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含结构面岩体岩爆特征真三轴试验研究

岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 120-132页

作者：李育宗袁亮张庆贺王圣涛穆朝民章新生安徽理工大学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 中铁四局集团有限公司安徽合肥230023

工程实践表明,含结构面岩体岩爆发生范围更广,频率更高,工程安全风险更大。对含结构面岩体岩爆机制及破坏特征的深入研究对于深埋地下工程岩爆灾害的防控和治理具有重要意义。基于深埋高应力隧洞含结构面岩体岩爆的典型破坏模式,开展室... 详细信息

工程实践表明,含结构面岩体岩爆发生范围更广,频率更高,工程安全风险更大。对含结构面岩体岩爆机制及破坏特征的深入研究对于深埋地下工程岩爆灾害的防控和治理具有重要意义。基于深埋高应力隧洞含结构面岩体岩爆的典型破坏模式,开展室内含结构面花岗岩、灰岩和砂岩试样的真三轴试验,通过荷载‐位移、声发射、围岩体加速度和高速摄影等多种监测手段,研究不同结构面倾角及不同岩性影响下含结构面岩体岩爆特征及破坏机制。研究结果表明,结构面倾角(结构面与最大主应力平面的夹角)、结构面参数(内摩擦角和黏聚力)对含结构面岩体的破坏模式起控制性作用。当结构面倾角较小时,含结构面围岩发生应变型劈裂破坏;当结构面倾角较大时,岩体呈沿结构面剪切滑移破坏特征。当含结构面岩体发生应变型劈裂破坏时,结构面两侧岩体产生与临空面近似平行的张拉裂缝或裂隙,并伴随剧烈岩爆,岩爆坑边界是结构面及劈裂缝围成的空间区域,岩爆弹射体的最大加速度可达13.56 g。而当含结构面岩体发生剪切滑移破坏时,岩体破坏能量大大弱化,几乎无动力破坏现象产生。研究成果可为深埋高应力地下工程灾害防控与治理提供重要参考。

关键词：岩石力学岩爆结构面倾角真三轴试验声发射

急速卸压条件下构造煤体应力释放规律试验研究

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采矿与安全工程学报 2024年第3期41卷 634-644页

作者：蒋静宇史孝宁程远平沈润生马建军王成浩中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 河南神火煤电股份有限公司薛湖煤矿河南永城476600 中山大学土木工程学院广东广州510275

为研究构造煤在急速卸压条件下的应力释放规律,开展了不同卸围压速度条件下的型煤试样三轴试验,对比分析了构造煤在不同应力路径下的应力⁃应变曲线和力学特性演化特征,并通过数据拟合分析了急速卸压条件下的应力释放规律。结果表明:卸... 详细信息

为研究构造煤在急速卸压条件下的应力释放规律,开展了不同卸围压速度条件下的型煤试样三轴试验,对比分析了构造煤在不同应力路径下的应力⁃应变曲线和力学特性演化特征,并通过数据拟合分析了急速卸压条件下的应力释放规律。结果表明:卸围压速度越快,构造煤破坏时的变形程度和峰值应力越小。卸围压降低了煤体的内聚力,劣化程度为14.02%~21.95%,卸围压速度越快,劣化作用越强。卸围压降低了煤体变形模量和泊松比,表明卸围压加剧了煤体损伤,降低了煤体抵抗变形的能力。当卸围压速度趋近于急速时,峰值应力的劣化程度为17.84%,内聚力的劣化程度为21.95%,表明急速卸压条件下构造煤更易失稳破坏,应力释放控制瓦斯膨胀能的非稳态释放,从而导致构造煤突出的连续发展。

关键词：构造煤急速卸压卸围压速度应力释放煤与瓦斯突出

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矿用淤泥自适应水仓清淤机器人研究与应用

中国煤炭 2024年第3期50卷 91-96页

作者：杨伟马惠民宋朝英杨万海金鑫国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿宁夏回族自治区银川市750499 中煤科工机器人科技有限公司广东省深圳市518000

为了解决现有煤矿井下水仓人工清仓周期长、效率低、劳动强度大等问题,结合井下水仓实际工况,研发了一种矿用淤泥自适应水仓清淤机器人,介绍了该水仓清淤机器人的结构组成、进料集料系统、泵送系统、车架平台、电气系统的设计,详细阐述... 详细信息

为了解决现有煤矿井下水仓人工清仓周期长、效率低、劳动强度大等问题,结合井下水仓实际工况,研发了一种矿用淤泥自适应水仓清淤机器人,介绍了该水仓清淤机器人的结构组成、进料集料系统、泵送系统、车架平台、电气系统的设计,详细阐述了自主越障自适应控制方法。通过搭建基于AMEsim的越障阀组液压系统仿真模型,得出油缸伸出速度及油缸无杆腔流量误差分别为0.16%、1.26%,液压系统控制平稳、精度良好,负载敏感控制在额定压力下,执行元件速度不受负载变化的影响,能够实现自适应浮动越障。通过在枣泉煤矿14采区880水仓和980水仓的实际应用表明,该水仓清淤机器人清淤效果良好,实现了水仓清淤作业任务的半自动化,进一步降低了清仓工人的作业强度。

关键词：水仓清淤机器人自主越障自适应敏感控制

煤层底板砂岩含水层水文地质特征的分布式放水试验探查研究

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中国煤炭 2024年第5期50卷 32-39页

作者：魏启明赵宝峰马进勇张泽源马志贤国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿宁夏回族自治区银川市750011 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西省西安市710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西省西安市710177

为了查明宁东煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿2个不同的区域开展了分布式放水试验,2个阶段的放水试验均包括了单孔和多孔放水试验,计算的渗透系数平均值分别为0.219~0.301、0... 详细信息

为了查明宁东煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿2个不同的区域开展了分布式放水试验,2个阶段的放水试验均包括了单孔和多孔放水试验,计算的渗透系数平均值分别为0.219~0.301、0.024~0.029 m/d,单位涌水量平均值分别为0.079、0.012 L/(s·m),影响半径分别约为700、750 m。通过放水试验,查明宝塔山砂岩含水层的厚度约为60 m,岩性为粗砂岩,局部夹薄层砂质泥岩和泥岩;含水层渗透性和富水性均较弱,且存在不均一性,但是由于宝塔山砂岩含水层位于下组煤底板,研究区下组煤承压均在3 MPa以上;含水层地下水水温约为41℃,下组煤采掘活动面临一定的热害影响;宝塔山砂岩含水层具有较好的可疏性,疏水降压是底板砂岩水害防控最佳措施。通过放水试验进一步查明了宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,补充了抽水试验未能查明的水文地质条件,其探查结果可以作为煤层底板砂岩水害防控的依据。

关键词：宁东煤田宝塔山砂岩放水试验疏水降压水文地质条件底板水害

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大埋深岩巷支护优化技术实践

陕西煤炭 2024年第7期43卷 138-141,146页

作者：刘旦龙河南省正龙煤业有限公司城郊煤矿河南商丘476600

城郊煤矿二水平西翼轨道大巷埋深800 m,沿二_(2)煤顶板穿层掘进,采用常规的锚网喷支护后,巷道变形严重,维修周期短,费用高。对顶底板围岩力学参数进行测试,结果表明,煤层顶板复合性质明显,抗压强度低且变化较大,岩体呈明显非均质性,且RQ... 详细信息

城郊煤矿二水平西翼轨道大巷埋深800 m,沿二_(2)煤顶板穿层掘进,采用常规的锚网喷支护后,巷道变形严重,维修周期短,费用高。对顶底板围岩力学参数进行测试,结果表明,煤层顶板复合性质明显,抗压强度低且变化较大,岩体呈明显非均质性,且RQD分级属于“差”等级;围岩松动圈范围普遍在2.0 m以上,为大松动圈不稳定围岩,由此提出提高预紧力和协同支护的控制思路,优化了支护方案,现场应用效果良好。

关键词：大埋深方案优化松动圈协同支护注浆锚索

低透气性突出煤层群首采层水力割缝卸压抽采技术研究

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中国煤炭 2024年第6期50卷 52-58页

作者：邹军皖北煤电股份有限公司安徽省宿州市234000 安徽恒源煤电股份有限公司安徽省宿州市234000

针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联... 详细信息

针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联合抽采的综合治理技术,优化了钻孔布置方式,并进行了工程应用。结果表明:割缝实施后钻孔的瓦斯抽采浓度、单孔日均抽采纯量分别是常规钻孔的4.27倍、3.94倍,煤层透气性提高了22~31倍,首采层72号煤层割缝后的防突有效半径可提高至5 m以上,检验抽采半径5 m处的瓦斯含量指标为4.13 m 3/t,在有效解决首采层煤巷条带瓦斯灾害的同时,钻孔工程量降低了2/3以上。

关键词：中近距离突出煤层群水力割缝卸压增透高效抽采

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蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 76-88页

作者：王皓孙钧青曾一凡尚宏波王甜甜乔伟煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心北京100083

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、... 详细信息

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、TDS和有机指标UV_(254)、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标,利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取,提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先,建立PCA-RF判别模型,其准确率(A_(c))、精确率(P_(r))、召回率(R_(c))和F-measure指数(f_(1))分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%;其次,通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优,在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优,建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型,该模型A_(c)、P_(r)、R_(c)、f_(1)分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%,较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%,回代准确率达到97.50%;最后,利用该模型对12个矿井水水样进行判别,结果与现场实际相一致,表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

关键词：蒙陕接壤区顶板涌水无机-有机指标机器学习智能判别

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工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理

中国矿业大学学报 2024年第2期53卷 264-276页

作者：杨敬轩张瑞卢硕孙兴平陈建本中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 淮南矿业(集团)有限责任公司顾桥煤矿安徽淮南232033

为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表... 详细信息

为了改善顾桥煤矿大采深和工作面采动影响引起的煤岩高应力环境,保证工作面停采后系统巷道的安全留设,以矿井1311(1)工作面停采后的系统巷道保护为目标,采用理论分析和现场实践实测方法,探索工作面顶板超前预裂应力阻隔护巷机理.研究表明:覆岩悬板作用是停采工作面煤岩高应力显现的主要力源组成;通过建立停采工作面覆岩结构力学模型,采用等效应力指标较好地反映了煤层高应力承载特征,揭示了悬板作用下的覆岩应力传递机制,明确覆岩悬板是诱发煤岩高应力的敏感因素,煤层开采扰动范围内的悬板必须及时切断,阻断高应力传载路径;通过合理确定覆岩控制目标层高度,提出利用工作面顺槽联巷爆破切顶阻断高应力传递的卸压思路,给出了重型药柱深孔爆破工艺参数,顶板平面致裂及卸压效果显著.

关键词：顶板预裂切顶卸压应力阻隔爆破切顶等效应力

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分区内排露天煤矿压帮留沟模式及参数优化

煤炭学报 2024年第4期49卷 1834-1844页

作者：马力王恒荣罗科李瑞行靳新宇常治国西安科技大学能源学院陕西西安710054 山西焦煤集团山煤国际河曲露天煤业有限公司山西忻州036500 新疆工程学院安全科学与工程学院新疆乌鲁木齐830000

大型露天煤田安全高效集约化开发是露天煤炭开发的发展趋势,以分区开采为主要开发模式的大型露天煤田具有安全高效、回采率高、投资回收期短的显著优势,同时可以利用开采形成的采空区回填剥离物料形成内排土场,并降低剥离物料对土地的... 详细信息

大型露天煤田安全高效集约化开发是露天煤炭开发的发展趋势,以分区开采为主要开发模式的大型露天煤田具有安全高效、回采率高、投资回收期短的显著优势,同时可以利用开采形成的采空区回填剥离物料形成内排土场,并降低剥离物料对土地的压占及破坏。针对大型露天煤矿分区开采衍生出相邻采区间二次剥离量大的问题,在考虑压帮内排留沟模式影响基础上,结合外排空间受限条件,以内排加高分析不同压帮留沟模式对剥采与运输系统的影响,建立全压帮及半压帮内排总费用模型,并对半压帮倒三角和倒梯形留沟模式进行对比分析。基于费用补偿法,以全压帮内排为参照,在剥离物料不外排的条件下,综合考虑内排容量,构建压帮内排倒三角留沟模式与倒梯形留沟模式的留沟高度优化模型以及内排搭桥移设步距优化模型。对山西河曲露天煤矿首采区与二采区间留沟高度及运输系统进行综合优化。结果表明:半压帮内排经济效益显著,压帮内排倒三角留沟总费用随着留沟高度的增加先增大后减小,总经济效益先减小后增大,最佳留沟高度为110 m,内排搭桥最佳移设步距为104 m,相对全压帮内排节约10080万元;压帮内排倒梯形留沟总费用随着留沟深度的增加先减小后增大,总收益先增大后减小,最佳留沟高度为67 m,内排搭桥最佳移设步距为264 m,相对全压帮内排节约24540万元。留沟面积相等的条件下,倒三角留沟模式留沟深度较大,对单侧剥离物料运输系统影响较大,内排土场工作线长度较长,一般适用于内排空间紧张的露天煤矿;倒梯形留沟模式留沟深度较小,内排容量受到一定限制,一般适用于内排空间较大的露天煤矿。

关键词：全留沟内排全压帮内排倒三角留沟倒梯形留沟内排搭桥