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大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

煤炭学报 2019年第11期44卷 3295-3307页

作者：于斌杨敬轩刘长友高瑞中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 大同煤矿集团有限责任公司山西大同037003

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度... 详细信息

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的"煤体-支架"协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的"低-中-高"层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,"中-低"位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下"煤体-支架"协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。

关键词：特厚煤层坚硬顶板顶板来压能量变分支架围岩关系

大同矿区双系煤层开采远近场协同控顶机理与技术

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中国矿业大学学报 2018年第3期47卷 486-493页

作者：于斌杨敬轩高瑞中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 大同煤矿集团有限责任公司山西大同037003

大空间采场顶板结构复杂,采场矿压显现频次高、强度大,影响矿井安全生产.基于大同矿区双系煤层开采条件,在顶板结构分析基础上深化煤柱影响研究,建立多采空区顶板连拱结构模型,揭示大空间采场协同控顶机理.研究表明:矿区特厚煤层开采扰... 详细信息

大空间采场顶板结构复杂,采场矿压显现频次高、强度大,影响矿井安全生产.基于大同矿区双系煤层开采条件,在顶板结构分析基础上深化煤柱影响研究,建立多采空区顶板连拱结构模型,揭示大空间采场协同控顶机理.研究表明:矿区特厚煤层开采扰动影响高度在150m左右,形成了具有"低位组合悬梁+中位砌体梁+高位大结构"特征的渐次演化顶板群组结构,且高位顶板失稳联动是采场强矿压发生的主控因素;侏罗系煤柱底板应力集中影响区深度约100m,采空区顶板连拱结构联合煤柱集中传载是诱发采场强矿压的强化条件;改变大空间采场覆岩结构是防治采场强矿压的关键,提出了远近场协同控制理念,实施了硬岩远场地面压裂和煤岩近场井下承压爆破预裂的协同控顶技术,取得了较好控制效果.

关键词：大空间采场覆岩结构煤柱地面压裂顶板预裂承压爆破

特厚煤层高强度综放开采水力压裂顶板控制技术研究

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岩石力学与工程学报 2014年第4期33卷 778-785页

作者：于斌段宏飞中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 大同煤矿集团有限责任公司山西大同037003

针对塔山煤矿临空顺槽矿压显现剧烈的问题,进行水力压裂弱化煤层上覆坚硬K3老顶的现场试验,通过水力压裂期间监测钻孔以及巷道两侧锚杆出水情况与水压的变化分析水力压裂的影响范围,通过水力压裂前后周期来压步距、动载系数、顶板下沉... 详细信息

针对塔山煤矿临空顺槽矿压显现剧烈的问题,进行水力压裂弱化煤层上覆坚硬K3老顶的现场试验,通过水力压裂期间监测钻孔以及巷道两侧锚杆出水情况与水压的变化分析水力压裂的影响范围,通过水力压裂前后周期来压步距、动载系数、顶板下沉量、两帮移近量、煤壁片帮统计、工作阻力与瓦斯涌出情况,深入分析水力压裂弱化坚硬老顶的特点。试验结果表明:(1)切槽裂隙在水力压裂的作用下其扩展范围不超过55 m;(2)裂缝所处的煤岩体环境使得裂缝扩展的压力时间曲线呈现3种轨迹形态;(3)水力压裂前后,周期来压步距分别为18.69,16.76 m,平均周期来压动载系数分别为1.69,1.53;顶板下沉量与两帮移近量都明显缩小,巷道顶板整体完整;煤壁片帮深度平均值由原来的31.18 m变为7.06 m;瓦斯涌出相对稳定,上隅角瓦斯浓度由原来的0.20%降低为0.15%。工作面顶板完整性和强度得到了弱化,随工作面推进顶板能够及时垮落,5106临空顺槽顶板的压力明显减弱,说明水力压裂的效果良好,研究结果对类似条件下的工作面具有积极的指导意义。

关键词：采矿工程水力压裂工作阻力瓦斯涌出顶板弱化矿压显现

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微细粒煤间断浓缩沉降试验研究

煤炭学报 2015年第7期40卷 1622-1627页

作者：朱子棋刘炯天桂夏辉中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 神华神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315

为确定微细粒煤泥高效浓缩的最佳操作参数,提出了一种新方法实现煤泥连续浓缩的预测与优化,借助沉降量筒与澄清水质量浓度测量装置确定一定单位面积处理量下煤泥浓缩沉降最佳药剂添加量、入料质量浓度和流量,并预测出该条件下的浓缩效... 详细信息

为确定微细粒煤泥高效浓缩的最佳操作参数,提出了一种新方法实现煤泥连续浓缩的预测与优化,借助沉降量筒与澄清水质量浓度测量装置确定一定单位面积处理量下煤泥浓缩沉降最佳药剂添加量、入料质量浓度和流量,并预测出该条件下的浓缩效率。试验结果表明:随着质量浓度的增大,单位质量最佳药剂消耗量增加,微细颗粒等速沉降速度基本不变,单位面积处理量一定的情况下,压缩区高度降低速度ν基本不变;在20.66 g/(dm2·min)单位面积处理量下,入料质量浓度50 g/L,药剂添加量11 mg/L,入料流量0.083 L/min时,可达到最佳浓缩效率89.05%;随着浓缩时间增加,浓缩效率都不断增加并逐渐达到饱和;当单位处理量小时,低质量浓度浓缩效果较好,但处理量较大时,较高质量浓度较低流量配合更具优势。

关键词：浓缩脱水微细颗粒间断浓缩沉降

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特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理

煤炭学报 2018年第9期43卷 2398-2407页

作者：于斌朱卫兵李竹高瑞刘锦荣中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 大同煤矿集团有限责任公司山西大同037003

针对大同矿区石炭系特厚煤层综放工作面周期性发生液压支架立柱大幅下缩甚至压死支架的工程技术难题,采用理论分析与现场实测的方法,研究特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理。提出了远场"三角板"结构运动影响特厚煤层开采工作面矿压的理... 详细信息

针对大同矿区石炭系特厚煤层综放工作面周期性发生液压支架立柱大幅下缩甚至压死支架的工程技术难题,采用理论分析与现场实测的方法,研究特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理。提出了远场"三角板"结构运动影响特厚煤层开采工作面矿压的理念,建立了远场关键层"横OX"破断形成的"三角板"结构力学模型,确定了该"三角板"结构滑落失稳和回转变形失稳的理论判据;结合同忻煤矿现场实例,预计了远场关键层"横O-X"破断"三角板"结构块体的几何尺寸,并分析了此"三角板"的走向长度及回转程度对其自身结构稳定性的影响,结果表明"三角板"的走向长度和回转程度越大时该结构越容易失稳。同忻煤矿8202工作面临空侧回风平巷超前段底臌变形特征间接验证了远场关键层发生"横O-X"破断的规律。据此提出超前预裂远近场关键层以及在"三角板"结构下工作面实行快速推进等防治措施。

关键词：特厚煤层关键层 “横O-X”破断 “三角板”结构矿压显现大采高

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基于煤岩深孔爆破问题的液体炸药研发与技术

煤炭学报 2021年第6期46卷 1874-1887页

作者：杨敬轩于斌匡铁军刘长友李文龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 大同煤矿集团有限责任公司山西大同037003

针对煤岩深孔爆破技术工艺问题,以及炸药爆炸瞬间威力高,但致裂围岩范围有限,破岩"后劲"不足的缺陷,提出了一种液体炸药深孔爆炸压裂技术。基于液体炸药优越的流动性及小临界直径起爆特点,以三级煤矿许用型水胶炸药配方为基底,通过除去... 详细信息

针对煤岩深孔爆破技术工艺问题,以及炸药爆炸瞬间威力高,但致裂围岩范围有限,破岩"后劲"不足的缺陷,提出了一种液体炸药深孔爆炸压裂技术。基于液体炸药优越的流动性及小临界直径起爆特点,以三级煤矿许用型水胶炸药配方为基底,通过除去炸药组分中的胶凝剂与交联剂,改变硝酸甲胺、硝酸铵、硝酸钠等成分比例,研发了一种煤矿用水胶液体炸药配方,药液性能稳定、感度低,具有良好的流动物理形态,解决了岩体大角度深孔装药难题,为岩体单孔重复爆破提供了条件。研究表明,煤矿用液体炸药析晶点温度控制在15.0~16.9℃,适应煤矿井下温度环境;采取亚硝酸钠化学发泡方式调节液体炸药密度为1.2 g/cm^(3),实测炸药平均爆速为3 852 m/s,基于此分析得到的炸药爆炸力学性能达到了煤矿安全炸药标准。以大同煤矿集团云冈矿新408轨道巷坚硬顶板深孔爆破测试为背景,实测得到的液体炸药性能稳定,能用导爆索可靠起爆;深孔爆破测试液体炸药、水胶炸药、乳化炸药的爆炸威力相当,坚硬顶板深孔致裂效果一致,满足煤矿安全炸药性能要求;液体炸药配合爆破聚能管使用,流动的药液能与聚能管真正实现耦合装药,使得爆炸冲击波在预定切缝方向精准碰撞,增强了硬岩在致裂方向的炸药能量利用率,取得了坚硬顶板大间距深孔定向爆破效果。

关键词：液体炸药爆破预裂定向爆破坚硬顶板切顶卸压聚能管

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复合力场中煤岩显微组分的高效富集

煤炭学报 2017年第4期42卷 1028-1033页

作者：朱子褀中国矿业大学化工学院江苏徐州221008 神华神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315

以神东煤制油煤样为研究对象,建立了煤岩显微组分基于灰分差异的赋存规律模型,并提出了基于离心力场强化的煤岩组分分选方法。借助强化重力分选机对1~0.25 mm粒级煤样进行变参数分选试验研究,揭示了基于离心力场强化的分选机制。试验结... 详细信息

以神东煤制油煤样为研究对象,建立了煤岩显微组分基于灰分差异的赋存规律模型,并提出了基于离心力场强化的煤岩组分分选方法。借助强化重力分选机对1~0.25 mm粒级煤样进行变参数分选试验研究,揭示了基于离心力场强化的分选机制。试验结果表明,镜质组含量与煤样灰分关系显著,模型关系可用指数函数模型表示。分选试验结果表明,煤岩组分可以在复合力场中得到有效富集,分选精煤的镜质组含量可以达到70%,精煤产率可达80%。对于1~0.25 mm粒级煤样,为使流态化水压为颗粒群的提供足够的径向分层动力,高效分选需要在较低的离心力条件下进行。复合力场有效强化了煤岩显微组分间的分选行为差异,可有效实现煤岩显微组分的富集。

关键词：煤岩组分赋存规律高效富集强化分选

顶板定向钻孔水压致裂工作面强矿压控制试验研究

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煤炭科学技术 2020年第8期48卷 57-62页

作者：高亮张农吕情绪神华神东煤炭集团有限责任公司布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯017209 江苏师范大学江苏徐州221116 神华神东煤炭集团有限责任公司陕西神木719315

针对神东矿区布尔台煤矿42107工作面回采过程中频繁发生的强矿压显现问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对井下定向钻孔水压致裂顶板厚硬关键层控制工作面强矿压显现进行了研究。研究结果表明:4-2煤层顶板厚度约22 m的粉砂岩... 详细信息

针对神东矿区布尔台煤矿42107工作面回采过程中频繁发生的强矿压显现问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对井下定向钻孔水压致裂顶板厚硬关键层控制工作面强矿压显现进行了研究。研究结果表明:4-2煤层顶板厚度约22 m的粉砂岩亚关键层2是影响工作面强矿压显现的主要因素;理论分析通过顶板弱化降低亚关键层2的强度,在一定程度上能够削弱工作面强矿压;通过减小亚关键层2破断块体竖向节理的摩擦角以模拟顶板致裂效果,亚关键层2弱化改性后,42107工作面两侧的区段煤柱以及实体煤壁上的支承压力峰值显著降低,减小幅度约18.3%;实际在42107工作面顶板布置了3个定向钻孔,由该工作面内11台液压支架在致裂前后的工作阻力曲线得出,来压期间支架最大工作阻力由22535 kN减小至19599 kN,周期来压步距则由致裂前的21.0 m减小为致裂后的16.9 m,表明定向钻孔水压致裂覆岩关键层能够较好地控制工作面强矿压显现。

关键词：定向钻孔水压致裂顶板弱化强矿压显现周期来压

基于伏-秒平衡特解规划的三电平中点电位低频脉动抑制PWM

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电工技术学报 2017年第18期32卷 152-161页

作者：刘毅谭国俊何晓群中国矿业大学信息与电气工程学院徐州221008 开滦(集团)有限责任公司唐山063000

基于伏-秒(V-S)平衡原理,提出一种通用程控三电平PWM方法,在单个载波周期内,设计一种通用的开关序列,其中每相开关序列均考虑三种不同电平,揭示三电平PWM算法可根据不同的控制目标对伏秒平衡方程特解进行规划来实现,物理意义更明晰。为... 详细信息

基于伏-秒(V-S)平衡原理,提出一种通用程控三电平PWM方法,在单个载波周期内,设计一种通用的开关序列,其中每相开关序列均考虑三种不同电平,揭示三电平PWM算法可根据不同的控制目标对伏秒平衡方程特解进行规划来实现,物理意义更明晰。为了实现中点电位平衡与低频脉动抑制,解决虚拟电压矢量调制策略计算复杂的问题,以特解规划为基础,提出九段式低频脉动抑制PWM特解规划算法和中点电位闭环控制策略,给出了脉冲分配方法,无需扇区判定及矢量合成分析。建立中点钳位(NPC)三电平样机实验平台,采用阻感负载和永磁同步电机(PMSM)负载实验验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词：三电平脉宽调制伏秒平衡特解规划低频脉动中点电位闭环控制