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无煤柱自成巷力学原理及其工法 被引量：34
1
作者 何满潮 高玉兵 +1 位作者 盖秋凯 杨军 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期19-30,共12页
煤炭是我国的支柱能源,煤炭工业是关系我国能源安全的重要基础产业。长期以来,我国地下煤炭资源开采一直以井工长壁121工法为主,这种开采体系存在煤炭资源浪费、巷道掘进率高、煤柱应力集中等问题。为解决现行开采体系存在的安全、开采... 煤炭是我国的支柱能源,煤炭工业是关系我国能源安全的重要基础产业。长期以来,我国地下煤炭资源开采一直以井工长壁121工法为主,这种开采体系存在煤炭资源浪费、巷道掘进率高、煤柱应力集中等问题。为解决现行开采体系存在的安全、开采成本和煤炭采出率三大瓶颈和突出问题,建立了基于采矿损伤不变量方程的采矿工程模型,分析了无煤柱自成巷力学原理。在此基础上,研发了顶板定向预裂卸压、NPR锚杆/索支护等成巷控制关键技术,实现了“拉得住、切得开、下得来、护得好”的技术目标,形成了无煤柱自成巷110/N00工法开采体系。110工法把采煤与掘进2套工序初步统一起来,使每个采煤工作面减少1条巷道的掘进,实现了无煤柱开采。N00工法则把采煤与掘进2套工序有机统一起来,利用矿压自动成巷,从而取消了回采巷道的掘进,彻底消除了采掘接续紧张的“老大难”问题。现场实践表明,110工法通过超前工作面预裂切顶卸压,利用矿山压力做功和垮落矸石的碎胀性实现留巷围岩自平衡。N00工法革新了原有采煤工艺,改变了传统采煤系统布局,实现了全采区无巷道掘进和无煤柱开采。 展开更多
关键词 无煤柱开采 切顶卸压 110工法 N00工法 沿空留巷 平衡开采
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荣康煤矿切顶留巷无煤柱开采技术研究与应用 被引量：1
2
作者 李永进 王英豪 +3 位作者 杨玉华 盖秋凯 张星星 高玉兵 《中国矿业》 2023年第S01期288-294,共7页
为解决煤炭资源回收率低、采掘接替紧张及煤柱应力集中问题,以降本提效、安全生产为目标,在荣康煤矿11004工作面开展了切顶留巷无煤柱开采技术研究。基于“切顶短臂梁”理论提出了荣康煤矿无煤柱自成巷技术工艺流程;在此基础上,通过理... 为解决煤炭资源回收率低、采掘接替紧张及煤柱应力集中问题,以降本提效、安全生产为目标,在荣康煤矿11004工作面开展了切顶留巷无煤柱开采技术研究。基于“切顶短臂梁”理论提出了荣康煤矿无煤柱自成巷技术工艺流程;在此基础上,通过理论分析对试验工作面切顶参数进行了设计,确定了顶板预裂爆破切缝、顶板补强支护及动压区域加强支护关键参数,并采用离散元数值模拟方法对切顶留巷效果进行模拟验证;开展了现场工程试验并对支护结构受力及围岩变形进行了矿压监测。研究结果表明,采用切顶留巷无煤柱开采技术卸压效果明显,围岩变形较小,留巷可以满足安全生产要求。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 无煤柱开采 预裂爆破
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闭坑矿井积水对相邻生产矿井防治水的影响 被引量：11
3
作者 许延春 盖秋凯 +3 位作者 黄磊 禹云雷 沈星宇 庞龙 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期96-101,共6页
为研究闭坑矿井积水对相邻生产矿井安全开采的影响,以三河尖煤矿闭坑为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方法多角度评价了三河尖-姚桥煤矿井田边界隔水煤(岩)柱安全性;并通过分析井田边界可能成为导水通道的钻孔、地质构造研究了三河... 为研究闭坑矿井积水对相邻生产矿井安全开采的影响,以三河尖煤矿闭坑为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方法多角度评价了三河尖-姚桥煤矿井田边界隔水煤(岩)柱安全性;并通过分析井田边界可能成为导水通道的钻孔、地质构造研究了三河尖煤矿闭坑积水对姚桥矿西翼采区安全开采的影响。研究结果表明:姚桥矿距F_(19)断层留设了平面距离为160 m的煤(岩)柱宽度,可抵抗由于三河尖煤矿闭坑导致的顺煤层方向上的水压,危险位置剖面Ⅰ—Ⅴ在充水前后边界隔水煤(岩)柱宽度Ha均满足安全要求;封闭不良钻孔与陷落柱造成姚桥矿严重突水的可能性较低;边界断层整体富水性差、导水性弱,但在采掘活化后存在导水的可能性。分析认为:姚桥矿规划的7煤防水煤柱线位置合理,可实现姚桥西翼采区的安全开采,研究成果可为姚桥矿及类似条件下闭坑水害防治提供技术依据。 展开更多
关键词 煤矿闭坑 矿井突水 煤柱评价 导水通道
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工作面过废弃巷顶板微震时空演化机制及危险性分区 被引量：10
4
作者 张党育 盖秋凯 +4 位作者 黄磊 李玉宝 沈星宇 赵立松 彭中鑫 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3805-3818,共14页
研究过废弃巷期间顶板微震响应的时空演化,对于掌握顶板岩层的损伤程度与运移特征具有重要意义。以东庞煤矿9212工作面过废弃巷为例,首先通过理论分析和微震监测对研究阶段进行划分,然后对不同阶段微震事件的平面、剖面分布以及空间位... 研究过废弃巷期间顶板微震响应的时空演化,对于掌握顶板岩层的损伤程度与运移特征具有重要意义。以东庞煤矿9212工作面过废弃巷为例,首先通过理论分析和微震监测对研究阶段进行划分,然后对不同阶段微震事件的平面、剖面分布以及空间位置关系进行分析,并通过能量离散系数(A_(E))和空间双因子(S,α)研究了顶板微震事件的能量差异与聚集特征;之后应用主成分分析与熵权法确定综合权重,并基于脆弱性指数法建立了危险性评价模型;最后使用GIS技术绘制3个阶段的危险性等级分区图。研究表明:①工作面过废弃巷期间共划分为3个研究阶段,分别为正常开采阶段、废弃巷超前影响阶段和过废弃巷阶段,各阶段分别以“低频次、低能量”、“低频次、高能量”、“高频次、高能量”为主要微震响应特征;②顶板关键层破断前,存在前后2个A_(E)异常区,前异常区以应力异常作为主要诱发因素,导致A_(E)突增到7以上,后异常区以周期来压作为直接诱因,引发连续性的大规模强震,其重要征兆为前异常区结束并出现A_(E)骤降的突变;③角度因子α一般集中在30°~60°,但在周期来压时α<30°,且关键层破断前的α会以>60°的高角度向上孕育,然后以<30°的小角度发生破断;面积因子S在高位关键层破断以及周期来压时会出现瞬时突增,而低位关键层超前断裂所导致的S较小,但煤岩体破碎程度较大;④3个研究阶段共划分为6个危险性等级,其中红色“Ⅰ级”危险区域发生顶板整体垮落以及大面积来压的可能性最大,其主要集中在过废弃巷阶段煤层上方0~60 m以及废弃巷超前影响阶段的顶板0~30 m内,并呈现上小、下大的分布形态。 展开更多
关键词 废弃巷 微震 时空演化 危险性评价 顶板
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大水矿区底板采动“两带”实测方法研究 被引量：5
5
作者 苗葳 许延春 +2 位作者 阚雪冬 黄磊 盖秋凯 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第3期116-119,共4页
依据底板采动"两带"不同工程特征,提出底板采动"两带"深度的确定方法,即利用底板钻孔注水法或底板钻孔视电阻率变化法测定底板导水破坏带;采用微震监测技术测定力学损伤带。通过在赵固二矿11050工作面运用底板钻孔... 依据底板采动"两带"不同工程特征,提出底板采动"两带"深度的确定方法,即利用底板钻孔注水法或底板钻孔视电阻率变化法测定底板导水破坏带;采用微震监测技术测定力学损伤带。通过在赵固二矿11050工作面运用底板钻孔视电阻率变化法,实测了底板导水破坏带的深度;在赵固一矿16001运用微震监测技术发现了力学损伤带受到采动破坏和底板高水压破坏的形态,具备关键含水层上部能量分布相对于下部更为密集的特点。研讨了底板采动"两带"的划分在大水矿区底板承压水害防治中应用的工程意义。底板采动"两带"划分的研究成果对于大水矿区矿井底板水害治理工程优化具有指导性作用。 展开更多
关键词 底板采动 底板突水 微震监测 实测“两带”
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基于因子分析法的焦作矿区底板突水模型研究 被引量：7
6
作者 盖秋凯 黄磊 赵霖 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期123-127,共5页
为研究焦作矿区工作面底板突水的主要影响因素和防治措施,选取地质构造λ_(1)、煤层厚度λ_(2),煤层倾角λ_(3)、工作面宽度λ_(4)、开采深度λ_(5)、含水层水头压力λ_(6)、隔水层平均强度λ_(7)、隔水层平均厚度λ_(8)作为研究变量,... 为研究焦作矿区工作面底板突水的主要影响因素和防治措施,选取地质构造λ_(1)、煤层厚度λ_(2),煤层倾角λ_(3)、工作面宽度λ_(4)、开采深度λ_(5)、含水层水头压力λ_(6)、隔水层平均强度λ_(7)、隔水层平均厚度λ_(8)作为研究变量,建立了焦作矿区工作面底板突水的因子分析模型。研究结果表明:焦作矿区底板突水的8个变量可归纳为采矿赋存因子、采矿设计因子、技术可变因子;得出了模型加权综合得分大于等于0.95时则突水危险性很大,且需采取相应的技术措施的判别标准;该因子分析模型在赵固二矿11011工作面成功应用并验证了其正确性。该研究成果对焦作矿区及类似地质条件下采掘工作面底板是否需要注浆加固或采取其他防治措施提供了一定的参考意义。 展开更多
关键词 因子分析法 焦作矿区 底板突水 突水模型 判别标准
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兖州矿区立井井筒非采动破裂的影响因素分析 被引量：2
7
作者 盖秋凯 庞龙 +1 位作者 沈星宇 马清明 《煤炭技术》 CAS 2020年第9期40-42,共3页
为定量分析兖州矿区立井井筒非采动破裂的影响因素及其相应的影响程度,基于破裂机理与该矿区的实测资料,选取松散冲积层厚度P1、施工方法 P2、井筒净直径P3、水位降P4和冲积层压缩速率P5作为评价指标,应用进阶的主成分分析法定量评价各... 为定量分析兖州矿区立井井筒非采动破裂的影响因素及其相应的影响程度,基于破裂机理与该矿区的实测资料,选取松散冲积层厚度P1、施工方法 P2、井筒净直径P3、水位降P4和冲积层压缩速率P5作为评价指标,应用进阶的主成分分析法定量评价各指标的影响程度,并给出综合防治建议。分析结果表明:各指标影响程度P4>P5>P1>P3>P2,其中P4与P5得分占总得分的81.59%,应为重点防治对象。研究成果对兖州矿区及深厚松散层下立井井筒非采动破裂防治具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 井筒破裂 影响因素 PCA法 定量评价 兖州矿区
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矿井闭坑充水对邻矿水害的影响研究 被引量：3
8
作者 沈星宇 黄磊 +3 位作者 盖秋凯 庞龙 禹云雷 张弛 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第11期221-226,共6页
为研究矿井闭坑后边界煤柱的稳定性和隔水性,运用FLAC3D数值模拟软件,通过研究三河尖矿井闭坑后地下水的运移及水位回升规律以及断层导水性的变化情况,对围岩破坏场和渗流场进行数值模拟,分析采空区充水后高水压下的渗流规律,考察围岩... 为研究矿井闭坑后边界煤柱的稳定性和隔水性,运用FLAC3D数值模拟软件,通过研究三河尖矿井闭坑后地下水的运移及水位回升规律以及断层导水性的变化情况,对围岩破坏场和渗流场进行数值模拟,分析采空区充水后高水压下的渗流规律,考察围岩破坏场和渗流场的耦合情况。结果表明:三河尖矿与姚桥矿工作面开采的破坏区域均未出现重叠导通的现象,满足对煤柱安全性的要求;采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,相对于不导水断层,导水断层渗流场波及范围明显增大;F19断层不导水与导水情况时,姚桥煤矿工作面塑性破坏场均未与三河尖煤矿工作面的渗流场贯通,边界煤柱的隔水性良好。 展开更多
关键词 闭坑矿井 采空区积水 隔水煤柱 断层导水性 渗流应力耦合
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浅部黏土层与地表饱水砂层平错隆起变形规律研究
9
作者 沈星宇 张二蒙 +2 位作者 费宇 盖秋凯 曹光明 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期51-59,共9页
受采动影响后的浅部饱水砂层具有移动流动性,为研究对其上覆黏土层变形的影响,采用专门物理模拟试验系统,研究了高潜水位的浅部饱水砂层受煤层采动影响后的活化规律,通过FLUENT模拟了注水加压条件下上覆黏土层形态和应力变化过程,分析... 受采动影响后的浅部饱水砂层具有移动流动性,为研究对其上覆黏土层变形的影响,采用专门物理模拟试验系统,研究了高潜水位的浅部饱水砂层受煤层采动影响后的活化规律,通过FLUENT模拟了注水加压条件下上覆黏土层形态和应力变化过程,分析了地表移动异常变形机理。研究结果表明:黏土层的移动变形是重力和渗透力共同作用的结果,自然安息角不能作为黏土层平错、隆起的主导因素;静水压力作用下砂层达到临界水力坡降使砂层活化流动,流砂层和黏土层产生流速差,出现黏土层平错和隆起现象,造成沉陷区异常扩展;从黏土层厚度由薄变厚的变化过程中,影响总体隆起高度的主要对象由砂层变为黏土层,黏土层厚度较大时,角度对砂层隆起高度影响较小;砂层角度与黏土层隆起长度、平错距离均呈正相关,且随角度的增加,变形速率逐渐加快,黏土层厚度与平错距离呈正相关,与隆起长度呈负相关,且厚度越小越易发生移动变形破坏,其中角度影响相对较大,砂层倾角的持续增大是导致层间错动加大、水平移动增加和地表沉陷影响范围扩大的主要原因。 展开更多
关键词 黏土层变形 饱水砂层 地表移动 平错隆起 沉陷区
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坚硬顶板无煤柱自成巷碎胀平衡机理与调控研究 被引量：9
10
作者 何满潮 盖秋凯 +1 位作者 高玉兵 张星星 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期831-844,930,共15页
无煤柱自成巷技术的核心是通过切顶卸压释放顶板中积聚的能量,利用采空区碎胀岩体的承载特性实现成巷围岩自平衡.坚硬顶板条件下,采空区顶板不易及时垮落,存在悬顶距离长、矸石块度大、碎胀不充分等问题.本文以坚硬顶板无煤柱自成巷为背... 无煤柱自成巷技术的核心是通过切顶卸压释放顶板中积聚的能量,利用采空区碎胀岩体的承载特性实现成巷围岩自平衡.坚硬顶板条件下,采空区顶板不易及时垮落,存在悬顶距离长、矸石块度大、碎胀不充分等问题.本文以坚硬顶板无煤柱自成巷为背景,首先分析了无煤柱自成巷碎胀平衡机理,得到了采空区矸石不同时段碎胀承载力学方程;然后,建立了坚硬顶板切顶短臂梁结构模型,明确了顶板变形的可控因素.在此基础上,以减小垮落矸石块度、增大碎胀程度为目标,提出了深浅孔耦合聚能爆破、预裂孔双量控制、支架循环加卸载等坚硬顶板碎胀综合调控方法,并于坚硬砂岩组顶板、巨厚砂砾岩顶板以及厚层灰岩顶板条件进行了工程试验.典型坚硬砂岩组顶板矿井朱家峁煤矿1310工作面采用碎胀综合调控系列技术后,矸石初始碎胀系数、残余碎胀系数分别增大了0.7和0.5;沿倾斜方向地表沉降减小了0.33 m;留巷段未出现底鼓、帮鼓等明显矿压显现.其他类型坚硬顶板矿井应用后,采空区顶板垮落及时且充填密实,验证了坚硬顶板碎胀平衡调控的有效性. 展开更多
关键词 坚硬顶板 无煤柱自成巷 切顶卸压 垮落矸石 碎胀调控
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