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冲击地压矿井充填工作面超前采动应力对充填体充实率的反馈机制

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煤炭学报 2024年第4期49卷 1804-1818页

作者：王兆会陈明振李强王伟李增强徐德生郑晓晨孙少龙吴传平郭心洋安君琦中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 济宁市能源局山东济宁272000 兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司山东济南250117 山东东山古城煤矿有限公司山东济宁272000 冀中能源峰峰集团有限公司梧桐庄矿河北邯郸056011

高应力是深部矿井冲击地压灾变频率走高的主要原因,充填开采则是控制岩层运动,缓解采动应力集中程度,降低围岩破坏和冲击风险的有效手段。为研究采空区充填体对超前采动应力的控制能力,以山东古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理... 详细信息

高应力是深部矿井冲击地压灾变频率走高的主要原因,充填开采则是控制岩层运动,缓解采动应力集中程度,降低围岩破坏和冲击风险的有效手段。为研究采空区充填体对超前采动应力的控制能力,以山东古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理论分析、室内试验、现场实测手段探究充填开采工作面采动应力分布规律,揭示超前采动应力对充填体充实率的反馈机制,指导冲击地压矿井充实率确定。结果表明:工作面开采初期充填体充实率低于80%,坚硬顶板下沉量大,超前采动影响范围大于30 m,应力集中系数达到1.5,断层影响区采动应力影响范围和集中系数分别增至60 m和1.65,片帮冒顶等围岩失稳现象增多;实测了采空区充填体承载应力全程动态演化特征,承载应力分布曲线划分为“快速降低—短暂稳定—快速升高—缓慢降低—二次稳定”5个阶段,低充实率条件下采空区上、中、下3个区域承载应力稳定值分别为1.9、5.2、2.8 MPa;将采空区充填体划分为非充分压实区和充分压实区,构建了充填体支撑作用下坚硬顶板连续沉降模型,得到了坚硬顶板“ʅ”型沉降曲线,非充分压实区范围随充实率近似呈线性减小;试验得到充填体弹性模量和单轴抗压强度随凝固时间的演化曲线,结合顶板沉降曲线和推进速度得到工作面前后采动应力全区域分布曲线;建立了超前采动应力集中程度与充填体承载能力的负指数函数关系,揭示了超前采动应力对充填体充实率的负向反馈机制,实现充填开采降载防冲效果的定量评价;提出了充填体充实率“三位一体”协同提升措施,将1123工作面充实率升高至90%,增强了充填体承载能力,超前采动应力集中系数降至1.3,厚顶煤膨胀变形量减少至50 mm,坚硬顶板破断致冲风险显著降低。

关键词：冲击地压充填开采坚硬顶板采动应力反馈机制

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金谷煤矿充水因素分析评价及涌水量预测

煤炭与化工 2024年第10期47卷 86-88,93页

作者：赵晓龙河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000

本文对山西古县金谷煤业有限公司的地质与水文地质条件进行分析研究,查明矿井主要充水因素,包括大气降水及地表水、含水层水、采空区积水等。通过现场实测和数据分析,确定了各含水层的水文特征及其与矿井充水的关系,计算了垮落带和导水... 详细信息

本文对山西古县金谷煤业有限公司的地质与水文地质条件进行分析研究,查明矿井主要充水因素,包括大气降水及地表水、含水层水、采空区积水等。通过现场实测和数据分析,确定了各含水层的水文特征及其与矿井充水的关系,计算了垮落带和导水裂隙带高度以及奥灰水突水系数。在此基础上,采用面积比拟法对矿井涌水量进行了预测,得出矿井正常涌水量为54.58 m^(3)/h,最大涌水量为81.87 m^(3)/h。这一研究为金谷煤业矿井水害防治提供了科学依据,有助于提高矿井的安全生产水平,对于类似地质条件下的煤矿充水因素评价与涌水量预测具有重要的参考价值。

关键词：煤矿充水因素涌水量预测地质水文数据垮落带高度导水裂隙带高度

地面定向钻进技术在陷落柱探查治理中的研究与应用

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煤炭与化工 2024年第10期47卷 76-79,102页

作者：郝孟杰河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000

针对郭二庄矿一坑采区北翼区域潜在导含水陷落柱,避免因探查不清、处理不当、盲目揭露等对煤矿巷道掘进造成水害威胁,影响安全生产的问题,利用地面定向钻探超前探查技术,设计多个水平分支孔,通过对施工过程中钻孔钻井液消耗、岩屑特性... 详细信息

针对郭二庄矿一坑采区北翼区域潜在导含水陷落柱,避免因探查不清、处理不当、盲目揭露等对煤矿巷道掘进造成水害威胁,影响安全生产的问题,利用地面定向钻探超前探查技术,设计多个水平分支孔,通过对施工过程中钻孔钻井液消耗、岩屑特性和自然伽马测井数据的综合分析,揭示了陷1、陷2和陷7陷落柱的赋存情况,并对陷1和陷7陷落柱的发育位置和边界范围进行了调整,利用注浆加固改造,对含水层导水通道进行封堵,加固了煤层底板薄弱地段,降低导水陷落柱的突水风险。结果表明,该技术的应用实现了郭二庄矿一坑采区的安全开采,为类似地面区域探查治理提供了经验,具有良好的推广价值和应用前景。

关键词：陷落柱超前探查定向钻进工程应用

煤矿不等长工作面微震事件空间分布特征及其影响因素

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煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 128-136页

作者：周金艳杨洪增高杰涛河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000 矿井水害探测与防控国家矿山安全监察局重点实验室河北邢台054000 河北省矿井微震重点实验室河北邢台054000 国家能源充填采煤技术重点实验室河北邢台054000 河北充填采矿技术有限公司河北邢台054000

【目的】煤矿工作面倾斜长度变化或者调采是增大工作面突水风险的重要因素之一,探究不等长布置方式给工作面回采带来的危险及影响因素,是深化煤矿水害防治研究、保障工作面安全回采的关键问题之一。【方法】以冀中能源峰峰集团九龙煤矿1... 详细信息

【目的】煤矿工作面倾斜长度变化或者调采是增大工作面突水风险的重要因素之一,探究不等长布置方式给工作面回采带来的危险及影响因素,是深化煤矿水害防治研究、保障工作面安全回采的关键问题之一。【方法】以冀中能源峰峰集团九龙煤矿15240工作面为工程背景,依据大量微震监测数据,基于STA/LTA模型识别微震事件并进行可视化输出,依据频次变化、平面分布范围、垂向分布特征等多维信息,深入分析了不同阶段的微震活动性和空间分布特点。【结果和结论】结果表明:不等长工作面回采过程中,微震事件呈现显著的时空分布阶段性特征。窄面阶段,处于采动初期,微震主要集中于宽面端附近前阶段窄面区域边缘;宽面阶段,处于采动中期,微震活动向后方宽面区域内部蔓延;进入斜面阶段后,微震则集中分布于巷道转弯处及物探异常区附近。由窄变宽区域、调采区域,呈现底板事件活动性增强、扰动深度增大的特点,是加强水文地质观测的重点区域。回采扰动与上覆煤层抬升引起的应力重新分布、巷道围岩卸压失稳,以及两者的耦合作用是导致不同阶段微震事件产生和分布差异的根本原因。研究揭示了不等长工作面回采引发微震活动的基本规律,为类似工作面矿压监测、底板破坏深度、微震监测水害动态预警等提供了新的理论指导和数据支持,为增强煤矿安全生产能力提供重要的技术支撑。

关键词：微震监测空间分布特征倾斜长度变化采动影响

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深部岩巷钻孔卸压支护技术研究与应用

煤炭与化工 2024年第2期47卷 25-28页

作者：杜龙龙河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000 河北省矿井微震重点实验室河北邢台054000

东庞矿11采区轨道巷位于2号煤层底板,巷道变形严重,经历多次整修,维护成本高。为控制巷道变形,开展了深部岩巷支护技术的研究。现场调研表明,11采区轨道巷变形大,锚杆索等支护体损坏严重。对巷道砂岩进行力学参数测试,其单轴抗压强度为2... 详细信息

东庞矿11采区轨道巷位于2号煤层底板,巷道变形严重,经历多次整修,维护成本高。为控制巷道变形,开展了深部岩巷支护技术的研究。现场调研表明,11采区轨道巷变形大,锚杆索等支护体损坏严重。对巷道砂岩进行力学参数测试,其单轴抗压强度为23.7 MPa。围岩强度低、2号煤工作面的回采以及支护参数不合理等是造成巷道变形大的主要原因。分析表明,在煤岩体中施工钻孔后,可促进应力集中向深部转移,同时为巷道变形提供一定的缓冲,有利于巷道的稳定。由此,确定采用强力锚杆索+卸压钻孔+二次注浆的联合控制方案。矿压观测表明,采用该方案返修后,11采区轨道大巷剧烈变形时间短,变形值小,可为类似条件下巷道支护提供参考。

关键词：深部岩巷剧烈变形卸压钻孔矿压观测支护参数

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大埋深工作面微震活动规律研究

煤炭与化工 2024年第2期47卷 73-77页

作者：杨波河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000 河北省矿井微震重点实验室河北邢台054000

为了避免矿井突水的发生,实现工作面安全回采,本文以冀中能源股份有限公司邢东矿12210工作面为研究对象,通过在工作面建立微震监测系统,利用高精度微震监测技术对12210工作面进行实时、动态、连续监测。结果表明,微震事件主要集中在回... 详细信息

为了避免矿井突水的发生,实现工作面安全回采,本文以冀中能源股份有限公司邢东矿12210工作面为研究对象,通过在工作面建立微震监测系统,利用高精度微震监测技术对12210工作面进行实时、动态、连续监测。结果表明,微震事件主要集中在回采工作面内及工作面周围的断层附近;顶板微震事件主要集中在0~39.50 m,底板微震事件主要集中在煤层以下31 m范围内;过断层探巷时,微震活动响应明显;断层影响下的回采扰动对底板扰动深度最大值有显著影响;回采速度与微震事件总数、顶板事件数、底板事件数呈极显著正相关,与底板扰动深度最大值呈极显著负相关,相关系数分别为0.568、0.547、0.568、-0.376。

关键词：突水微震监测断层回采速度

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深部隐伏裂隙带位置对工作面底板突水的影响

矿业工程研究 2024年第2期39卷 29-34页

作者：王国举赵立松周泽卢钢刘钰鑫河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000 河北省矿井微震重点实验室河北邢台054000 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550001 冀中能源集团有限责任公司邢东矿河北邢台054000

采场底板的隐伏构造是引发工作面突水灾害的关键因素.本文以邢东矿2126工作面为案例,深入研究在深部开采过程中,底板采动破坏特征与隐伏裂隙带之间的相互作用机制.通过构建力学模型,并借助数值软件,模拟采动过程中隐伏裂隙带在不同空间... 详细信息

采场底板的隐伏构造是引发工作面突水灾害的关键因素.本文以邢东矿2126工作面为案例,深入研究在深部开采过程中,底板采动破坏特征与隐伏裂隙带之间的相互作用机制.通过构建力学模型,并借助数值软件,模拟采动过程中隐伏裂隙带在不同空间位置上的采动应力演化特征,以及底板的破坏特征,并对比与分析.研究结果表明:隐伏裂隙带空间位置及形态是底板发生突水的关键因素;隐伏裂隙带与煤层垂距在80 m范围内时,隐伏裂隙带应力释放速度较快,隐伏裂隙带易受煤层开采影响;当其垂距增加至120 m时,隐伏裂隙带受工作面开采扰动较小;但在隐伏裂隙带与煤层垂直在120 m时,工作面推过裂隙带之后,隐伏裂隙带应力值开始调整释放,和底板应力降低区域沟通,条件具备的情况下,易发生滞后突水.

关键词：深部开采底板破坏底板突水

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坚硬顶板定向水力压裂切顶机理及应用

能源与环保 2024年第9期46卷 281-286页

作者：杨洪增刘连伏任伟卢志敏宋佳刘艳国家能源充填采煤技术重点实验室河北邢台054000 河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000 河北充填采矿技术有限公司河北邢台054000 河北省充填采煤技术创新中心河北邢台054000 冀中能源集团有限责任公司河北邢台054000

为促进顶板及时垮落,保证安全生产,在恒晋煤业E9105工作面开展了坚硬顶板定向水力压裂切顶技术的研究。根据断裂力学理论,建立了地应力和水压力共同作用下的裂纹扩展力学模型,推导得出了Ⅰ型、Ⅱ型复合裂纹扩展的强度因子计算公式。基... 详细信息

为促进顶板及时垮落,保证安全生产,在恒晋煤业E9105工作面开展了坚硬顶板定向水力压裂切顶技术的研究。根据断裂力学理论,建立了地应力和水压力共同作用下的裂纹扩展力学模型,推导得出了Ⅰ型、Ⅱ型复合裂纹扩展的强度因子计算公式。基于最大周向拉应变准则,分析了裂纹的起裂条件和起裂规律。结果表明,当原始裂纹方向平行或垂直于σ_(1)的方向时,裂纹为自相似扩展。随着水压的增大,开裂角逐渐减小,裂纹主要为Ⅰ型扩展。结合E9105工作面的地质情况,计算了水压的大小,并与实际相差较小。该技术的应用明显减小了来压步距,降低了支架工作阻力,可为类似条件下的顶板控制提供参考。

关键词：坚硬顶板定向水力压裂强度因子裂纹扩展开裂角工作阻力来压步距

基于SE-YOLOv5模型皮带异物检测算法研究

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中国矿业 2024年第7期33卷 127-134页

作者：边铁山冀中能源集团峰峰集团有限公司河北邯郸056107

以某煤矿1305智能工作面皮带异物识别为工程背景,为了解决井下皮带运输机因废弃锚杆、大块煤等异物而导致的皮带撕裂甚至损伤停机等问题,亟需开展皮带异物智能检测研究。本文提出了SE-YOLOv5皮带异物智能检测方法,该方法以YOLOv5目标检... 详细信息

以某煤矿1305智能工作面皮带异物识别为工程背景,为了解决井下皮带运输机因废弃锚杆、大块煤等异物而导致的皮带撕裂甚至损伤停机等问题,亟需开展皮带异物智能检测研究。本文提出了SE-YOLOv5皮带异物智能检测方法,该方法以YOLOv5目标检测技术为基础模型,加入SE通道注意力机制进行优化,并对学习率、图像输入批大小、权重衰减等模型参数调整,对构建的数据集进行训练检测,将检测结果与Faster-RCNN、YOLOv3、CenterNet、YOLOv5等模型进行对比。研究结果表明:SE-YOLOv5模型预测结果得到较大提升,对锚杆的预测精度达0.98,对大块煤的预测精度达0.88,召回率(Recall)为0.91,各个检测目标平均精度的平均值(mAP)为0.912,单张识别速度为0.037s;此外,对处于低照度、高粉尘浓度等环境下的数据集仍有较高的识别率,说明SE-YOLOv5模型检测精度高、速度快、鲁棒性强,可以满足复杂环境下皮带异物识别的要求。煤矿皮带异物检测是煤矿安全和生产效率的关键组成部分,采用现代化的检测技术有助于提高系统生产效率,保障设备安全,降低维护成本。

关键词：异物检测 SE-YOLOv5 参数调整复杂环境识别率