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底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术
1
作者 陈绍杰 刘江伟 +1 位作者 李亚康 吕华 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期106-116,共11页
为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此... 为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂,在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网,形成压裂弱结构体,实现区域范围内的应力转移,从而降低巷道区域范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性的控制技术,并通过理论分析及现场工程验证等方式,揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制,建立了相应的力学模型,对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出:(1)压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化,出现应力升高区和应力降低区,应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上,主要集中在一个拱形的范围内;由于膨胀效应,在与应力来源垂直的方向上产生应力集中,出现应力升高区。(2)最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴长L、短轴长H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大,损伤变量D对卸压效果影响最小。(3)采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103运输集中巷的卸压方案,工程应用结果表明,底板动压巷道变形速率明显减缓,验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。 展开更多
关键词 采动应力 弱结构体 水力压裂 卸压 切顶 围岩控制
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煤岩体裂化的弱结构体应力转移原理及应用 被引量：12
2
作者 刘长友 刘江伟 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期359-369,共11页
人工裂化煤岩体是主动改造煤岩体结构的有效手段,但人工致裂产生的人工裂缝的形态及参数等对于煤岩体结构的改造程度、对应力场的改善程度等,将影响到高应力的转移卸压程度。采用物理实验、数值模拟、理论分析和现场应用等方法,开展了... 人工裂化煤岩体是主动改造煤岩体结构的有效手段,但人工致裂产生的人工裂缝的形态及参数等对于煤岩体结构的改造程度、对应力场的改善程度等,将影响到高应力的转移卸压程度。采用物理实验、数值模拟、理论分析和现场应用等方法,开展了人工裂化煤岩体的力学特性、应力场改变机制及控制方面的研究,得出含人工裂缝煤岩体在不同裂缝类型及参数条件下的力学特性和破坏失稳规律不同,随着裂缝长度、密度的增加或者裂缝角度在30°~45°,试块的弹性模量、强度、能量释放程度均逐渐降低;阐释了人工裂化煤岩体的弱结构体特征,分析了煤岩裂化弱结构体随裂缝长度、角度、间距及组数变化对宏观应力的改变规律,进而提出了基于煤岩裂化弱结构体的应力转移理论框架,建立了煤岩裂化弱结构体应力转移控制流程,给出了基于水力压裂的煤岩裂化控制参数的确定方法;针对淮北矿业祁南煤矿313工作面跨底板大巷回采的动压影响问题,现场实施了水力压裂大巷顶板岩层形成弱结构体卸压的巷道围岩控制方法,水力压裂后孔壁出现了明显的裂缝,跨采期间底板大巷的变形量显著减小,巷道得到了有效控制。 展开更多
关键词 煤岩体裂化 弱结构体 应力转移 卸压 水力压裂
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悬顶结构巷道冲击地压防控研究 被引量：6
3
作者 潘立友 唐鹏 +1 位作者 周脉来 李彩荣 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期42-48,共7页
为解决沿空侧悬顶结构冲击地压的防控问题,针对某矿工作面具体煤岩层条件,提出了基于工程弱结构体的冲击地压防控方法。基于悬顶类巷道冲击地压发生条件,以沿空侧悬顶结构为主要研究对象,进行了顶板断裂分析、参量分析和力学模型建立与... 为解决沿空侧悬顶结构冲击地压的防控问题,针对某矿工作面具体煤岩层条件,提出了基于工程弱结构体的冲击地压防控方法。基于悬顶类巷道冲击地压发生条件,以沿空侧悬顶结构为主要研究对象,进行了顶板断裂分析、参量分析和力学模型建立与分析,最终确定出悬顶结构的悬跨度l是导致存在悬顶结构沿空巷道发生冲击地压主导因素。通过分析主导因素,基于沿空侧巷道围岩的空间结构特点,划定出悬顶结构(区域A)、沿空侧巷道顶板(区域B、C)、沿空侧巷道煤体(区域D)以及巷道近场煤岩体(区域E)5个强结构区域,并提出以区域A爆破弱化为主要防控手段的工程弱结构体冲击地压防控方法;根据区域的结构特点和防控目的,主要针对强结构区域A、C、D、E,制定了悬顶结构弱化、巷道断面恢复和顶板缺陷体与煤层海绵体的耦合3个方面的具体工程弱结构体防控方法。为验证防控技术有效性,以某巷道为对象,现场实施了工程弱结构体展开防控,并于后续采用钻屑法进行了冲击地压防控效果检验。研究结果表明:基于工程弱结构体的耗散机制的研究,通过对悬顶结构弱化、沿空巷道煤体及部分顶板的弱化,实现了冲击地压的有效防控,保障了工作面安全回采;通过现场监测,得出1~3 m处钻屑量最大为2.6 kg/m,4~7 m处最大为2.8 kg/m,7~12 m处最大为5.4 kg/m,均未超过临界标准值,冲击地压危险得以消除。 展开更多
关键词 悬顶结构 工程弱结构体 冲击地压 防冲 巷道支护
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基于水力压裂图的顶板强动压巷道卸——支协同护巷技术
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作者 陈健飞 《煤矿支护》 2023年第3期22-26,31,32,共7页
孙疃煤矿北翼轨道大巷及Ⅱ2采区轨道大巷(以下简称北翼轨道大巷)位于Ⅱ1022工作面的10#煤侧向顶板内。Ⅱ1022工作面回采时,会引发上覆岩层一定范围垮落和岩层移动;工作面采动产生的侧向支承应力作用于轨道大巷,造成轨道大巷应力升高,巷... 孙疃煤矿北翼轨道大巷及Ⅱ2采区轨道大巷(以下简称北翼轨道大巷)位于Ⅱ1022工作面的10#煤侧向顶板内。Ⅱ1022工作面回采时,会引发上覆岩层一定范围垮落和岩层移动;工作面采动产生的侧向支承应力作用于轨道大巷,造成轨道大巷应力升高,巷道变形加剧。针对顶板轨道大巷“结构性张拉破坏”十“采动应力”的双重作用,提出“卸一支协同”控制方法,通过顶底板联合致裂过程中形成的竖向诱导性裂缝,一定程度改变岩层移动角,使得开采过程中引发的上行裂隙能绕过巷道围岩,从而使得岩层移动线不会波及到北翼轨道大巷;提出了岩层移动角观测方法,并制定了观测方案;在2800~2870m段的非压裂区间内,巷道顶板及回采帮出现了较为明显的掉浆皮的现象,尤其是采动帮的变形较为严重,底板存在轻微的底鼓。实施压裂的巷道无明显掉浆皮的现象,巷道无变形,实施效果良好。 展开更多
关键词 采动应力 水压裂缝 岩层移动 弱结构体
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