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套筒压裂作用下岩石细观裂隙与能量演化规律探究

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 79-91页

作者：胡善超韩金明黄俊鸿平立芬程亚飞高志豪郭世豪杨磊山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东东山王楼煤矿有限公司山东济宁272063

为从细观层面揭示不同围压作用下套筒压裂岩石破坏机理及能量运移规律,基于套筒压裂试验以及膨胀力测定试验构建了PFC^(3D)数值模型,采用离散元法对套筒压裂过程开展数值模拟,结合声发射信息探究了套筒压裂过程中不同围压对岩石细观裂... 详细信息

为从细观层面揭示不同围压作用下套筒压裂岩石破坏机理及能量运移规律,基于套筒压裂试验以及膨胀力测定试验构建了PFC^(3D)数值模型,采用离散元法对套筒压裂过程开展数值模拟,结合声发射信息探究了套筒压裂过程中不同围压对岩石细观裂隙及能量变化的影响规律,并依据弹性力学揭示了套筒压裂力学机制,研究结果表明:①套筒注液过程存在压力损失,依据注液压力损失率可将注液过程大致划分为充填阶段、增压阶段、快速增压阶段。注液压力与套筒膨胀力呈线性关系,其修正系数为0.678。②基于PFC^(3D)所构建的数值模型能够较好的反映套筒压裂过程中岩石力学性质与变形破坏特征,岩石压裂过程以张拉破坏为主。围压决定着裂缝的扩展路径,并对岩石内部微裂纹的生成起抑制作用。随着应力差的逐渐增大,岩石内部剪切裂纹数量及占比均逐渐增大。③声发射信号可分为平静期与活跃期,累计裂缝数目曲线呈现阶梯状上升。无围压条件下,声发射特征呈现单峰值分布;有围压条件下,声发射特征呈现多峰值分布,压裂过程存在多个破坏阶段。④套筒膨胀力作用范围有限,环向拉应力作用范围与套筒膨胀力呈现对数关系。切向应力随应力差的增大而增大,当夹角φ取值为45°或135°时,岩石内部剪切破坏最明显。⑤同一膨胀力作用下,围压越大岩石内部输入能越小。不同围压条件下岩石的输入能、弹性能、耗散能均出现不同程度的激增,这主要是由于宏观裂缝的形成引发了钻孔扩容;耗散能平均增长速率更快,为弹性能的1.27~1.55倍。

关键词：套筒压裂岩石力学细观裂隙力学机制能量演化

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

深部下分层膏体充填工作面支架阻力分布与支架-围岩关系

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煤炭科学技术 2024年

作者：李增强郑晓晨周均忠高维强刘文东李强张鹏飞王兆会吴传平山东东山古城煤矿有限公司兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

充填开采是冲击地压矿井实现降载减冲的有效手段，充填工作面支架-围岩关系同常规工作面存在明显差异，导致支护参数选择缺少理论指导。为优化充填工作面支架选型，提高围岩控制效果，降低装备配置成本，以古城煤矿1123工作面为工程背... 详细信息

充填开采是冲击地压矿井实现降载减冲的有效手段，充填工作面支架-围岩关系同常规工作面存在明显差异，导致支护参数选择缺少理论指导。为优化充填工作面支架选型，提高围岩控制效果，降低装备配置成本，以古城煤矿1123工作面为工程背景，研究冲击地压矿井充填开采条件下顶板载荷分布特征，分析支架-围岩耦合作用关系。结果表明：充填阶段和采动阶段的支架载荷时序曲线形态存在明显区别，前者曲线平滑且斜率小，后者瞬变现象频发且斜率大；充填体支撑作用下支架载荷不存在明显的周期变化现象，表明坚硬顶板运动模式由周期断裂型转变为连续沉降型；采动效应、厚顶煤、悬顶距、充实率等因素影响下，支架载荷时序曲线存在增阻型、恒阻型和降阻型，但以快速降阻型为主，表明1123工作面支架初撑力24 MPa偏大，导致厚顶煤二次破碎和支架立柱卸压现象；将采空区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，得到了充实率对沉降曲线形态的影响；考虑厚顶煤破坏损伤程度，提出了充填工作面支架阻力确定方法，解释了支架载荷时序曲线中的快速降阻现象发生的原因，给出了支架刚度和初撑力优化原则，改善了支架-围岩耦合关系，提升了厚顶煤和坚硬顶板控制效果。

关键词：冲击地压充填开采坚硬顶板支架-围岩关系支架阻力

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厚煤层膏体充填开采技术研究与应用

采矿技术 2024年第3期24卷 239-242页

作者：张付强段培溪金鹏东山矿业有限责任公司古城煤矿山东济宁市272100

针对古城煤矿长期存在的“三下”压煤问题,结合条带开采技术与煤矸石充填开采技术工程实践经验,进一步对膏体充填开采工艺、材料及装备中的关键参数进行了设计,并在古城煤矿实现了工程应用。研究结果表明:当煤矸石粒径小于5mm且含量为40... 详细信息

针对古城煤矿长期存在的“三下”压煤问题,结合条带开采技术与煤矸石充填开采技术工程实践经验,进一步对膏体充填开采工艺、材料及装备中的关键参数进行了设计,并在古城煤矿实现了工程应用。研究结果表明:当煤矸石粒径小于5mm且含量为40%时,充填效果相对较佳。通过现场实测,古城煤矿膏体充填开采技术有效控制了地表沉降量,使村庄、铁路、河流破坏程度降低,极大提高了煤炭资源开采后地表生态环境质量问题,为煤矿可持续发展创建了良好环境。

关键词： “三下”压煤膏体充填地表沉降可持续发展

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某难选闪石型原生矿超细磨矿磁选工艺试验

现代矿业 2024年第7期40卷 145-149页

作者：侯向泽牛建昆太钢集团岚县矿业有限公司

某低品位闪石型原生矿具有磁性铁占比低、嵌布粒度极细、硅酸铁含量高等特点,导致选矿比大、成本高、精矿品位提升困难,为了对该类型铁矿石进行高效开发利用,在工艺矿物学性质研究的基础上,进行了详细的磨矿磁选条件试验研究。试验结果... 详细信息

某低品位闪石型原生矿具有磁性铁占比低、嵌布粒度极细、硅酸铁含量高等特点,导致选矿比大、成本高、精矿品位提升困难,为了对该类型铁矿石进行高效开发利用,在工艺矿物学性质研究的基础上,进行了详细的磨矿磁选条件试验研究。试验结果表明:采用细碎—干式抛尾—辊磨超细碎—湿式预选—粗精矿四段磨矿—四段弱磁选—淘洗磁选流程,获得了产率21.98%、TFe品位65.45%、铁回收率49.91%的铁精矿,为该闪石型磁铁矿资源的开发利用提供了技术依据。

关键词：闪石型原生铁矿超细磨矿磁选试验磁铁矿

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提高矿产资源储量估算精度的方法探讨

内蒙古煤炭经济 2024年第17期 68-70页

作者：孔德志孟凡永山东东山新驿煤矿有限公司临沂矿业集团菏泽煤电有限公司彭庄煤矿

通过地质勘探可以实现矿产资源储量估算，在这个过程中，采用先进的地球物理和地球化学探测技术，强化地质建模准确性，是提高勘探精度的关键途径；精细的数据预处理、高维数据分析以及地质统计学方法的应用，有助于构建精确的地质模型... 详细信息

通过地质勘探可以实现矿产资源储量估算，在这个过程中，采用先进的地球物理和地球化学探测技术，强化地质建模准确性，是提高勘探精度的关键途径；精细的数据预处理、高维数据分析以及地质统计学方法的应用，有助于构建精确的地质模型和资源评价模型。本文系统分析影响矿产资源储量估算精度的主要因素，包括地质条件、勘探技术与方法以及数据处理三个方面，并提出提高储量估算精度的策略。

关键词：矿产资源储量估算地质条件勘探技术数据处理

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深埋煤层回采巷道支护参数优化设计

山东煤炭科技 2024年第4期42卷 20-23,29页

作者：陈亮亮林明恒张孝坡山东能源临沂矿业集团山东东山古城煤矿有限公司山东济宁272100

深部煤层受高地应力及采动应力的影响,巷道围岩破碎松散,支护问题较为突出,围岩变形速度快,持续变形时间较长。以古城煤矿3103轨道顺槽的支护方案为研究对象,通过数值计算对支护参数进行优化,采用巷道顶帮强支、强护,底板弱支、弱护,围... 详细信息

深部煤层受高地应力及采动应力的影响,巷道围岩破碎松散,支护问题较为突出,围岩变形速度快,持续变形时间较长。以古城煤矿3103轨道顺槽的支护方案为研究对象,通过数值计算对支护参数进行优化,采用巷道顶帮强支、强护,底板弱支、弱护,围岩钻孔卸压的“强+弱+卸”三位一体综合围岩控制技术,巷道围岩变形量有所减小,两帮支护效果较为明显,围岩变形量分别减少了37%和14%,优化支护方案符合煤矿的安全生产要求,保证了巷道在掘进过程中安全可靠性。

关键词：深埋煤巷支护优化

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郭屯煤矿副井破裂井壁卸压槽法治理技术研究

山东煤炭科技 2024年第9期42卷 1-5,11页

作者：王其杰王金正山东东山古城煤矿有限公司山东济宁272100 山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿山东菏泽274700

针对山东巨野矿区厚表土薄基岩条件下深立井井筒破损情况,以郭屯煤矿副井井筒为例,在分析井筒压缩破损原因的基础上,根据“卸压槽”法的治理原则,提出壁间/壁后注浆止水、槽钢井圈加固、高强混凝土补强、双层木砖卸压为一体的破裂井壁... 详细信息

针对山东巨野矿区厚表土薄基岩条件下深立井井筒破损情况,以郭屯煤矿副井井筒为例,在分析井筒压缩破损原因的基础上,根据“卸压槽”法的治理原则,提出壁间/壁后注浆止水、槽钢井圈加固、高强混凝土补强、双层木砖卸压为一体的破裂井壁不停产综合治理技术,并结合现场具体实施情况,给出其中关键设计参数和施工工艺。根据新建卸压槽受力变形在线监测系统的长期监测结果显示,双层木砖卸压槽竖向压缩量和上覆压力在治理后均随时间逐步增大,表明井筒的压缩变形和内力得到有效控制和释放,避免了进一步的破坏。该研究可为同类深立井井筒破损修复治理的设计与施工提供参考。

关键词：破损井筒卸压槽修复治理在线监测

厚煤层分层开采下膏体充填置换开采技术可行性研究

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现代矿业 2024年第4期40卷 95-98页

作者：张付强程立群于良山东东山古城煤矿有限公司

充填开采是解放“三下”压煤,防止地表沉陷,实现矿井煤炭资源可持续开发的有效途径。以山东东山古城煤矿为背景,对建筑物下压煤采取膏体充填置换开采的可行性进行了分析,并提出优化措施。研究结果表明:膏体置换开采充填项目的实施,可以... 详细信息

充填开采是解放“三下”压煤,防止地表沉陷,实现矿井煤炭资源可持续开发的有效途径。以山东东山古城煤矿为背景,对建筑物下压煤采取膏体充填置换开采的可行性进行了分析,并提出优化措施。研究结果表明:膏体置换开采充填项目的实施,可以有效解决古城煤矿建筑物下压煤的开采问题,缓解煤炭资源紧张,降低地表沉降影响,提高煤矿经济效益;所提出的优化措施为类似矿井提供技术参考。

关键词：膏体充填 “三下”压煤置换开采