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特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理参数数值模拟研究
1
作者 翟新献 任柱安 +4 位作者 方建厂 张志勇 卢德芳 赵晓凡 郭钊洋 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期1-10,共10页
目前钻孔卸压技术为冲击地压矿井巷道掘进期间防冲主要措施之一,钻孔布置和参数决定着卸压效果。目的为了探讨特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理布置参数,方法基于耿村煤矿综放工作面运输巷道地质采矿条件,利用数值计算方法研究掘进巷... 目前钻孔卸压技术为冲击地压矿井巷道掘进期间防冲主要措施之一,钻孔布置和参数决定着卸压效果。目的为了探讨特厚煤层掘进巷道两帮卸压钻孔合理布置参数,方法基于耿村煤矿综放工作面运输巷道地质采矿条件,利用数值计算方法研究掘进巷道两帮在单排布置时孔深、孔径、孔间距,双排布置时排距等不同参数条件下,巷道围岩应力云图和两帮垂直应力分布特征。结果结果表明:(1)单排布置卸压钻孔时,随着孔深、孔径递增,巷道两帮高应力区逐渐向深部围岩转移,而巷道两帮浅部围岩处于低应力区。(2)当钻孔孔深、孔径达到一定值时,巷道两帮支承压力由“单峰型”转化为“双峰型”,浅部围岩处于临界卸压状态;随着孔深、孔径继续增加,巷道两帮处于过度卸压状态。(3)利用卸压后、无卸压时巷道两帮高应力区向深部围岩的转移量ΔL、峰值应力处距巷道表面距离的比值η表示临界卸压和过度卸压状态,确定出卸压钻孔的合理参数。在耿村煤矿13230综放工作面运输平巷进行超前钻孔卸压和锚网索+36U型可缩性金属支架二级支护后,对巷道两帮实施钻孔卸压防冲,效果显著。结论研究结果对冲击地压矿井回采巷道掘进期间的卸压防冲具有指导和借鉴意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 回采巷道 钻孔卸压 支承压力 钻孔参数
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冲击作用下含水煤样能量吸收和耗散规律及本构关系研究 被引量：6
2
作者 翟新献 翟俨伟 +3 位作者 刘勤裕 赵晓凡 任柱安 郭钊洋 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期202-211,共10页
煤层注水是综放开采回采巷道预防冲击地压的主要措施之一。为了研究含水煤样动态力学性质和力学参数,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水率的圆柱形煤样进行单轴冲击压缩试验,研究含水率和冲击速度对煤样动态应力-应变曲线、动... 煤层注水是综放开采回采巷道预防冲击地压的主要措施之一。为了研究含水煤样动态力学性质和力学参数,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水率的圆柱形煤样进行单轴冲击压缩试验,研究含水率和冲击速度对煤样动态应力-应变曲线、动态力学参数以及耗散能变化规律的影响。研究结果表明:①煤样动态力学参数与冲击速度和含水率有关。当煤样含水率一定时煤样动态抗压强度、动态弹性模量与冲击速度成正相关;而冲击速度一定时煤样动态抗压强度、动态弹性模量与含水率成负相关;②在冲击过程中煤样的损伤耗散能直接反映煤样中微裂隙发育程度,随着冲击时间的增加,煤样损伤耗散能增大,煤样坍塌破坏时损伤耗散能达到最大值。当含水率一定时煤样破坏耗散能与冲击速度成正相关;而冲击速度一定时煤样破坏耗散能与含水率成负相关;③损伤因子定义为煤样损伤耗散能与破坏耗散能的比率。基于煤样单轴冲击压缩试验结果,建立了煤样损伤体-黏弹性本构模型和本构关系,对不同含水率煤样动态应力-应变试验曲线进行理论拟合,理论拟合曲线与试验曲线拟合度高,因此理论曲线可用来表示单轴冲击压缩煤样的应力-应变关系。研究结论为冲击地压矿井深孔煤层注水预防冲击地压提供了理论基础。 展开更多
关键词 煤样 含水率 动载荷 霍普金森压杆(SHPB) 动态力学性质 耗散能 本构关系
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不同含水率煤样单轴冲击力学性质试验研究 被引量：3
3
作者 翟新献 刘勤裕 +2 位作者 赵晓凡 任柱安 郭钊洋 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第5期18-28,共11页
目前,巷道煤层注水是预防综放开采煤岩体冲击地压的有效技术措施之一。利用义马矿区耿村煤矿综放工作面煤样,在室内进行煤样吸水性试验后,制作成不同含水率的圆柱形煤样,进行霍普金森(SHPB)单轴冲击试验,研究冲击速度和含水率对煤样动... 目前,巷道煤层注水是预防综放开采煤岩体冲击地压的有效技术措施之一。利用义马矿区耿村煤矿综放工作面煤样,在室内进行煤样吸水性试验后,制作成不同含水率的圆柱形煤样,进行霍普金森(SHPB)单轴冲击试验,研究冲击速度和含水率对煤样动态力学性质的影响。结果表明:(1)煤样含水率与浸水时间呈正相关。按照含水率-浸水时间曲线拐点,将煤样浸水过程划分为2个阶段即前期浸水和后期浸水阶段。(2)煤样动态力学参数均与煤样冲击速度和含水率有关。当煤样含水率一定时,随着冲击速度增大,煤样动态抗压强度和动态弹性模量均与冲击速度呈正相关;当煤样冲击速度一定时,随着含水率升高,煤样动态抗压强度和动态弹性模量均与含水率呈负相关。(3)根据屈服强度和峰值强度,将煤样单轴动态应力-应变全过程划分为3个变形阶段即弹性阶段、屈服阶段和应变软化阶段,回归出煤样各阶段应力-应变拟合方程。研究结果可为冲击地压矿井深孔煤层注水防冲措施的实施和应用提供参考。 展开更多
关键词 煤样 单轴冲击 冲击速度 含水率 SHPB 动态力学性质
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三维动静载荷作用下组合煤岩样动态力学特性及本构关系
4
作者 翟新献 赵晓凡 +4 位作者 钱红亮 刘勤裕 任柱安 郭钊洋 肖同强 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1011-1024,共14页
为研究冲击倾向性煤层巷道底板煤岩体的动态力学特性,利用分离式霍普基森压杆(SHPB)试验系统,采用耿村煤矿综放开采回采巷道的煤样和底板岩样,进行圆柱形组合煤岩样动静载荷冲击压缩试验,研究煤岩组合比、冲击速度和围压对组合煤岩样动... 为研究冲击倾向性煤层巷道底板煤岩体的动态力学特性,利用分离式霍普基森压杆(SHPB)试验系统,采用耿村煤矿综放开采回采巷道的煤样和底板岩样,进行圆柱形组合煤岩样动静载荷冲击压缩试验,研究煤岩组合比、冲击速度和围压对组合煤岩样动态力学性能的影响。试验结果表明:依据动态应力-应变曲线,将煤岩样冲击压缩变形过程划分为4个阶段,在屈服阶段煤岩样变形出现数次应力屈服平台;试件动态抗压强度、屈服强度均与煤岩组合比负相关,煤岩样动态峰值强度、变形模量、极限应变等均与冲击速度呈线性正相关,动态峰值应变、极限应变和残余应变均与围压负相关。基于统计损伤理论,建立三维中应变率组合煤岩样黏弹性时效损伤本构关系。理论曲线与室内试验曲线拟合度较高,可用来表示三轴动静载作用下组合煤岩样动态应力-应变关系。研究结论为冲击地压矿井深部开采时煤岩样变形失稳机理研究提供理论支撑。 展开更多
关键词 组合煤岩样 SHPB 煤岩组合比 冲击速度 围压 动态力学性质 本构关系
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综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型及其应用 被引量：9
5
作者 翟新献 赵晓凡 +4 位作者 翟俨伟 钱红亮 刘勤裕 任柱安 郭钊洋 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期241-254,共14页
放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动直接影响到采场矿压显现,上覆巨厚砾岩层断裂下沉造成综放面出现大能量微震事件.基于河南省西部矿区某煤矿13230综放面地质采矿条件,利用相似模拟试验和理论分析研究了综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断... 放顶煤开采上覆巨厚砾岩层变形移动直接影响到采场矿压显现,上覆巨厚砾岩层断裂下沉造成综放面出现大能量微震事件.基于河南省西部矿区某煤矿13230综放面地质采矿条件,利用相似模拟试验和理论分析研究了综放开采上覆巨厚砾岩层离层和断裂力学模型.基于巨厚砾岩层发育特征,以中部弱面为界将其划分为下位和上位砾岩层.相似模拟得到了综放开采砾岩层与下伏岩层之间离层的时空演化规律,将离层演化过程划分为“孕育阶段—加速阶段—缓慢扩展阶段—稳定阶段”4个阶段;模拟得到了砾岩层初次和周期垮落体为四棱柱体,推出了垮落体对综放面冲击能量计算式;建立了综放开采巨厚砾岩层离层和断裂力学模型,推出了离层量和砾岩层初次垮落步距计算式.现场微震系统监测结果表明,巨厚砾岩层下、上位砾岩层的初次和周期垮落产生的震动场都将对综放面煤岩体产生冲击,在综放面前方煤岩体出现大能量的矿震,其中下位砾岩层断裂时对综放面冲击最严重.研究结论对巨厚砾岩层下综放开采时地面减沉和井下冲击地压预测防治具有重要的指导意义. 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 巨厚砾岩层 离层 变形移动 矿震
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综放开采上覆巨厚砾岩层变形垮落冲击相似模拟研究 被引量：3
6
作者 翟新献 赵晓凡 +1 位作者 郭钊洋 任柱安 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期1018-1030,共13页
巨厚砾岩层的垮落对下伏综放工作面前方的煤岩体造成冲击,甚至诱发冲击地压。论文以耿村煤矿13230综放工作面为工程背景,利用相似模拟试验和理论分析,研究综放开采过程中砾岩层变形移动垮落特征、声发射和震动加速度响应特征等。研究结... 巨厚砾岩层的垮落对下伏综放工作面前方的煤岩体造成冲击,甚至诱发冲击地压。论文以耿村煤矿13230综放工作面为工程背景,利用相似模拟试验和理论分析,研究综放开采过程中砾岩层变形移动垮落特征、声发射和震动加速度响应特征等。研究结果表明:综放开采上覆巨厚砾岩离层后处于悬顶状态,当砾岩层底部高倾角采动裂隙向上扩展与上部次生裂隙相互连通且贯穿砾岩层时,砾岩层发生初次垮落;垮落体对下伏综放面煤岩体产生冲击作用。综放工作面超前支承压力具有“单峰”特征;砾岩层初次垮落时超前支承压力的峰值应力集中系数最大;综放工作面后方采空区底板处于低应力区。声发射事件定位反映出砾岩层中主控裂隙的孕育产生、扩展演化以及砾岩层垮落的全过程;砾岩层初次垮落前声发射事件数较多,垮落后声发射事件数显著降低;声发射事件参数即最大幅值、振铃计数和绝对能量均与工作面推进度有关,砾岩层初次垮落前声发射事件参数均达到极值,初次垮落以后声发射事件参数均显著降低;砾岩层初次垮落具有强冲击和瞬时性的特征。研究结论为义马矿区综放开采围岩控制和冲击地压防治提供技术支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 巨厚砾岩层 垮落冲击 超前支承压力
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