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王洼煤矿水库坝体下工作面安全开采高度研究 被引量：1
1
作者 杨涛 张一铭 +7 位作者 张杰 林海飞 闫医慧 张建辰 马海虎 孙建平 庞海波 武浩昊 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期43-53,共11页
为解决水库坝体下开采安全性,提高煤炭资源回收率,以王洼煤矿水库坝体下110505工作面为研究背景,通过物理仿真模拟、数值模拟及理论分析等方法对覆岩裂隙发育规律及导水裂隙带高度展开研究。为避免矿井开采对地表水坝与水体破坏,针对导... 为解决水库坝体下开采安全性,提高煤炭资源回收率,以王洼煤矿水库坝体下110505工作面为研究背景,通过物理仿真模拟、数值模拟及理论分析等方法对覆岩裂隙发育规律及导水裂隙带高度展开研究。为避免矿井开采对地表水坝与水体破坏,针对导水裂隙带高度分析结果,提出了110505工作面限高开采方案。结果表明:工作面开采后地表形成“凹”型盆地,并产生拉伸裂隙,致使地表水位下降78%;现场实测导水裂隙高度为170.76 m,物理仿真模拟试验、数值计算、传统经验公式得出三者的导水裂隙带高度分别为162,164 m和120.57 m;方差修正系数对经验公式做出修正后,反推出限高开采的安全开采高度为2.6 m。研究揭示了工作面覆岩导水裂隙带高度发育规律及水库水体受采动影响的规律,为王洼煤矿后续此类条件下安全措施的制定提供了依据。 展开更多
关键词 水库下采煤 高强度开采 绿色开采 物理仿真 导水裂隙带
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加卸载花岗岩强度与岩爆倾向性试验研究
2
作者 王云飞 宋梦怡 +3 位作者 焦华喆 王立平 郑晓娟 李志超 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期43-52,共10页
为了进一步提高硬性花岗岩岩爆倾向性预测水平,系统开展了花岗岩巴西劈裂、单/三轴和不同卸围压速率应力路径下的岩石力学试验,详细分析了花岗岩强度和岩爆倾向性特征。研究结果表明:花岗岩在主应力σ_(3)–σ_(1)平面内,不同应力路径... 为了进一步提高硬性花岗岩岩爆倾向性预测水平,系统开展了花岗岩巴西劈裂、单/三轴和不同卸围压速率应力路径下的岩石力学试验,详细分析了花岗岩强度和岩爆倾向性特征。研究结果表明:花岗岩在主应力σ_(3)–σ_(1)平面内,不同应力路径下的强度受围压和卸围压速率影响显著,呈带状分布;在τ_(oct)–(σ_(1)+σ_(3))/2平面内,不同加卸载应力路径下的强度都呈良好的线性特征。据此建立了花岗岩八面体强度计算通式,可统一表达不同加卸载应力路径;针对花岗岩硬岩的压密和屈服特性不明显,弹性特性显著的特征,提出了简化剩余弹性能指数岩爆分级法;并依据花岗岩试验岩样破坏形态和破坏声学特征,对已有花岗岩岩爆等级进行了细分。揭示了在相同初始围压下,卸围压速率越大,简化剩余弹性能指数越大,岩爆倾向性越强;相同卸围压速率下,初始围压越大,简化剩余弹性能指数也越大,岩爆倾向性也越强。研究成果可为更科学合理的评估花岗岩岩爆倾向性提供理论参考。 展开更多
关键词 花岗岩 应力路径 岩爆 破坏特征 卸围压强度
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天然裂缝多特征组合对页岩储层渗流的影响
3
作者 刘建锋 何鑫 +4 位作者 薛福军 代晶晶 杨建雄 黄浩勇 侯正猛 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期127-136,共10页
页岩气开发需要通过水力压裂技术形成缝网系统,为了研究天然裂缝特征对页岩储层渗流的影响,基于页岩储层中的质量守恒定律、朗格缪尔吸附方程及达西定律等,推导出了用于描述储层压裂区域内气体渗流行为的数学模型;基于该数学模型对引入... 页岩气开发需要通过水力压裂技术形成缝网系统,为了研究天然裂缝特征对页岩储层渗流的影响,基于页岩储层中的质量守恒定律、朗格缪尔吸附方程及达西定律等,推导出了用于描述储层压裂区域内气体渗流行为的数学模型;基于该数学模型对引入的嵌入离散裂缝模型进行数值模拟,将模拟结果与已有文献结果,以及与现场实际生产数据进行对比,验证了模型的正确性;并在不同的天然裂缝渗透率、密集度、倾斜角组合情况下进行了页岩储层渗流数值模拟,研究了不同天然裂缝特征组合对页岩储层渗流的影响。研究结果表明:该数学模型能较好地模拟出储层情况,改变天然裂缝渗透率、密集度、倾斜角等参数均对页岩储层渗流行为有明显影响,增加天然裂缝渗透率会加大倾斜角、密集度对储层渗流的影响,对产气量的影响约10%;增加密集度会加大渗透率对储层渗流的影响,减小倾斜角对储层渗流的影响,对产气量的影响约6.3%;增大倾斜角会同时减小密集度、渗透率对储层渗流的影响,此现象可能是由于天然裂缝与水力裂缝交叉位置数量降低所致。该成果一方面可加深对不同天然裂缝特征组合与储层渗流潜在联系的科学认识;另一方面,所描述的天然裂缝特征的影响规律可对设计水力压裂施工方案、提高储层产量提供参考。 展开更多
关键词 页岩气藏 水力裂缝 流固耦合 天然裂缝 数值模拟
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多孔套筒定向压裂力学机制及影响因素分析
4
作者 胡善超 韩金明 +5 位作者 程亚飞 亓佳利 黄俊鸿 高志豪 郭世豪 杨磊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3366-3380,共15页
坚硬顶板破断释放巨大冲击动能是诱发煤矿动力灾害的重要因素之一,在特定位置断顶实现岩层的定向断裂、减小坚硬顶板悬顶长度是防治煤岩动力灾害的关键。多孔套筒压裂技术具有操作简单、适用条件广泛等优点,在坚硬顶板弱化领域有着广泛... 坚硬顶板破断释放巨大冲击动能是诱发煤矿动力灾害的重要因素之一,在特定位置断顶实现岩层的定向断裂、减小坚硬顶板悬顶长度是防治煤岩动力灾害的关键。多孔套筒压裂技术具有操作简单、适用条件广泛等优点,在坚硬顶板弱化领域有着广泛的研究前景。为深入了解多孔套筒压裂机理,采用理论分析与数值模拟方法开展了多孔套筒压裂力学机制研究,揭示了不同影响因素下孔间应力变化规律,获得了压裂过程裂缝扩展规律及力链分布特征。通过钻孔切槽可提升套筒压裂预裂效果,为确定合理的布孔参数,基于线弹性断裂力学建立了含预制缝多孔套筒压裂力学模型,给出了缝端应力强度因子、临界膨胀力及裂缝临界起裂角计算方程,获得了不同影响因素下缝端应力强度因子、临界膨胀力及临界起裂角的变化规律。研究结果表明:①侧压系数k对钻孔最小起裂应力影响显著,当侧压系数k>1时,最小起裂应力随布孔角度的增大而减小;当侧压系数k<1时,最小起裂应力随布孔角度的增大而增大。②数值模拟结果表明:套筒间存在应力叠加效应,接触力链呈“放射状”分布。套筒压裂过程以张拉破坏为主,孔心连线处变形破坏最剧烈,均沿布孔方向形成了“条带状”断裂面。③缝槽改变了缝端附近的应力分布,相较无缝槽模型环向拉应力更大。当缝槽长度为0.5倍孔半径时,临界膨胀力最小,裂缝最易发生扩展。④临界起裂角由KⅠ与KⅡ共同决定,且小于70.53°。在泵压与地应力条件无法改变的情况下,可通过调节布孔角度与预制缝槽长度实现岩石的定向压裂。 展开更多
关键词 套筒定向压裂 孔间应力分布 应力强度因子 临界膨胀力 起裂角度
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非对称载荷作用下倾斜区段煤柱稳定性分析及控制技术
5
作者 来兴平 尉迟小骞 +1 位作者 单鹏飞 方贤威 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期203-212,共10页
为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分... 为解决工作面回采及巷道掘进影响下倾斜区段煤柱稳定性劣化的复杂问题,运用弹性力学半逆解法及摩尔-库伦准则建立力学模型,结合三维有限元数值模拟,深入分析了倾斜区段煤柱一侧受载结构形态特征,明确了倾斜煤柱失稳致灾力源及载荷的分布特性,探究了采掘扰动下倾斜区段煤柱塑性变形-失稳-破坏的动态演化过程,揭示了非对称载荷作用下倾斜区段煤柱临界失稳致灾机理,以此为基础优化了倾斜煤柱及周围巷道稳定性控制技术。结果表明:区段煤柱因煤层倾角导致的倾斜形态是煤柱所承受载荷呈非对称状的关键诱因,这一特性致使倾斜煤柱最底端区域覆载最大,且当此区域失稳破坏时,呈现由煤柱下端底角塑性区向煤柱上端底角塑性区扩展的运移过程,并因此得出倾斜区段煤柱临界尺寸随煤层倾角增大而增加的演化规律。由此,针对大南湖一矿倾斜区段煤柱及周围巷道变形失稳的问题,采用支护优化及注浆加固等措施,降低了倾斜区段煤柱侧巷道的变形速率,为类似矿井的煤柱稳定性控制提供了借鉴。 展开更多
关键词 倾斜区段煤柱 非对称载荷 临界尺寸 数值模拟 巷道支护优化
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深埋综放工作面顺槽围岩动力破坏机理及其支护技术
6
作者 任建喜 陈永涛 +2 位作者 刘政 张琨 岳东 《煤炭技术》 CAS 2024年第5期1-6,共6页
为探究西部深埋综放工作面围岩动力破坏机理,提出了高强度锚索支护与围岩卸压协同作用的支护方案,完成了5×10^(5)J冲击能量下、不同卸压技术围岩动力破坏计算机仿真分析,确定了工作面顺槽卸压参数,制定了围岩变形规律监测方案并完... 为探究西部深埋综放工作面围岩动力破坏机理,提出了高强度锚索支护与围岩卸压协同作用的支护方案,完成了5×10^(5)J冲击能量下、不同卸压技术围岩动力破坏计算机仿真分析,确定了工作面顺槽卸压参数,制定了围岩变形规律监测方案并完成了实测工作。数值模拟表明:锚索由原设计φ21.6 mm×8200 mm提高至φ28.6 mm×8200 mm,顶板锚索数量由原7根减少至5根;冲击能量为5×10^(5)J时,顺槽的部分锚杆被拉断,巷道发生失稳破坏,围岩进行卸压后,顶板应力减小15.03%,帮部应力减小6.61%;顶板位移减小31.23%,帮部位移减小38%;地面水平井压裂深度为20~30 m,顺槽围岩应力和围岩变形下降较快,应力下降率降幅明显。实测结果表明:高强度锚索与围岩卸压协同作用,可以有效控制围岩变形。 展开更多
关键词 顺槽围岩 动力破坏 高强度锚索 卸压 协同
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多中段高溜井卸矿冲击气流产生规律及影响因素研究
7
作者 聂兴信 王佳慧 +3 位作者 张鑫 马菁遥 李宗利 赵林海 《采矿技术》 2024年第4期148-153,共6页
多中段高溜井卸矿时所产生的冲击气流使溜井内粉尘进入溜井联巷,冲击气流的产生规律及风速大小决定了粉尘运移规律及粉尘浓度。以某金属矿多中段溜井为背景,结合现场实测数据,考虑颗粒碰撞作用,对高溜井卸矿时不同因素影响下冲击气流的... 多中段高溜井卸矿时所产生的冲击气流使溜井内粉尘进入溜井联巷,冲击气流的产生规律及风速大小决定了粉尘运移规律及粉尘浓度。以某金属矿多中段溜井为背景,结合现场实测数据,考虑颗粒碰撞作用,对高溜井卸矿时不同因素影响下冲击气流的变化规律进行数值模拟研究,分析矿石下落过程中颗粒运动位置与各中段气流方向变化的对应关系。结果表明:在矿石下落过程中,溜井内及各中段溜井联巷的风速逐渐增加,矿石下落造成溜井内产生负压,使部分中段溜井联巷风流方向发生变化;随着卸矿量的增大,卸矿口冲击风速逐渐增加,气流进入联巷后在阻力作用下,冲击风速逐渐减小;卸矿高度越高,卸矿口冲击风速越大,达到峰值的时间越长;矿石粒径与卸矿口冲击风速呈负相关,矿石粒径越小,对气体的推动和夹带量越大,冲击风速也越大。 展开更多
关键词 多中段高溜井 冲击气流 数值模拟 冲击风速
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基于岩体质量的井筒保安矿柱优化与应用
8
作者 刘智权 李鹏程 +1 位作者 孙丽军 刘海林 《现代矿业》 CAS 2024年第4期84-87,共4页
为兼顾井筒稳定和减少资源的不必要浪费,在常规的岩层移动角井筒保安矿柱圈定法基础上,采用工程类比法,将Ⅱ级岩体质量围岩部分的井筒保安矿柱尺寸优化为80m,形成上部台体下部圆柱体的保安矿柱。同时对优化后的保安矿柱周边压覆资源采... 为兼顾井筒稳定和减少资源的不必要浪费,在常规的岩层移动角井筒保安矿柱圈定法基础上,采用工程类比法,将Ⅱ级岩体质量围岩部分的井筒保安矿柱尺寸优化为80m,形成上部台体下部圆柱体的保安矿柱。同时对优化后的保安矿柱周边压覆资源采取控制采场顶板暴露面积和分层充填的保护性开采措施。数值模拟结果表明:按优化后的保安矿柱范围开采周边矿体后,地表井架、卷扬机房及井筒内壁变形量均未超过最大允许变形值,说明优化方案具有可行性。 展开更多
关键词 岩体质量分级 保安矿柱 井筒 数值模拟
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构造煤层顶板爆破跨界面致裂增透机制研究及应用
9
作者 高魁 王有为 +2 位作者 乔国栋 田宇 傅师贵 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期35-46,共12页
深部煤炭开采地质条件恶化,原生煤在多期构造运动作用下形成松软低渗高瓦斯构造煤层,煤层钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实。针对目前构造煤层顶板爆破致裂增透关键技术没有得到根本突破问题,构建试验模型进行煤层... 深部煤炭开采地质条件恶化,原生煤在多期构造运动作用下形成松软低渗高瓦斯构造煤层,煤层钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实。针对目前构造煤层顶板爆破致裂增透关键技术没有得到根本突破问题,构建试验模型进行煤层顶板爆破相似模拟试验和数值分析,监测跨界面应力波传播和宏观三维裂隙演化形态,再现了爆破应力波传播和煤岩体内部损伤破坏过程。研究表明:(1)构造煤层爆破损伤范围主要集中在爆破孔和煤层上下煤岩交界面附近煤体;构造煤顶板爆破产生跨界面致裂卸压裂纹,爆破损伤沿爆破孔向四周岩体扩展,最后蔓延到煤层底板,爆破孔位置和上部煤岩交界面以及煤层内部的损伤较为严重。(2)爆破应力波从构造煤层顶板传播到煤岩交界面时发生波的透射和反射,透射的压缩应力波破坏煤体;反射的拉伸应力波反作用于煤岩交界面区域岩体。(3)爆破累积损伤产生的跨界面交叉裂纹卸压,使顶板岩层裂隙和构造煤层裂隙贯通,有利于构造煤层的瓦斯垂向运移流动和卸压瓦斯抽采。现场应用表明,煤层顶板爆破瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升,瓦斯抽采纯量从爆破前的0.07 m^(3)/min提高到1.73 m^(3)/min,体积分数从10.46%上升到68.50%,并且长时间维持在较高水平。研究成果可为深部构造煤层瓦斯高效抽采提供理论基础和技术支持。 展开更多
关键词 构造煤 模拟试验 爆破卸压 煤层增透 瓦斯治理
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多因素影响下巷道围岩稳定性分析及优化设计研究
10
作者 刘洪涛 周光东 +4 位作者 韩子俊 韩洲 罗紫龙 程文聪 乔钟槿 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期504-518,共15页
针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题,基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验,通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏... 针对深部煤层巷道矿压显现剧烈且巷道变形难以控制的问题,基于Kastner公式对巷道高宽比、侧压系数、埋深、断面形状、围岩强度5种影响巷道围岩稳定性的因素展开正交数值模拟实验,通过方差和直观分析图法研究了各因素对巷道变形破坏的敏感性。采用平面弹性复变函数理论分析了不同侧压系数与巷道高宽比下椭圆和矩形巷道围岩的应力分布规律,对椭圆形和矩形巷道宽高比和形状进行了优化设计。研究结果表明:围岩强度与侧压系数是影响巷道围岩稳定性的主要因素,埋深、断面形状、巷道高宽比为次要因素;椭圆形巷道在等轴应力比下围岩应力差值最小;矩形巷道宽度为5 m、高宽比为0.6左右时,应力集中程度较小;针对矩形巷道应力快速增高区,在考虑承压特性和断面利用率的基础上设计了圆角矩形优化巷道,确立了圆角半径的计算公式,通过数值模拟验证了其良好的性能。 展开更多
关键词 正交数值模拟试验 围岩控制 围岩应力分布 巷道高宽比 围岩强度
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基于不同断裂准则下水力压裂裂纹起裂规律研究
11
作者 侯公羽 刘云峰 +3 位作者 于续楠 周光一 邵耀华 尚宇豪 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期687-697,共11页
为研究煤矿顶板定向水力压裂裂纹扩展机理,探究不同断裂准则之间的关系,基于断裂力学理论构建钻孔水力压裂力学模型,推导不同断裂准则下的起裂角和临界水压计算公式,分析不同变量对起裂角和临界水压的影响效果。结果表明:①注入水压的... 为研究煤矿顶板定向水力压裂裂纹扩展机理,探究不同断裂准则之间的关系,基于断裂力学理论构建钻孔水力压裂力学模型,推导不同断裂准则下的起裂角和临界水压计算公式,分析不同变量对起裂角和临界水压的影响效果。结果表明:①注入水压的增大会显著降低起裂角,且预制裂纹倾角与起裂角曲线极值会随着水压的增大而向45°附近移动;随着应力差的增加,起裂角逐渐增加;起裂角随预制裂纹长度与钻孔半径比值的减小而增大;泊松比对起裂角的影响效果有限。②临界水压随着预制裂纹倾角和主应力差的增大而增大,但在低预制裂纹倾角条件下,σ准则计算出的临界水压会随着主应力差的增大而减小;钻孔半径和预制裂纹长度的增加会显著减小临界水压。③对比临界水压的理论计算结果与试验结果知,二者有较好的拟合性。研究结果可指导水力压裂现场施工。 展开更多
关键词 定向水力压裂 断裂力学 起裂角 临界水压 断裂准则
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基于BOTDR的区段煤柱水平变形监测
12
作者 柴敬 郝鸿儒 +5 位作者 杨健锋 高登彦 高奎英 陈建华 杨磊 刘泽宇 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期46-55,共10页
针对煤柱内部微裂纹萌生、变形破坏等潜在安全隐患,利用布里渊光时域反射(BOTDR)分布式光纤传感技术进行煤柱水平变形监测。首先,根据煤柱破坏碎胀特性理论分析,建立了光纤轴向应变与水平变形的转化方法;其次开展室内试验确定了金属基... 针对煤柱内部微裂纹萌生、变形破坏等潜在安全隐患,利用布里渊光时域反射(BOTDR)分布式光纤传感技术进行煤柱水平变形监测。首先,根据煤柱破坏碎胀特性理论分析,建立了光纤轴向应变与水平变形的转化方法;其次开展室内试验确定了金属基索状传感光纤轴向拉伸响应情况,并根据煤柱变形破坏规律修正了应变系数,最后以陕西大柳塔煤矿活鸡兔井为工程背景,对22206工作面区段煤柱水平变形实现现场监测。监测结果表明:区段煤柱采动侧和未采动侧存在明显的水平变形差异,采动侧变形量最大,约为未采动侧的5倍,但煤柱整体水平变形较小,仅出现弹性变形,煤柱较稳定;煤柱变形分区明显,呈现中部为弹性核区,两侧为塑性破坏区的分区特征;工作面从测点前20m推进至测点后40m时,煤柱水平应变呈指数增长,远离测点之后变形趋于稳定,反映煤柱变形与采动应力扰动之间的动态关联;通过分析煤柱水平应变与垂直应力,发现两者呈指数相关关系,定量建立了煤柱水平应变与垂直应力关系式,说明煤柱变形与破坏很大程度上取决于采动应力的分布与演化。利用BOTDR技术对区段煤柱内部变形进行监测可以精确获取区段煤柱内部的微观变形信息,对于煤柱留设尺寸确定、围岩控制及采空区压力评估等具有重要指导意义。 展开更多
关键词 分布式光纤 区段煤柱 水平变形 煤柱稳定性
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缓倾斜煤层坚硬顶板断层活化微震时空演化规律及诱冲机制
13
作者 崔峰 陆长亮 +1 位作者 王昊 贾冲 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期1-15,共15页
以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采... 以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采区域,正常开采区域、超前影响区域与断层影响区域,工作面推进过程中微震能量变化由“低频次、高能量”→“低频次、低能量”→“高频次、高能量”;(2)受I010203工作面倾斜角度的影响,工作面运输巷微震能量事件多于工作面回风巷,同时根据采煤工作面微震能量事件分析,在采掘扰动作用下工作面极易发生两种冲击类型事故,断层活化型冲击和断层煤柱型冲击;(3)当采煤工作面距断层较远时,构造应力在采掘扰动作用下释放,微震总能量相对活跃,应力表现为应力显现阶段,随着工作面逐渐推进至断层,微震总能量由稳定阶段转变为活跃阶段,同时断层活化显现由蓄能阶段转变为断层活化阶段;(4)分析宽沟I010203采煤工作面数值模拟结果得到,工作面逐渐向断层推进过程中,其断层接触面由初始活化阶段转变为活化稳定阶段,最终接近断层时表现为活化加剧阶段,其与采煤工作面期间微震大能量事件变化规律基本吻合。 展开更多
关键词 微震能量 断层 活化失稳 断层煤柱型冲击 断层活化型冲击 采掘扰动
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倾斜工作面面向断层开采煤柱失稳机制及稳定性控制
14
作者 顾士坦 毛文涛 +3 位作者 韩传磊 赵燕席 李旭智 刘志尧 《煤炭技术》 CAS 2024年第5期34-39,共6页
以某矿面向断层开采的5302工作面为工程背景,模拟了工作面回采过程中断层及断层周围煤岩体垂直应力、塑性区及断层滑移演化规律,提出了断层煤柱的合理尺寸,并制定了卸压方案。研究结果表明:工作面回采期间断层及断层周围煤岩体受构造应... 以某矿面向断层开采的5302工作面为工程背景,模拟了工作面回采过程中断层及断层周围煤岩体垂直应力、塑性区及断层滑移演化规律,提出了断层煤柱的合理尺寸,并制定了卸压方案。研究结果表明:工作面回采期间断层及断层周围煤岩体受构造应力与采动应力叠加作用下应力高度集中,容易诱发冲击地压;微震、应力在线监测结果对比分析表明,制定的爆破断顶、钻孔卸压技术方案能够有效降低应力集中程度,避免工作面面向断层开采时诱发冲击危险。 展开更多
关键词 断层煤柱 冲击地压 应力集中 爆破断顶 钻孔卸压
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浅埋深中厚煤层预掘回撤通道支护技术研究与应用
15
作者 胡滨 《煤炭技术》 CAS 2024年第1期1-4,共4页
为进一步提高综采工作面末采回撤速度、确保设备回撤空间,采用理论计算、现场试验相结合的方法对浅埋深中厚煤层预掘回撤通道支护技术进行初步研究,建立了工作面残余煤柱承载力学模型,理论分析得知残余煤柱宽度对煤柱承载性能的时空演... 为进一步提高综采工作面末采回撤速度、确保设备回撤空间,采用理论计算、现场试验相结合的方法对浅埋深中厚煤层预掘回撤通道支护技术进行初步研究,建立了工作面残余煤柱承载力学模型,理论分析得知残余煤柱宽度对煤柱承载性能的时空演化规律具有重要影响,末采期间残余窄煤柱出现区域性脆性破坏失稳状态是导致超前采动应力、顶板岩层断裂线前移的主要原因。现场试验末采段残余煤柱宽度约5 m时,整条窄煤柱在多重载荷作用下发生屈服,进而呈现大面积失稳破碎状态,巷内支护体承载受力急剧增加,锚索最大受力约为225 kN,最大顶底板移近量出现在通道中部靠工作面侧,约为100 mm,结果表明,采用高预应力强力锚杆(索)联合支护结构配合垛式支架外部支撑,可有效控制末采期间预掘回撤通道顶底板之间的闭合位移,为类似条件下预掘回撤通道支护提供工程借鉴。 展开更多
关键词 浅埋深 预掘回撤通道 残余煤柱 断裂线 应力
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冲击地压煤层矿井间临近工作面相互采动影响分析
16
作者 蒋邦友 杜睿民 +2 位作者 左常清 韩传磊 刘建群 《煤炭技术》 CAS 2024年第5期7-11,共5页
为了对冲击地压煤层矿井间临近工作面相互采动影响进行分析,以义桥煤矿3309工作面和唐阳煤矿432工作面为研究背景,采用数值模拟的研究方法,从巷道侧垂直应力和覆岩垂直位移两个方面研究了两工作面相互采动的影响。当两工作面开采时,330... 为了对冲击地压煤层矿井间临近工作面相互采动影响进行分析,以义桥煤矿3309工作面和唐阳煤矿432工作面为研究背景,采用数值模拟的研究方法,从巷道侧垂直应力和覆岩垂直位移两个方面研究了两工作面相互采动的影响。当两工作面开采时,3309工作面运输顺槽侧的应力增大了26.0%~28.0%,顶板位移增大了7.3%~10.1%,432工作面运输顺槽侧的应力增大了31.8%~48.8%,顶板位移增大了12.8%~19.2%。通过上述分析可以得出冲击地压煤层矿井间临近工作面相互采动时,对工作面应力集中分布及顶板运移规律均具有明显的影响。并在采取相应卸压措施的基础上,提出3条关于影响较大区域防冲补强措施的建议,以降低两工作面相互采动影响,确保工作面安全生产。 展开更多
关键词 冲击地压煤层 相互采动 临近工作面 数值模拟
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采动力学与岩层控制关键理论及工程应用 被引量：4
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作者 宋振骐 文志杰 +2 位作者 蒋宇静 蒋金泉 石永奎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期16-35,共20页
研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰... 研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。 展开更多
关键词 采动力学 岩层控制 岩体灾害 “3S”因素 弱面判据 试验系统研发
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冲击地压主控因素及孕灾机制 被引量：7
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作者 谭云亮 张修峰 +4 位作者 肖自义 范德源 尹延春 陈洋 刘学生 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期367-379,共13页
随着我国煤矿逐步向深部开采转移,冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中,首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素,并进行风险程度判识。在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上,提出了导致冲击地压发生的4类... 随着我国煤矿逐步向深部开采转移,冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中,首要的任务是厘清冲击地压孕灾主控因素,并进行风险程度判识。在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上,提出了导致冲击地压发生的4类客观主控因素:煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造,以及3类人为主控因素:煤柱、采空区及采掘卸荷,并对各主控因素对冲击地压孕灾的力学机制进行了分析讨论。在客观主控因素方面,煤岩冲击倾向性是煤岩积聚变形能进而诱发冲击破坏的自身属性;开采深度与巷道围岩内积聚的变形能呈正相关关系,是冲击地压发生的必要条件;坚硬顶板大尺度周期断裂形成的冲击动载及动能是诱发冲击地压的“导火索”;地质构造对冲击地压的影响显著,对于断层构造而言,断层两盘将在开采扰动造成的突发卸荷影响下产生相对“回弹”;煤层变薄区等效弹性模量变大,超前支承压力呈“双峰值”分布,使得冲击影响范围扩大。在人为主控因素方面,煤柱作为高应力集中区,其尺寸、倾角及相对位置等将直接影响冲击地压发生的概率和强度;采空区会诱发超前支承压力集中区内围岩积聚弹性能的突然释放,尤其是在采高较大、顶板垮落不充分的情况下;采掘卸荷会导致应力集中区快速“迁移”,引发煤体内弹性应变能的大量释放,是造成冲击地压的重要外因条件。在此基础上,对山东新汶、山东鲁西、内蒙古鄂尔多斯、陕西彬长、新疆和甘肃等矿区冲击地压孕灾主控因素差异性,进行了对比分析,强调按层次对矿井、采区和工作面进行冲击地压主控因素及其影响程度判识重要性,构建了从降能、释能、阻能到抗能的冲击地压治理工程路径。 展开更多
关键词 冲击地压 主控因素 孕灾 风险判识 递进式防治
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急倾斜特厚煤层冲击地压防治探索与总结 被引量：2
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作者 窦林名 王永忠 +3 位作者 卢方舟 贺虎 何江 张强 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期84-94,共11页
急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂,应力和能量演化规律特殊,在深部“三高一扰动”影响下,冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验,从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发... 急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂,应力和能量演化规律特殊,在深部“三高一扰动”影响下,冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验,从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发生机理、瓦斯突出与冲击地压综合防治和冲击地压管理详细介绍了该矿7年来急倾斜特厚煤层冲击地压防治经验。冲击地压发生机理方面,建立了顶板岩层倾斜悬臂梁模型,揭示了顶、底板覆岩结构破断失稳演化过程,划分了夹持煤体受力状态分区,提出了急倾斜特厚煤层冲击“夹持理论”。瓦斯突出与冲击地压综合防治方面,基于冲击地压灾害控制解危技术的强度弱化减冲理论,结合原有防突措施体系,提出了既能防冲且对防突有利的解危措施,形成了某矿瓦斯/CO_(2)突出-冲击地压“双防”技术体系,建立了适用于某矿急倾斜特厚煤层水平分段开采的冲击地压防治体系,以钻屑量和瓦斯吸解值验证了瓦斯突出防治的强度保障,同时以加强实施卸压措施工作面的微震事件分布及各能级总频次和能量对比,论证说明了卸压方案防治效果的有效性。冲击地压管理方面,形成了预测评价、监测预警、治理预防、效果检验、安全防护和教育培训“六位一体”综合防治架构,基于《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》等各项规定,制定了Q/YJMD-—FC 0104-2022《窑街煤电集团有限公司煤矿冲击地压防治第四部分:冲击地压防治技术规范》。 展开更多
关键词 冲击地压 急倾斜特厚煤层 冲击“夹持理论” 安全防控 水平分段开采
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急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治 被引量：2
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作者 来兴平 贾冲 +6 位作者 胥海东 崔峰 刘旭东 王昊 陆长亮 张随林 何仕凤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期337-350,共14页
随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量... 随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 巷道掘进 冲击地压 前兆特征 防治策略
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