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浅埋煤层大采高工作面支架合理初撑力确定

采矿与安全工程学报 2019年第3期36卷 491-496页

作者：黄庆享徐璟杜君武西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室

针对浅埋大采高工作面煤壁片帮控制问题,以陕北某矿大采高工作面为背景,采用理论分析、数值计算和物理模拟相结合的方法,研究了支架初撑力对煤壁稳定性的影响规律。基于“支架-煤壁-顶板”采场结构力学模型,发现支架初撑力的提高,能快... 详细信息

针对浅埋大采高工作面煤壁片帮控制问题,以陕北某矿大采高工作面为背景,采用理论分析、数值计算和物理模拟相结合的方法,研究了支架初撑力对煤壁稳定性的影响规律。基于“支架-煤壁-顶板”采场结构力学模型,发现支架初撑力的提高,能快速提升支架工作阻力,有效减小煤壁受力,减轻煤壁片帮程度及发生的概率。数值模拟表明:随着初撑力的增加,煤壁塑性区范围减小,煤壁水平位移和顶板下沉量减小,煤壁片帮减轻。考虑大采高工作面等效直接顶静载作用和高位台阶岩梁结构的稳定性,按照控制等效直接顶和保持与额定工作阻力的合理比例关系,给出了基于片帮控制的合理支架初撑力确定方法。

关键词：浅埋煤层大采高支架初撑力等效直接顶片帮控制

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采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征

采矿与安全工程学报 2019年第4期36卷 777-785页

作者：来兴平刘小明单鹏飞张帅方贤威胥海东西安科技大学能源学院西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室

高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异... 详细信息

高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异常区域迁移特征,对比分析预制结构面对红外辐射异化特征的影响,揭示热红外辐射温度场与声发射耗散能量间的关系。结果表明:裂隙煤岩破裂过程热红外辐射温度时域演化规律划分为Tave的平静、小幅波动、快速增加和快速降低4个阶段。Tave极值出现在0.77σp,可作为煤岩临近破裂的前兆特征;热红外辐射异常区域的迁移特征可作为煤岩破裂的重要前兆现象,σ≥0.30σp开始出现大面积整体性升温,σ≥0.77σp温度仍保持整体性增加,但温度最大值开始降低,σ≥σp以热红外辐射低温异常区域为主;预制结构面的存在对裂隙煤岩的力学响应特征起到决定性作用,且平行结构面造成的强度劣化最为显著,对岩石工程的安全影响最大。裂隙煤岩破裂红外辐射异常区域集于制结构面附近,红外辐射温度异常区域迁移与声发射能量突变基本保持一致。

关键词：岩石力学裂隙煤岩受载破裂红外辐射动力灾害

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浅埋煤层保水开采岩层控制研究

煤炭学报 2017年第1期42卷 50-55页

作者：黄庆享西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位,保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件,通过物理模拟和地裂缝实测分析,揭示了浅埋煤层隔水岩组的"上行裂隙"和"下行裂隙"发育规律,发现了"上... 详细信息

我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位,保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件,通过物理模拟和地裂缝实测分析,揭示了浅埋煤层隔水岩组的"上行裂隙"和"下行裂隙"发育规律,发现了"上行裂隙"和"下行裂隙"的导通性决定着隔水岩组的隔水性。通过理论分析,给出了"上行裂隙带"发育高度和"下行裂隙带"发育深度的计算公式,建立了以隔水岩组厚度与采高之比(隔采比)为指标的隔水岩组隔水性判据。据此,提出了保水开采分类方法,基于神府矿区条件给出了分类指标范围。

关键词：浅埋煤层隔水岩组隔水性采动裂隙保水开采

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浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类

岩石力学与工程学报 2010年第A2期29卷 3622-3627页

作者：黄庆享西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂... 详细信息

通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂隙发育程度与采高和隔水岩组的关系,提出以隔采比为指标的隔水性判据,由此将保水开采分为自然保水开采、可控保水开采和特殊保水开采3类,为浅埋煤层保水开采提供科学依据。

关键词：采矿工程浅埋煤层覆岩隔水性保水开采

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煤体注水渗流模型构建及微观主控影响规律

工程科学学报 2025年第2期47卷 271-281页

作者：王恩茂王刚解树亮魏宏钊冯净梁瀚丹山东科技大学安全与环境工程学院青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地青岛266590

煤层注水技术是目前矿井除尘的主要技术手段之一,起到润湿煤体、源头减尘的作用.但随着开采深度的增加,煤体孔隙率相对较低,极大影响煤层注水的润湿效果.因此,为了提高煤层注水的效果,结合煤体固有属性、孔隙尺度等影响因素,首先,引入... 详细信息

煤层注水技术是目前矿井除尘的主要技术手段之一,起到润湿煤体、源头减尘的作用.但随着开采深度的增加,煤体孔隙率相对较低,极大影响煤层注水的润湿效果.因此,为了提高煤层注水的效果,结合煤体固有属性、孔隙尺度等影响因素,首先,引入连通孔隙率,建立了包含孔喉、等效孔径、有效孔隙率、毛细管束、迂曲度、流动路径在内的渗流模型;其次,采用高精度射线显微镜(μ-CT)对内蒙古煤矿、同富新煤矿、梅花井煤矿、大黄山煤矿以及磁窖沟煤矿5个煤矿的不同变质程度煤进行扫描,三维重建可视化煤体微观有效孔隙结构,运用分形理论,提取煤体有效连通孔隙结构参数进行计算;再次,通过实验对5个煤矿不同变质程度的煤进行渗透率实测;最后,引入“敏感度”来表征每种影响因素对渗流量的影响程度,运用Morris筛选法,将数值分析法与渗流模型相耦合,定量筛选了煤体坚固性系数、迂曲度分形维数、有效孔隙率、体积分形维数、孔喉半径等主控因素,并分析了各主控因素对注水能力的影响规律.本研究建立了一个综合煤体坚固性系数、迂曲度分形维数、有效孔隙率、体积分形维数和孔喉半径的渗流模型.分析表明,影响注水能力的主控因素依次为煤体坚固性系数、迂曲度分形维数、有效孔隙率、体积分形维数和孔喉半径.注水能力与煤体坚固性系数呈正弦函数关系,随着有效孔隙率的增加,迂曲度分形维数和体积分形维数的减小,注水能力增强.研究结果可为进一步完善煤层注水渗流理论、增强煤层注水润湿效果,防治矿井粉尘灾害提供理论依据.

关键词：煤层注水有效连通孔隙渗流模型主控因素计算机断层扫描

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急斜煤层残留高阶段煤柱动力失稳机理研究

采矿与安全工程学报 2018年第1期35卷 133-139页

作者：曹建涛来兴平闫瑞兵西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱... 详细信息

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱动力失稳机理,提出了覆层残留高阶段煤柱诱发失稳防治措施,开展了基于微震监测的动力失稳防治效果评估。结果表明:急斜特厚煤层综放工作面推近及推过高阶段煤柱过程中形成的应力持续性高度集中是诱发动力失稳产生的力源;工作面前方的应力增高区与煤柱形成的应力集中区产生叠加效应,应力集中系数最高达到3.7倍;将距高阶段煤柱不同位置时工作面前方支承压力峰值划分为3个区域(平稳区、过渡区、叠加区),确定高阶段煤柱诱发动力失稳危险区在煤柱前方0~60 m。动力失稳防治实践表明:采取煤岩注水、卸压爆破耦合致裂措施对上覆残留高阶段煤柱解危,利用微震监测系统完成解危效果评估,保障工作面安全通过了上覆残留高阶段煤柱的危险区域。

关键词：急斜特厚煤层覆层残留煤柱剪切滑移破坏动力失稳微震监测

浅埋极近距采空区下工作面顶板结构及支架载荷分析

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岩石力学与工程学报 2018年第A1期37卷 3153-3159页

作者：黄庆享曹健贺雁鹏西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

针对浅埋极近距离煤层采空区下开采支架载荷确定难题,以神府矿区某矿极近距离煤层开采条件为背景,采用物理相似模拟实验和理论分析方法,揭示了采空区垮落顶板二次采动结构的运动特征,建立了极近距离采空区下开采顶板结构模型,得出了支... 详细信息

针对浅埋极近距离煤层采空区下开采支架载荷确定难题,以神府矿区某矿极近距离煤层开采条件为背景,采用物理相似模拟实验和理论分析方法,揭示了采空区垮落顶板二次采动结构的运动特征,建立了极近距离采空区下开采顶板结构模型,得出了支架载荷计算公式。研究表明,上层煤顶板垮落稳定后在采空区形成"自由冒落区"和"斜柱条梁区"。极近距离下煤层开采时,"斜柱条梁区"的顶板结构运动分为铰接离层段和沉降压实段,通过建立这2个阶段的顶板结构模型,给出了支架载荷计算公式,确定了以沉降压实段的支架载荷作为工作面支架选型的依据,通过石圪台煤矿浅埋极近距离煤层开采实践分析,验证了公式的可靠性。

关键词：采矿工程极近距离煤层自由冒落区斜柱条梁区顶板结构支架载荷

大倾角软煤综放工作面倾斜方向顶煤区划破坏特征

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采矿与安全工程学报 2018年第3期35卷 553-560页

作者：伍永平郎丁解盘石王红伟西安科技大学能源学院教育部重点实验室西部矿井开采及灾害防治陕西西安710054

基于理论分析、数值模拟计算与物理相似材料模拟实验方法揭示了沿工作面倾斜方向不同外部载荷作用下顶煤的损伤劣化机理与程度。结果表明:采场非对称分布的支承压力对顶煤的"预破碎"具有区划作用,但影响程度有限。顶煤最终的破碎程度主... 详细信息

基于理论分析、数值模拟计算与物理相似材料模拟实验方法揭示了沿工作面倾斜方向不同外部载荷作用下顶煤的损伤劣化机理与程度。结果表明:采场非对称分布的支承压力对顶煤的"预破碎"具有区划作用,但影响程度有限。顶煤最终的破碎程度主要受其上覆岩层"施载源"的组构与运动模式影响,倾斜方向该"施载源"的形成层位自下而上逐渐向高位跃迁,且在采空区非均匀充填作用影响下倾斜方向不同区域"施载源"内部破断顶板的"运动空间"存在显著差异,最终导致顶煤沿倾斜方向的破碎程度呈"上部最大,中部次之,下部最小"的区划特征。生产现场支架稳定性沿倾斜方向的分布进一步验证了顶煤的区划破坏特征。

关键词：煤体损伤采动应力场岩体结构变异围岩控制

含煤线夹矸岩体力学特性及变形破坏特征的数值实验

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采矿与安全工程学报 2022年第6期39卷 1198-1209页

作者：伍永平汤业鹏解盘石胡博胜刘宝恒西安科技大学能源学院教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

为探究含不同煤线夹矸岩体的力学特性及变形破坏特征,基于颗粒流PFC2D数值模拟软件,分别建立了不同煤线层数、厚度、倾角的夹矸岩体单轴加载数值实验模型,研究了煤线层数、煤线厚度、煤线倾角对夹矸岩体力学特性及变形破坏的影响机制,... 详细信息

为探究含不同煤线夹矸岩体的力学特性及变形破坏特征,基于颗粒流PFC2D数值模拟软件,分别建立了不同煤线层数、厚度、倾角的夹矸岩体单轴加载数值实验模型,研究了煤线层数、煤线厚度、煤线倾角对夹矸岩体力学特性及变形破坏的影响机制,以及不同煤线倾角夹矸岩体变形破坏过程中的能量演化特征。研究结果表明:相同含煤比重下,煤线厚度对夹矸岩体的影响要显著于煤线层数,煤线层数的改变对夹矸的弹性模量和抗压强度的影响较大,对夹矸破坏形式影响较小,而煤线厚度的改变则易引起破坏形式的改变;夹矸岩体的弹性模量和单轴抗压强度相对于煤线倾角的关系曲线均近似呈“U”形,即随煤线倾角的增大,均表现为先减小后增大的变化规律,但二者近似取得最小值的角度不同,弹性模量在45°左右达到最小值,而单轴抗压强度最小值则出现在倾角约为60°;随煤线倾角增大,夹矸的破坏模式将呈现岩石主控压裂破坏-煤线主控滑移破坏-煤线主控劈裂破坏的演变特征;夹矸岩体变形破坏过程中的能量演化亦表现出一定的倾角效应,各加载阶段,夹矸内应变能、黏结能、摩擦能、动能相对于边界能占比随煤线倾角的变化曲线,也近似呈现出以45°为对称轴而两侧较为平缓的“U”形。

关键词：夹矸力学特性变形破坏颗粒流倾角效应