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深井软岩巷道围岩蠕变失稳机理与关键控制技术

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煤矿安全 2024年第3期55卷 190-198页

作者：任帅鲁德超罗勇肖殿才康志鹏童政淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室安徽淮南232000 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南232000

治理深部软岩巷道围岩蠕变失稳是实现安全采掘作业的必要前提,以顾桥煤矿为工程背景,采用实验测试、理论分析、工业性实验、现场监测等方法进行深入研究。结果表明:顾桥矿深部巷道围岩强度较弱,浸水后容易导致长期强度、弹性模量、黏聚... 详细信息

治理深部软岩巷道围岩蠕变失稳是实现安全采掘作业的必要前提,以顾桥煤矿为工程背景,采用实验测试、理论分析、工业性实验、现场监测等方法进行深入研究。结果表明:顾桥矿深部巷道围岩强度较弱,浸水后容易导致长期强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角较大幅度下降,岩石软化、底板松动圈持续扩展以及围岩整体稳定性降低;围岩内外承载结构的特殊形状近似竖向椭圆。以改善承载结构的稳定性为基点,提出了底板深孔注浆技术,底板深孔注浆可以快速改变承载结构形状,将不稳定的近似竖向椭圆形状转变为稳定性很高的近似圆形形状。

关键词：围岩控制软岩蠕变失稳机理深部巷道注浆加固底板深孔注浆

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静态破碎剂性能分析及致裂效果实验研究

科学技术与工程 2024年第4期24卷 1740-1748页

作者：康志鹏罗勇余国锋王共元段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司淮南232001 煤炭开采国家工程技术研究院淮南232001 深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室淮南232001 中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室徐州221000

为解决现有煤矿井工开采过程中预裂爆破安全性低、适用性差以及水压致裂条件苛刻,破岩效果弱的问题,提出静态致裂的方法,通过研究不同影响条件下静态破碎剂的反应状态和致裂效果,对不同拌合水温、水灰比条件下的静态破碎剂反应温度、反... 详细信息

为解决现有煤矿井工开采过程中预裂爆破安全性低、适用性差以及水压致裂条件苛刻,破岩效果弱的问题,提出静态致裂的方法,通过研究不同影响条件下静态破碎剂的反应状态和致裂效果,对不同拌合水温、水灰比条件下的静态破碎剂反应温度、反应时间、反应体积变化、岩样致裂效果、应力变化进行了研究。结果表明:水灰比一定,静态破碎剂完全反应时间随拌合水温升高而降低,但最终反应完全后温度不变;相同拌合水温条件下,水灰比越小,静态破碎剂反应时间越短,反应速率越快;水灰比越小,混凝土试件开裂时间越短,水灰比越大,开裂时间越长,开裂效果与裂缝位置有关,块体应变呈现先增后减的趋势。

关键词：静态破碎剂水灰比拌合水温致裂效果应力变化

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特厚煤层低位双硬顶板破断失稳规律试验研究

矿业研究与开发 2024年第1期44卷 48-53页

作者：康志鹏罗勇段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤碳安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232001 淮河能源控股集团有限责任公司、深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南市232001

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表... 详细信息

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表明:下位坚硬顶板自离层萌生到全部垮落工作面累计推进36m,推进60m时发生初次失稳破断,垮落厚度为4.2m,破断角为60°,顶板断裂线距煤壁5.8m,周期垮落步距约为23~25m;上位坚硬顶板自下分层垮落到完全垮落工作面累计推进23m,破断步距约为55~65m,破断角与上位坚硬顶板一致;位移监测结果显示,下位坚硬顶板与软弱夹层中下部分、上位坚硬顶板与软弱夹层上分层以及其上覆软弱岩层运动规律保持一致;双硬顶板破断失稳在采空区侧形成一定范围的应力升高区,应力峰值为23MPa,应力集中系数为1.57,应力峰值距影响范围为20m;下位坚硬顶板破断形成“短悬臂梁”结构,该结构随工作面回采动态前移形成小周期来压,上位硬顶破断形成“长砌体梁”结构,该结构破断失稳动载作用于下部“短悬臂梁”,使得其提前破断而共同作用于工作面支护体,形成大周期来压。研究结果可为特厚煤层开采多层硬顶条件下的围岩控制提供理论依据。

关键词：特厚煤层双硬顶板相似模拟破断失稳

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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受载砂岩变形破坏过程磁场响应规律研究

岩土力学 2024年第6期45卷 1803-1812页

作者：殷山宋大钊王恩元何学秋李忠辉刘晓斐刘玉冰中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 中国矿业大学煤岩动力灾害防控理论与技术国家矿山安全监察局重点实验室江苏徐州221116

探寻岩石破坏过程新的物理响应规律,将会推动岩体监测预警技术的发展。利用磁通门弱磁检测技术,开展了单轴加载和循环加卸载砂岩受载破坏磁场监测试验,测试了砂岩在变形破坏过程中的磁场信号,分析了磁场与载荷、声发射之间的关系。结果... 详细信息

探寻岩石破坏过程新的物理响应规律,将会推动岩体监测预警技术的发展。利用磁通门弱磁检测技术,开展了单轴加载和循环加卸载砂岩受载破坏磁场监测试验,测试了砂岩在变形破坏过程中的磁场信号,分析了磁场与载荷、声发射之间的关系。结果表明:砂岩在变形破坏过程中能够产生磁场信号,在单轴加载过程中,随着载荷增加,压密阶段磁场信号波动上升,波动系数较大;弹性阶段磁场信号稳定增大,波动系数变小;塑性阶段磁场信号显著增加,塑性阶段后期波动系数开始增大;破坏阶段磁场信号快速增加,波动系数变化较大,与试样载荷降和主破坏对应。相对于波动系数,磁场信号方差在前3个受载阶段较为稳定,破坏阶段的方差逐渐增大,并出现显著突变。在循环加卸载过程中,当载荷增加时磁场信号逐渐增大,载荷减小时磁场信号逐渐减小,试样临近失稳破坏时,磁场信号快速增加,显著高于前期循环加卸载过程。磁场信号与声发射计数具有较好的对应关系,表明磁场的产生与试样变形破坏密切相关。在岩体变形破坏过程中,矿物颗粒发生非均匀变形,界面处的电平衡被打破,自由电荷产生、迁移,引起电流变化,运动电荷或电流变化产生了磁场信号。利用磁场信号评估岩体的稳定性,有望成为一种无损、非接触、可连续监测的新方法。

关键词：砂岩变形破坏磁场信号循环加卸载监测预警

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深部煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸留设研究

煤炭技术 2024年第7期 44-47页

作者：任帅肖殿才罗勇淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司

采用实验室实验、数值模拟、现场实验等方式进行研究，确定深部煤层的沿空掘巷小煤柱合理尺寸。通过物理力学实验，获得了淮南矿区丁集矿1121(3)工作面煤岩的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等... 详细信息

采用实验室实验、数值模拟、现场实验等方式进行研究，确定深部煤层的沿空掘巷小煤柱合理尺寸。通过物理力学实验，获得了淮南矿区丁集矿1121(3)工作面煤岩的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等参数。测量了该区域的地应力，为后续的理论计算、数值模拟提供了可靠的数据。采用数值模拟的方法研究，综合考虑沿空留巷煤柱的应力、竖向位移、塑性区分布特征情况，兼顾煤炭采出率及预防冲击现象，初步确定煤柱宽度为5 m较为合适。工业性实验监测数据显示顶板的位移范围最大值为86 mm，两帮最大范围为145 mm。在一定程度上达到了巷道围岩的控制要求，5 m煤柱尺寸具有一定的科学性与合理性。

关键词：深部煤层沿空掘巷小煤柱合理尺寸数值模拟

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A组煤底板灰岩地质异常体地震响应特征研究

能源与环保 2024年第4期46卷 112-117页

作者：任帅罗勇肖殿才高翔余国锋任波淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232000 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南232000 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232000

淮南矿区A组煤的安全高效开采是保证华东地区能源供应的重要前提,准确掌握地下煤层的构造形态、发育情况是安全生产和减少事故发生的必要条件。以张集矿1613A工作面为工程背景,采用被动成像和噪声成像技术,对工作面顶底板的微地震监测... 详细信息

淮南矿区A组煤的安全高效开采是保证华东地区能源供应的重要前提,准确掌握地下煤层的构造形态、发育情况是安全生产和减少事故发生的必要条件。以张集矿1613A工作面为工程背景,采用被动成像和噪声成像技术,对工作面顶底板的微地震监测资料进行分析,工作面已注浆治理的断层破碎带附近微地震事件较多,最深达到工作面下方约80 m的位置,有效验证了该断层破碎带的存在。通过反演的方法分析检波器中接收到的波形信号,获取工作面附近的波速场信息;利用西二、西三_(1)煤采区三维偏移数据体,计算了多种属性,研究了已揭示地质异常体的地震响应特征和属性特征,发现本区构造与地质异常体的研究需要特别注意蚂蚁体、最大曲率、最小曲率、局部异常、落差5个属性的指示作用。研究表明,以三维偏移数据体为基础,提取的各个属性对大断层均有显示,能够进行有效解释;对落差较小断层显示较好的属性是蚂蚁体属性和最大曲率、最小曲率、局部异常、落差属性。

关键词： A组煤地质异常体微震监测三维地震属性响应特征

冲击压缩载荷作用下损伤砂岩的动态能量演化及破碎特征

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Applied Geophysics 2024年第2期21卷 232-245,418,419页

作者：郑强强钱佳威李萍丰殷志强赵桓庭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 非煤露天矿山安全智能开采国家矿山安全监察局重点实验室广东肇庆526530 河海大学海洋学院江苏南京210024 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 安徽至博光电科技股份有限公司安徽合肥230088 宏大爆破工程集团有限公司湖南长沙410011

开挖和构造运动等外部扰动使岩体处于不同程度的损伤状态,损伤岩体内缺陷的产状、密度和大小与预制裂隙岩体存在显著的差异。本研究基于Weibull分布,分析了冲击载荷作用下损伤岩体的耗能密度增长率与静态损伤因子之间的理论关系,并通过... 详细信息

开挖和构造运动等外部扰动使岩体处于不同程度的损伤状态,损伤岩体内缺陷的产状、密度和大小与预制裂隙岩体存在显著的差异。本研究基于Weibull分布,分析了冲击载荷作用下损伤岩体的耗能密度增长率与静态损伤因子之间的理论关系,并通过室内试验开展验证。采用不同上限静态预压后使砂岩处于不同程度的损伤状态,并用CT成像进行验证。然后,利用高速摄像机和几何分形技术探究了不同驱动压力作用下不同损伤砂岩的破裂过程和破碎特征。实验结果验证了耗能密度增长率关于静态损伤因子的函数关系式服从Weibull分布,耗能密度增长率随着损伤因子的增加逐渐增大;随着砂岩损伤程度或驱动压力的增加,破碎岩块的数量和破碎程度都增加。这些研究成果扩展了岩石动力学理论,验证了冲击载荷下损伤砂岩的能量演化、破裂过程和碎裂特征,还为动力灾害显现下岩体的风险解危提供了参考。

关键词：损伤岩石能量演化破碎特征动力响应

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岩质边坡结构面交互式识别技术与系统研发

金属矿山 2024年第1期 80-89页

作者：代永新徐全卢敬标李子健张思远杨月明中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000 山东大学土建与水利学院山东济南250061 非煤露天矿山灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽马鞍山243000 金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000

岩质边坡中的岩体结构面调查与分析是进行边坡稳定性分析的基础工作之一。然而,传统手段获取边坡岩体结构面存在效率低、安全性差、主观性高、数字化程度低以及流程繁琐等不足。基于三维重建SFM算法,深入研究了高精度大场景露天矿边坡... 详细信息

岩质边坡中的岩体结构面调查与分析是进行边坡稳定性分析的基础工作之一。然而,传统手段获取边坡岩体结构面存在效率低、安全性差、主观性高、数字化程度低以及流程繁琐等不足。基于三维重建SFM算法,深入研究了高精度大场景露天矿边坡岩体三维实景模型重建方法,并融合高精度边坡岩体三维实景模型中的空间和纹理特征信息,构建了以Opengl图形库为基底的可视化交互系统,实现了岩质边坡高精度三维实景模型的高效采集和可视化操作。同时,将不共线三点确定一个平面的理论应用到结构面识别中,实现岩体结构的交互式精准识别。在此基础上,开发了岩质边坡结构面识别系统,并以某露天矿边坡为研究对象,结合岩体力学基本理论深度挖掘岩体结构信息解译结果,对边坡稳定性进行了详细分析。研究结果表明:该系统能够使岩质边坡的稳定性分析与灾害防控更具有及时性、高效性、准确性,具备广泛的应用前景。

关键词：岩质边坡无人机边坡稳定性倾斜摄影结构面识别