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边帮煤开采覆岩运移诱发边坡失稳滑移机理及其控制研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：李俊鹏王文才王创业吴祥业山西工学院能源产业学院内蒙古科技大学矿业与煤炭学院

露天开采因多因素限制，会形成大量边帮滞留煤，随内排和复垦结束，这些滞留资源会永久损失，造成极大浪费，为降低资源浪费，井工开采被广泛使用，但因边坡存在典型变形破坏和失稳滑移特性，给边帮煤井工开采带来极大安全隐患，严重制... 详细信息

露天开采因多因素限制，会形成大量边帮滞留煤，随内排和复垦结束，这些滞留资源会永久损失，造成极大浪费，为降低资源浪费，井工开采被广泛使用，但因边坡存在典型变形破坏和失稳滑移特性，给边帮煤井工开采带来极大安全隐患，严重制约着资源回收。因此，厘清井采扰动下采动边坡失稳滑移机理及其控制机制，切实保障边坡稳定性，成为岩土及采矿工程界共同面临的一项重要课题。鉴于此，本文综合运用物理和数值模拟、力学分析等多种手段对边帮煤井工开采下采场覆岩运移规律、采动边坡变形破坏特征、失稳滑移机理及其控制机制进行了研究。取得如下创新成果：建立了边帮煤井工开采双煤层采动物理和数值模型，揭示了采动边坡“横三区”破坏形态的演变规律、形成机制及与采动坡体耦合破坏和失稳滑移之间的关系，明确了下煤层开采易造成坡体形成“圆弧形”滑面、剪切滑移带和局部失稳滑移现象，获得了采动边坡台阶塌陷和张拉、剪切裂缝共存的破坏特征；建立了边帮煤井工开采采动边坡“砌体梁”力学模型，揭示了“砌体梁”动态演化规律及关键岩块B的旋转机制与采动边坡失稳滑移之间的关系，获得了造成采动边坡发生失稳滑移的主要原因是“砌体梁”结构的重复运动、“横三区”结构不断前移及关键岩块B回转失稳形成水平推力的共同作用及“采空塌动-顺层蠕滑-边坡失稳”的滑移机理；提出了从控制“砌体梁”关键岩块B回转的采动边坡失稳滑移控制方法，并进行了分析，得出了采用回填压脚控制方法在遏制水平推力传递的基础上，能有效改变铰接岩块的断裂度，抑制关键岩块B的回转，达到采动边坡失稳滑移的有效控制，基于此进行了工程应用和验证，形成了采动边坡的稳定控制体系，为实现边帮煤安全、高效回收提供保障。

关键词：边帮煤覆岩运移采动边坡砌体梁回填压脚

边帮煤井工开采边坡变形失稳规律及控制技术研究

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安全与环境学报 2024年第6期24卷 2157-2172页

作者：李俊鹏王文才王创业陈世江山西工学院能源产业学院山西朔州036000 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

从边帮煤井工开采覆岩运移、边坡变形破坏、失稳滑移及控制角度出发,综合运用力学分析、物理模拟、数值模拟及现场工业性实测和应用等手段,对采动边坡变形破坏特征和失稳滑移规律等内容开展了系统研究,提出了针对关键岩块B回转的边坡失... 详细信息

从边帮煤井工开采覆岩运移、边坡变形破坏、失稳滑移及控制角度出发,综合运用力学分析、物理模拟、数值模拟及现场工业性实测和应用等手段,对采动边坡变形破坏特征和失稳滑移规律等内容开展了系统研究,提出了针对关键岩块B回转的边坡失稳滑移控制技术。结果表明:采动边坡变形破坏经历了表生改造、结构改造和时效变形3个阶段,呈“横三区”和“竖二带”分布,1 360和1 400平盘移动趋势指向露天矿坑,且存在剪切滑移带生成,在关键岩块B回转形成水平推力作用下采动边坡1 360平盘局部发生失稳滑移;基于此,提出了控制关键岩块B回转的逆坡开采局部充填和回填压脚两种边帮煤安全、高效回收技术,并对其进行了对比分析,得出两种控制技术均能有效降低边坡内部覆岩的变形破坏程度、改变1 360平盘的移动方向及抑制剪切滑移带的生成,但回填压脚的控制效果要优于逆坡开采局部充填,基于此进行了工程应用和验证。

关键词：安全工程边帮煤覆岩运移横三区回填压脚局部充填

不同井采方向边帮煤开采边坡稳定性及控制措施

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煤矿安全 2022年第11期53卷 236-243页

作者：王文才李俊鹏王创业陈世江李仕璋内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 山东鲁碧建材有限公司山东济南271103

边帮煤回采过程中边坡岩体会经历复杂的力学衍变过程,涉及原岩应力变化、变形破坏区扩展、边坡稳定性等问题;因此,选择合适的回采方向和有效的控制措施对于边帮煤回采边坡稳定性至关重要。提出采用顺坡和逆坡对边帮煤进行回采,在回采的... 详细信息

边帮煤回采过程中边坡岩体会经历复杂的力学衍变过程,涉及原岩应力变化、变形破坏区扩展、边坡稳定性等问题;因此,选择合适的回采方向和有效的控制措施对于边帮煤回采边坡稳定性至关重要。提出采用顺坡和逆坡对边帮煤进行回采,在回采的基础上提出回填压脚和逆坡回采局部充填2种方案对边坡稳定性进行控制。研究结果表明:边帮煤回采边坡变形破坏及稳定性与回采方向有关,顺坡回采采场岩体破坏区发育强度和深度比逆坡回采弱,整体稳定性较好,逆坡回采边坡稳定性会发生衰减致使平盘存在剪切失稳现象,且回采工作面长度小于顺坡回采,因此顺坡优于逆坡回采;根据顺坡和逆坡2种回采方案边坡变形破坏区发育及稳定性状况提出回填压脚和逆坡回采局部充填方案对边坡稳定性进行控制,回填压脚可以改变边坡原有结构形态,使边坡内部岩体运移状况得到缓解,达到控制破坏区发育的目的,逆坡回采局部充填,可以对边坡内部变形破坏的岩体形成有效支撑,达到遏制破坏区扩展的效果,减缓边坡平盘因工作面回采所造成的破坏,直至达到控制边坡稳定性的效果。

关键词：边帮煤破坏区顺坡逆坡回填压脚局部充填边坡稳定性

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金欧露天煤矿薄煤层边帮煤开采技术

露天采矿技术 2020年第2期35卷 92-95页

作者：曾祥玉中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司辽宁沈阳110015

为解决露天煤矿压覆资源浪费严重问题,以内蒙古金欧露天煤矿为例,研究了薄煤层露天煤矿边帮煤开采技术,该技术无需单独剥离或基建,而是直接在露天煤矿采场的边帮出露煤层布置边帮开采设备开采原煤,可对露天煤矿的边帮压煤进行有效开采... 详细信息

为解决露天煤矿压覆资源浪费严重问题,以内蒙古金欧露天煤矿为例,研究了薄煤层露天煤矿边帮煤开采技术,该技术无需单独剥离或基建,而是直接在露天煤矿采场的边帮出露煤层布置边帮开采设备开采原煤,可对露天煤矿的边帮压煤进行有效开采。研究结果表明边帮煤开采具有整体回收率高、成本低、安全性好、适应性强等特点。

关键词：边帮煤薄煤层开采方式开采顺序连续开采跳跃开采

边帮压煤井工开采诱发边坡变形破坏及失稳控制研究

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煤炭技术 2024年第11期43卷 140-146页

作者：李俊鹏王文才王创业山西工学院能源工程学院山西朔州036000 内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010

露天开采因开采技术和地质条件限制会形成大量边帮滞留煤,造成资源极大浪费。基于此,提出采用井工开采方式对边帮滞留煤进行回收,但开采中易造成采动边坡发生变形失稳现象,影响矿山安全生产。为此,采用物理、数值模拟及工程监测等手段,... 详细信息

露天开采因开采技术和地质条件限制会形成大量边帮滞留煤,造成资源极大浪费。基于此,提出采用井工开采方式对边帮滞留煤进行回收,但开采中易造成采动边坡发生变形失稳现象,影响矿山安全生产。为此,采用物理、数值模拟及工程监测等手段,对边帮煤井工开采边坡变形失稳及其控制方法进行分析,揭示了边帮煤井工开采采动边坡变形演化规律,及“横三区”和“竖二带”的形成机制,明确了边坡内部覆岩由初期“梁形”结构到末期“金字塔”结构的演变过程,及“横三区”和“竖二带”的分布形态,获得了对矿山安全生产存在影响的是1 360和1 400平盘,局部存在崩塌和滑移现象,提出了采用“回填压脚”对采动边坡变形破坏进行控制的思想,并通过数值模拟进行了分析,得出了此方法均能达到对采动边坡变形失稳的有效控制,基于此进行了工程应用和验证。

关键词：边帮煤 “横三区” “竖二带” “回填压脚”

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基于不同开采方向的边坡稳定性对比分析

煤矿安全 2019年第1期50卷 234-237页

作者：赵志云白浩赵冉吕梁学院山西吕梁033000 内蒙古科技大学内蒙古包头014010

以安太堡露天矿边帮煤的回收来对不同采掘方向下边坡的稳定性进行分析对比,来确定最佳的开采方向,研究手段通过相似模拟实验来进行。结果表明:顺坡开采下,初次来压步距为步距45 cm(90 m),逆坡开采初次来压步距为来压步距40 cm(80 m);当... 详细信息

以安太堡露天矿边帮煤的回收来对不同采掘方向下边坡的稳定性进行分析对比,来确定最佳的开采方向,研究手段通过相似模拟实验来进行。结果表明:顺坡开采下,初次来压步距为步距45 cm(90 m),逆坡开采初次来压步距为来压步距40 cm(80 m);当采掘终止之后,顺坡最终工作面采掘长度280 cm(580 m),逆坡工作面最终采掘长度265 cm(530 m),顺坡开采对于煤炭回收率和坡体稳定性明显优于逆坡开采;采掘终止之后,顺坡最大水平位移和垂直位移为0.93 cm(1.86 m)和2.36 cm(4.72 m),逆坡最大水平和垂直位移为1.01 cm(2.02 m)和4.43 cm(8.86 m)。

关键词：边帮煤逆坡开采顺坡开采边坡稳定性初次来压