部次之,中部最小;3)4^#煤实测膨胀变形达到1.26%,卸压瓦斯抽采率为69.59%,煤层渗透率扩大2149倍,证明该工程地质条件下3^#煤远程卸压4^#煤具有可行性.

关键词：双关键层远程卸压周期断裂步距膨胀变形渗透率

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近浅埋煤层双关键层工作面支架阻力确定

新疆大学学报（自然科学版）（中英文） 2021年第6期38卷 715-721页

作者：李国栋曹启正宋帅帅新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830047 矿产资源生态环境保护性开采自治区教育厅普通本科高校重点实验室新疆乌鲁木齐830047 菏泽市应急管理局山东菏泽274300

针对近浅埋煤层双关键层破断呈现大、小周期来压现象,本文以陕北榆神府矿区某矿井42111综采工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测相结合的方法,研究了近浅埋煤层综采工作面顶板破断特征及矿压显现规律,现场矿压观测结果显示42111工... 详细信息

针对近浅埋煤层双关键层破断呈现大、小周期来压现象,本文以陕北榆神府矿区某矿井42111综采工作面为工程背景,采用理论分析和现场实测相结合的方法,研究了近浅埋煤层综采工作面顶板破断特征及矿压显现规律,现场矿压观测结果显示42111工作面顶板存在上、下两层关键层,双关键层破断后形成“双砌体梁”结构,其来压具有显著的大、小周期现象;通过建立顶板来压“支架围岩”相互作用力学模型,计算得到“双砌体梁”结构大周期来压时支架阻力不应小于10241.09 kN,现场所选的ZY12000/20/40D型掩护式液压支架额定支护阻力为12000 kN>10241.09 kN,满足设计要求.42111工作面支架阻力现场实测表明:支架阻力区间呈正态分布,均位于其额定阻力范围且富裕度较大,说明选择的液压支架型号、指标较为合理,支架对采场顶板的支撑作用较好,有效保障了工作面顶板安全.

关键词：近浅埋煤层双关键层 “砌体梁”结构支架阻力

浅埋煤层群开采顶板双关键层结构及支护阻力研究

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中国矿业大学学报 2019年第1期48卷 71-77,86页

作者：黄庆享赵萌烨黄克军西安科技大学能源学院陕西西安710054 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司陕西西安710065

采用现场实测、物理相似模拟和理论分析方法,分析了浅埋煤层群间隔岩层双关键层的形成条件、双关键层结构稳定性和支架载荷计算方法.基于对神府矿区4-2与5-2煤层开采的实测发现,浅埋煤层群较单一煤层开采周期来压步距缩短25%,来压强度增... 详细信息

采用现场实测、物理相似模拟和理论分析方法,分析了浅埋煤层群间隔岩层双关键层的形成条件、双关键层结构稳定性和支架载荷计算方法.基于对神府矿区4-2与5-2煤层开采的实测发现,浅埋煤层群较单一煤层开采周期来压步距缩短25%,来压强度增加15%～22%.物理相似模拟表明,间隔岩层存在双关键层结构时,直接顶以"短悬臂梁"形式周期破断,间隔岩层下位关键层与上位关键层分别形成铰接结构,上煤层已垮落的顶板形成活化的砌体梁结构.根据顶板结构组合形态,可将浅埋煤层群双关键结构分为"台阶-砌体-砌体"结构、"台阶-台阶-砌体"结构和"砌体-砌体-砌体"结构.双关键层结构同步与非同步破断运动形成大、小周期来压现象.通过建立的"台阶-砌体-砌体"结构力学模型,给出了动、静载荷作用下工作面支护阻力计算方法.

关键词：浅埋煤层群双关键层顶板结构支护阻力

近浅埋煤层双关键层结构对工作面来压影响研究

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山东煤炭科技 2015年第1期33卷 17-19,21页

作者：杨利刚张刚洲孙中光国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿内蒙古鄂尔多斯017209 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

该文针对鄂尔多斯地区典型近浅埋煤层的实际地质情况,在"关键层"理论的基础上,对近浅埋煤层大采高工作面矿压规律及采场上覆岩层运动特征进行了研究。研究发现:主、亚关键层在不同的破断距和破断形式的相互作用直接导致采场周期来压步... 详细信息

该文针对鄂尔多斯地区典型近浅埋煤层的实际地质情况,在"关键层"理论的基础上,对近浅埋煤层大采高工作面矿压规律及采场上覆岩层运动特征进行了研究。研究发现:主、亚关键层在不同的破断距和破断形式的相互作用直接导致采场周期来压步距和来压强度均呈现非均匀性周期变化,并通过关键层破断对采场来压影响分级和现场实测等方法对理论分析结果进行了验证。论文对近浅埋煤层长壁开采的特殊来压规律进行合理解释,为现场工作面安全生产提供理论依据。

关键词：近浅埋煤层矿压显现规律双关键层覆岩破断

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近浅埋煤层长壁工作面顶板来压机理研究

近浅埋煤层长壁工作面顶板来压机理研究

作者：曹明西安科技大学

学位级别：硕士

近年来我国对榆神府矿区典型浅埋工作面进行了比较深入的研究，得出了其矿压显现规律和顶板来压机理。然而，对基岩较厚、上覆双关键层的近浅埋煤层长壁工作面矿压显现规律和顶板来压机理研究很少，仍缺乏完整和统一的认识。因此，研究... 详细信息

近年来我国对榆神府矿区典型浅埋工作面进行了比较深入的研究，得出了其矿压显现规律和顶板来压机理。然而，对基岩较厚、上覆双关键层的近浅埋煤层长壁工作面矿压显现规律和顶板来压机理研究很少，仍缺乏完整和统一的认识。因此，研究并揭示近浅埋长壁工作面的矿压显现规律和顶板来压机理对今后榆神府矿区近浅埋工作面的科学开采具有重要指导意义。本文以导师承担的教育部留学回国人员科研启动基金项目“浅埋煤层保水开采基础研究”为依托，以榆树湾煤矿20102近浅埋长壁工作面和海湾煤矿3号井2-2上近浅埋工作面为例进行研究。首先，对榆神府矿区近浅埋煤层的地质特征进行了分析。通过现场实测和相似模拟研究，得出了近浅埋长壁开采的特殊矿压显现规律。通过相似模拟和数值模拟研究，以岩层控制的关键层理论为基础，得出上覆基岩主、亚双关键层的破断运动规律。最后，通过理论分析和建立模型，揭示了近浅埋煤层长壁开采的顶板来压机理。研究表明，榆神府矿区赋存有大量的近浅埋煤层，主要表现为厚基岩，上覆双关键层结构。近浅埋工作面仍然存在明显的初次来压和周期来压，来压期间支架动载明显，无明显台阶下沉，来压步距及强度一般呈现非均匀性大小周期变化。相似模拟和数值模拟得出主关键层的破断导致下位亚关键层与之同步破断，主关键层初次破断和周期破断往往形成大来压，来压显现强烈，亚关键层初次破断和周期破断往往形成小来压，两组关键层的非均匀性大小周期破断是造成近浅埋工作面特殊矿压规律的根本原因。通过复合效应判别，两个近浅埋工作面上覆双关键层均会产生复合效应。通过来压影响程度判别，两个近浅埋工作面上覆主亚双关键层破断均会对来压产生显著影响。理论分析和模型计算得出近浅埋长壁工作面来压步距及强度一般呈现非均匀性大小周期变化，从而对近浅埋煤层长壁开采的特殊来压规律进行合理解释，为近浅埋工作面顶板控制提供理论依据。

关键词：近浅埋煤层双关键层矿压规律复合效应矿压模型

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近浅埋煤层综采工作面矿压显现规律实测研究

河南科技 2018年第7期37卷 76-78页

作者：贺奎何青松中煤科工集团重庆研究院有限公司

本文针对鄂尔多斯地区典型近浅埋煤层的实际地质情况, 在现场矿压实测的基础上, 结合理论分析、数值模拟和现场实测研究方法, 对近浅埋煤层大采高工作面矿压规律进行研究.研究发现：该近浅埋煤层工作面上覆岩层中存在两个关键层, 这两... 详细信息

本文针对鄂尔多斯地区典型近浅埋煤层的实际地质情况, 在现场矿压实测的基础上, 结合理论分析、数值模拟和现场实测研究方法, 对近浅埋煤层大采高工作面矿压规律进行研究.研究发现：该近浅埋煤层工作面上覆岩层中存在两个关键层, 这两个关键层之间的相互作用对矿山压力显现起到关键作用.近浅埋采场来压历时较短且动载明显, 采场周期来压步距和来压强度均呈现非均匀性周期变化.

关键词：近浅埋煤层综采矿压显现数值模拟双关键层

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冯家塔煤矿综采面回撤技术研究与应用

冯家塔煤矿综采面回撤技术研究与应用

作者：梁明中国矿业大学

学位级别：硕士

冯家塔煤矿主采煤层属浅埋煤层,煤层顶板内存在双关键层结构,工作面大小周期来压现象明显,顶板台阶下沉严重。冯家塔煤矿现已完成12个综采工作面的回撤任务,但在多个工作面的回撤过程中发生冒顶压架事故,顶板最大下沉量可达1m,部分支架... 详细信息

冯家塔煤矿主采煤层属浅埋煤层,煤层顶板内存在双关键层结构,工作面大小周期来压现象明显,顶板台阶下沉严重。冯家塔煤矿现已完成12个综采工作面的回撤任务,但在多个工作面的回撤过程中发生冒顶压架事故,顶板最大下沉量可达1m,部分支架被完全压死,给回撤工作带来巨大困难。为顺利完成该矿综采工作面的顺利回撤,保证工作面快速接续,采用现场实测结合理论分析、数值模拟的研究方法,剖析覆岩运动与矿压显现规律,提出回撤通道支护方案,探究合理支护参数,讨论回撤工艺选择方法,对指导浅埋煤层末采工作面安全回撤具有参考意义。(1)末采矿压规律分析与让压技术的合理应用。通过现场实测的支架工作阻力曲线,判别分析大小周期来压步距,研究工作面推进速度均对来压步距产生影响;基于顶板周期来压规律,介绍停采让压技术的原理与应用条件,并对1209末采工作面是否应用停采让压技术进行合理判别。(2)让压、回撤期间支架的工作阻力研究。末采期间采场上覆载荷由煤壁—支护结构—支架—采空区系统协同支撑,支架是实现安全回撤的重要保证。分析了顶板内双关键层结构的运动破坏特征,建立停采让压、回撤期间顶板结构的力学模型,确定了支架应当提供的合理工作阻力,提出了回撤期间加强临时支护的方案。(3)回撤通道支护设计与设备回撤方案优化。基于安全撤架要求,确定回撤通道的合理尺寸。基于裂隙发育的时效性,优化工程类比法拟定的回撤方案,理论分析确定合理支护参数,并进行模拟验证。提出三种设备回撤方案,基于围岩内塑性区分布及顶板下沉曲线,确定优化支护设计配合双向回撤的围岩控制效果最好。(4)支护设计与回撤方案的现场实践应用。现场应用效果表明优化支护设计配合双向回撤方案围岩控制效果良好,可保证采面的正常接续,节约经济成本107万元,安全、高效、经济、优质的完成了回撤工作,可为神府矿区的其他矿井提供经验借鉴。该论文有图55幅,表8个,参考文献86篇。

关键词：浅埋煤层回撤通道双关键层快速支护双向回撤

曹家滩矿井特厚煤层沿空巷道强矿压显现机制及卸压控制研究

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岩石力学与工程学报 2023年第12期42卷 3120-3120页

作者：徐晓鼎中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008 吉林大学建设工程学院吉林长春130061

我国神榆矿区煤炭资源丰富,且煤层多以特厚煤层为主,特厚煤层在综放强采动过程中扰动大,矿压显现剧烈,巷道围岩变形严重。尤其是双采面采场沿空巷道在回采过程中受2次采动影响,在矿压叠加作用下巷道围岩变形机制更为复杂。为此,针对曹... 详细信息

我国神榆矿区煤炭资源丰富,且煤层多以特厚煤层为主,特厚煤层在综放强采动过程中扰动大,矿压显现剧烈,巷道围岩变形严重。尤其是双采面采场沿空巷道在回采过程中受2次采动影响,在矿压叠加作用下巷道围岩变形机制更为复杂。为此,针对曹家滩矿井特厚煤层强采动下回风巷道底鼓变形问题,通过现场调研、室内试验、理论分析、数值模拟和工程实践相结合的研究手段对全采场覆岩运移规律和巷道围岩变形控制展开系统研究,最终形成一套适用于特厚煤层切顶卸压护巷关键技术。主要研究成果如下:(1)基于关键层理论分析采场覆岩双关键层断裂特征,建立双关键层影响下采场横、纵向承压结构力学模型,细化横、纵向承压结构失稳状态,并求解各状态下系统失稳解析式,分析断裂角、关键块块度、内摩擦角等参数对系统稳定性的影响关系。同时,分析双关键层承压结构同时、非同时破断条件下动压显现规律,揭示采场强矿压显现机制。(2)基于弹性力学理论建立在非对称荷载下底板应力分布力学模型,分析底板应力随不同深度和水平位置的变化规律,揭示巷道非对称底鼓力学机制。运用滑移线理论和突变理论分别建立复合底板软、硬岩层的变形力学模型,而后结合能量耗散理论建立复合底板系统能量平衡方程,求解出硬岩突变失稳的充分、必要条件,揭示非对称荷载作用下的复合底板协同非对称变形机制。(3)基于拉杆断裂理论并考虑岩石微元Weibull分布建立双孔聚能爆破损伤力学模型,分析损伤度与聚能系数、爆心距的相关性,结果显示双孔间距、损伤度与聚能系数、炸药直径均呈正相关关系,而损伤度与爆心距呈负相关关系。同时,运用LS-DYNA数值分析非聚能爆破与聚能爆破条件下的裂隙扩展特征,分析有效应力、质点振动速度的衰减规律,揭示聚能爆破裂隙定向扩展力学机制。(4)基于双采场压力分布特征,分析聚能爆破切顶采场横、纵向卸压机制,并利用3DEC软件进行验证,同时,分析不同切顶参数下卸压效果,结果显示在工作面方向切顶,可到巷帮双向的卸压效果;切顶角度主要影响短悬臂结构的承载力,较大的切顶角度更有利于顶板的迅速垮落,卸压效果更好;关键层是矿压传递的主要岩层,当切顶长度未打断关键层前,随着切顶长度增加,端头区应力降低幅度也越大,但切断关键层后,该正相关效应变得不明显。同时,切顶长度影响矸石的碎胀充填率,合理利用矸石的碎胀特性是采场矿压控制的关键。(5)基于理论分析、数值计算结果优化切顶关键参数,设计4种试验方案,并在现场开展切顶卸压工程应用,监测结果显示采场存在大、小周期来压,验证理论、数值分析的合理性。切顶后矿压变化结果显示切顶对工作面远端处矿压影响较小,而对近端回风巷道端头有明显的卸压作用;卸压后的支架压力、来压步距及煤体应力集中系数明显减小;而增加加强爆破孔和减小NPR锚索支护密度有利于切顶后采空区的顶板的垮落,对卸压效果和底鼓治理更有利。在最优切顶试验方案下煤体应力降低50%~55%,底鼓量平均降低66.7%~90%,该技术实施达到卸压兼治底鼓的目的。

关键词：采矿工程特厚煤层双关键层切顶卸压聚能爆破复合底板非对称底鼓突变理论