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煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究
1
作者 吴少康 张俊文 +6 位作者 徐佑林 宋治祥 张杨 范文兵 董续凯 张际涛 陈志松 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期24-37,共14页
针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭... 针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸−转−固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67%,底鼓量降低了77.2%。而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重。由此可得,围岩控制效果显著。该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果。 展开更多
关键词 煤层群 采动应力 底鼓 巷道支护 “卸−转−固”协同控制技术
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近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究
2
作者 倪廉钦 李忠备 +3 位作者 高杰 付光胜 张晓玉 袁安营 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期70-77,共8页
为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究... 为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。 展开更多
关键词 近距离薄煤层群 裂隙发育 协同抽采 超大直径顺层钻孔 顶板定向长钻孔 埋管抽采
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浅埋近煤层群采动“三区”漏风裂隙场时空演化规律数值模拟
3
作者 马亮 孟威 +4 位作者 高亮 张壮壮 宋涛 冯雄 夏同强 《中国煤炭》 北大核心 2024年第3期69-79,共11页
浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面... 浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面为研究背景,采用理论与数值模拟相结合的方法,研究了单一煤层、复合煤层重复开采下覆岩破坏特征,分析了煤层间距与采厚对裂隙二次发育的影响规律。结果表明:浅埋近煤层群开采下上覆岩层裂隙仅存在垮落带与裂缝带,主关键层破断后裂缝带快速发育至地表,关键层周期破断控制地表裂隙周期生成与下沉;上煤层裂隙密度发育由原始阶段先后经历快速增长、稳定和二次增长3个阶段;随采厚增大,各区间裂隙密度增大,大裂隙发育更充分,裂隙宽度整体增大;随煤层间距增大,小于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,且增加的速度逐渐加快,大于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,但增加速度逐渐变缓;采厚相同时,裂隙宽度大于0.2 m的裂隙密度随着煤层间距的增大逐渐减小。 展开更多
关键词 浅埋近煤层群 重复采动 漏气通道 裂隙宽度 煤层间距 采厚 数值模拟
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深部近距离煤层群下分层巷道分区支护技术
4
作者 曹远威 贺虎 +2 位作者 刘汉磊 谢自通 何岗 《煤炭技术》 CAS 2024年第3期1-5,共5页
为实现深部近距离煤层群下分层巷道安全,以张双楼煤矿21916工作面为工程背景,分析了工作面冲击地压影响因素,划分了21916工作面掘进期间巷道冲击危险区域;建立了煤层合并区域下分层回采巷道数值模型,研究了9煤层21916工作面巷道内错7煤... 为实现深部近距离煤层群下分层巷道安全,以张双楼煤矿21916工作面为工程背景,分析了工作面冲击地压影响因素,划分了21916工作面掘进期间巷道冲击危险区域;建立了煤层合并区域下分层回采巷道数值模型,研究了9煤层21916工作面巷道内错7煤采空区不同距离时应力和位移分布规律,确定了下分层巷道合理位置;基于冲击危险区域划分结果,提出了分区支护技术,并设计了支护参数。现场实测表明,下分层巷道最大两帮移近量为164 mm,最大顶底板移近量为84 mm,顶板深部和浅部的离层量不大于3 mm,帮部锚杆和顶部的锚索受力变化较小,顶锚杆受力从8 kN增加到12 kN后趋于稳定,表明21916工作面巷道布置合理,分区防冲支护技术合理,支护质量与效果显著。研究结果可为类似条件工作面防冲支护提供借鉴。 展开更多
关键词 深部开采 煤层群 冲击地压 煤层合成 巷道支护
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浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究
5
作者 王文才 赵婧雯 +1 位作者 李建伟 张海龙 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期914-922,共9页
为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采... 为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明:连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0~20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。 展开更多
关键词 安全工程 近距离煤层群 采空区自燃 数值模拟 危险区预测
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张家峁矿近水体煤层群隔水煤柱合理宽度确定
6
作者 呼少平 胡俭 +6 位作者 姬中奎 杨帆 王海 贺晓忠 韩强 薛小渊 陈盼 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期256-267,共12页
针对张家峁常家沟水库近水体煤层开采后覆岩裂隙扩展诱发透水的潜在风险,对煤层开采过程中的覆岩破坏特征及裂隙扩展规律进行了模型试验及数值模拟研究。为合理确定4^(-2)煤层的隔水煤柱宽度,基于矿山支承压力和静水压力对隔水煤柱的不... 针对张家峁常家沟水库近水体煤层开采后覆岩裂隙扩展诱发透水的潜在风险,对煤层开采过程中的覆岩破坏特征及裂隙扩展规律进行了模型试验及数值模拟研究。为合理确定4^(-2)煤层的隔水煤柱宽度,基于矿山支承压力和静水压力对隔水煤柱的不同作用机理,将4^(-2)煤层隔水煤柱划分为矿压影响区和有效隔水区,分别构建了矿压影响区和有效隔水区的煤柱受力分析计算模型,推导了4^(-2)煤层矿压影响区和有效隔水区的理论宽度计算公式。在此基础上,考虑煤层开采边界角与水体下伏不同煤层矿压影响区宽度的关系,提出了“上覆煤柱宽度+矿压影响区”的水体下伏煤层群隔水煤柱宽度确定方法。结果表明:4^(-2)煤层工作面初次来压步距为45~56 m,周期来压步距为13.8~14.9 m,上覆岩层冒落带高度为12~13 m;地表最大下沉量为2.0~2.2 m,下沉系数为0.571~0.629,4^(-2)、4^(-3)、4^(-4)和5^(-2)煤层隔水煤柱的合理宽度分别为25,39,51和87 m。现场实测隔水效果验证了近水体煤柱理论留设宽度的合理性及其工程适用性,为张家峁近水体煤层群安全高效开采提供了技术保障。 展开更多
关键词 近水体煤层群 覆岩破坏 隔水煤柱 矿压影响区 有效隔水区 合理宽度
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近距离煤层群多重采动覆岩破坏特征及应力传递规律研究
7
作者 杨曜驰 赵国贞 《煤炭工程》 北大核心 2024年第3期110-116,共7页
近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群... 近距离煤层群开采覆岩破坏特征不同于单层煤开采,同时存在层间相互影响的问题。以晋能控股煤业集团燕子山煤矿11#煤层、14-2#煤层、14-3#煤层三层近距离煤层为研究对象,通过进行物理相似模拟实验和数值模拟计算,研究分析了近距离煤层群开采时顶底板围岩的覆岩破坏特征及应力传递规律。研究结果表明:近距离煤层群下行开采过程中,随着采动次数增加,顶板横向裂隙超前发育和纵向裂隙穿层效果更为明显,垮落块度明显减小,来压规律不明显;煤层顶板覆岩因采动产生的应力峰值随采动次数增加而降低;初次采动影响下,稳定后的覆岩应力要明显小于原岩应力,而多次采动稳定后的覆岩应力与该次采动前相近;上覆岩层在多重采动影响下,破坏更彻底,形成台阶式的岩层切落。研究结果可为条件相似的近距离煤层群开采顶底板围岩控制、采空区积水及瓦斯防治提供参考依据。 展开更多
关键词 近距离煤层群 多重采动 覆岩破坏特征 应力传递规律
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浅埋近距离煤层群上覆采空区火灾及气体下泄防治研究
8
作者 任仲久 《中国煤炭》 北大核心 2024年第1期59-66,共8页
针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF6气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体... 针对沙坪煤矿13103工作面浅埋近距离煤层上覆采空区煤层自燃和气体下泄问题,综合利用地面红外探测和同位素测氡等多种方法探测13103工作面上覆采空区自然发火状态,在此基础上用SF6气体进行漏风通道测定,并采用数值模拟方法分析了CO气体的下泄机理。研究结果表明:煤层自燃倾向性、复杂埋藏条件和老窑火区是发生煤层自燃的主要原因,在标定12个火区中心点和39 077 m2隐患区域基础上,发现地面、采空区火区和工作面三者裂隙相互连接是导致CO气体在工作面后半部分涌入工作面并在回风隅角处聚集的主要原因。同时,研究发现,采用井上下联防联控手段可消除上覆采空区内高温点,使得CO气体浓度稳定在0.05%以下,有效控制了采空区自燃和气体下泄问题,保障了13103工作面安全生产。 展开更多
关键词 近距离煤层群 采空区 煤层自燃 气体下泄 数值模拟 井上下联防联控
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近距离煤层群隔层“探、治”瓦斯技术体系研究及应用
9
作者 张书军 刘东 赵康 《煤炭技术》 CAS 2024年第5期251-255,共5页
为解决贵州地区近距离复杂群层群采掘过程中邻近煤层瓦斯防治难题,提出了包括邻近煤层瓦斯参数探查技术、保护层开采上覆岩层“三带”范围考察技术和邻近煤层瓦斯抽采防治技术的隔层“探、治”瓦斯技术体系。该技术体系在安顺煤矿的应... 为解决贵州地区近距离复杂群层群采掘过程中邻近煤层瓦斯防治难题,提出了包括邻近煤层瓦斯参数探查技术、保护层开采上覆岩层“三带”范围考察技术和邻近煤层瓦斯抽采防治技术的隔层“探、治”瓦斯技术体系。该技术体系在安顺煤矿的应用结果表明:M9煤层工作面采空区冒落带和裂隙带高度分别约为3.8 m和15.7 m,能够有效增益上覆M8煤层瓦斯治理;临近煤层瓦斯抽采效果受到抽采孔空间位置、长度和工作面推进情况影响,高位钻场、高位巷、高位定向长钻孔和密集穿层高位钻孔抽采方式的抽采纯量分别能达到12、37.7、10.0、40.1 m^(3)/min,高位巷和密集穿层高位钻孔抽采效果更优。研究成果为贵州地区煤层群瓦斯高效治理提供了理论和工程实践基础。 展开更多
关键词 近距离煤层群 瓦斯防治 裂隙带 高位钻场 定向长钻孔
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极近距离煤层群下煤层开采巷道支护技术研究
10
作者 张宏飞 《煤炭与化工》 CAS 2024年第2期48-51,共4页
极近距离煤层群开采导致下煤层顶板破坏严重,支护难度增大。为了研究下煤层巷道顶板支护最佳方案,以甘庄煤矿11和14号煤层开采为背景,通过岩石力学实验、现场窥视和理论计算得到了巷道的理论支护方案,采用数值模拟的方法对理论支护参数... 极近距离煤层群开采导致下煤层顶板破坏严重,支护难度增大。为了研究下煤层巷道顶板支护最佳方案,以甘庄煤矿11和14号煤层开采为背景,通过岩石力学实验、现场窥视和理论计算得到了巷道的理论支护方案,采用数值模拟的方法对理论支护参数进行模拟分析,并在现场展开监测。研究表明,14号煤层理论计算支护参数为锚杆φ18 mm×2 000 mm的螺纹钢,间排距1 200 mm×1 100 mm;锚索φ15.24 mm×4 000 mm的钢绞线,间排距为2 400mm×1 100 mm,根据巷道垂直应力和垂直位移云图得到最优支护方案,并进行现场监测验证。该研究为后续巷道的支护提供了理论依据,并为类似地质条件提供了一种解决方案。 展开更多
关键词 极近距离煤层群 巷道支护 钻孔窥视 数值模拟
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近距离煤层群采空区下沿空留巷支护技术研究
11
作者 闫腾腾 《山西焦煤科技》 CAS 2024年第3期17-22,共6页
为了解决近距离煤层群采空区下沿空留巷支护难题,结合西曲矿14305工作面应力分布及地质条件,通过理论分析和数值模拟,研究了顶板支承压力演化规律和围岩强度机理,对比了长、短锚索不同支护参数对围岩应力场的影响变化,确定了14305工作... 为了解决近距离煤层群采空区下沿空留巷支护难题,结合西曲矿14305工作面应力分布及地质条件,通过理论分析和数值模拟,研究了顶板支承压力演化规律和围岩强度机理,对比了长、短锚索不同支护参数对围岩应力场的影响变化,确定了14305工作面沿空留巷巷内支护具体方案和参数,保证了施工和回采的安全性,有效提高了资源回收率。 展开更多
关键词 近距离煤层群 沿空留巷 巷内支护
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均压防火技术在易自燃煤层群的研究与应用
12
作者 王智育 《能源技术与管理》 2024年第2期113-115,160,共4页
陕西黑龙沟煤矿主采2^(-2)、3^(-1)、4^(-3)、5^(-3)煤层,各煤层层间距较小。其下覆煤层开采过程中,上覆采空区有毒有害气体通过裂隙下泄至工作面,造成工作面有毒有害气体超限,影响工作面的正常回采。基于此,分析了影响工作面有毒有害... 陕西黑龙沟煤矿主采2^(-2)、3^(-1)、4^(-3)、5^(-3)煤层,各煤层层间距较小。其下覆煤层开采过程中,上覆采空区有毒有害气体通过裂隙下泄至工作面,造成工作面有毒有害气体超限,影响工作面的正常回采。基于此,分析了影响工作面有毒有害气体涌出的因素,通过采用均压防火技术,调整均压区域内外差压,抑制了上覆采空区气体下泄,确保了工作面安全高效回采。 展开更多
关键词 均压防火 易自燃 煤层群
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浅埋近距煤层群开采覆岩三带发育特征分析
13
作者 霍军鹏 卢少帅 雷鹏翔 《陕西煤炭》 2024年第2期39-43,共5页
研究浅埋近距离煤层群开采的覆岩三带规律对于指导矿井下行安全开采有着至关重要的作用。为了研究上、下煤层开采过程中覆岩层的破坏规律,根据韩家湾煤矿现场实际情况,通过物理相似模拟实验研究浅埋近距离煤层过上层煤的采空区时上覆岩... 研究浅埋近距离煤层群开采的覆岩三带规律对于指导矿井下行安全开采有着至关重要的作用。为了研究上、下煤层开采过程中覆岩层的破坏规律,根据韩家湾煤矿现场实际情况,通过物理相似模拟实验研究浅埋近距离煤层过上层煤的采空区时上覆岩层结构失稳特征。研究浅埋近距离煤层群条件下开采4-2煤层后的覆岩移动变形规律、裂隙发育规律、矿压变化规律及其随工作面推进的变化情况及地表岩层的运移规律,发现浅埋近距离煤层下组煤层回采过程中,上覆岩层下沉量呈现三阶段变化,即下沉量上升阶段、下沉量恒定不变阶段、下沉量减小阶段。距离下组煤层越近,覆岩下沉量越大,距离下组煤层越远,覆岩下沉量越小。明确覆岩三带发育特征,能够为浅埋近距离煤层群开采水害防治提供依据,为榆神府矿区类似重复采动时工作面的安全回采提供指导和借鉴。 展开更多
关键词 浅埋煤层群 重复采动 岩层失稳 三带高度 相似模拟
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瓦斯抽放钻孔抽采煤层群时各煤层瓦斯抽放比率探讨
14
作者 蔡雷明 《内蒙古煤炭经济》 2024年第2期19-21,共3页
在煤矿生产过程中,经常会遇到一个钻孔穿透2层及2层以上煤层,这时在对煤层群进行瓦斯抽放时,抽采瓦斯总量中各个煤层抽采的瓦斯数量无法确定,无法精准指导现场防治煤与瓦斯突出。因此,本文对这个问题进行简要探讨。
关键词 煤与瓦斯突出 瓦斯抽采 穿层钻孔 煤层群
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近距离煤层群覆岩裂隙带瓦斯治理措施优化及效果分析
15
作者 李德慧 《煤》 2024年第1期27-30,41,共5页
为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦... 为解决近距离煤层群综采工作面回采中上隅角瓦斯治理难题,保障综采工作面有效衔接,实现连续安全高效生产,利用同位素测定分析技术明确了近距离煤层群卸压瓦斯涌入覆岩裂隙带内的规律特征,提出施工地面L型钻孔以优化原有的覆岩裂隙带瓦斯治理技术,降低综采工作面上隅角瓦斯体积分数。结果表明:屯兰矿2号煤层综采工作面的覆岩裂隙带高度附近,工作面自切眼回采的95 m范围内,02号煤卸压瓦斯抽采占比逐渐降低,2号和4号煤层的卸压瓦斯抽采占比逐渐升高,95 m后,02、2和4号煤卸压瓦斯抽采占比趋于稳定,占比分别为60%、25%和10%.优化后的“以孔代巷”技术“高位钻孔+低位钻孔+高位走向长钻孔+地面L型钻孔”将上隅角平均瓦斯体积分数由0.65%降低至0.25%.地面L型钻孔的施工在空间和时间上保障了井下综采工作面的连续稳定生产,对井下工程不形成干扰,有助于解决上隅角瓦斯超限问题,实现了综采工作面的安全高效连续生产。 展开更多
关键词 近距离 煤层群 采动卸压 覆岩裂隙带 上隅角 瓦斯 L型钻孔 效果分析
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大倾角煤层群长壁开采承载拱与间隔岩层采动应力演化特征 被引量：1
16
作者 罗生虎 王同 +2 位作者 伍永平 解盘石 王红伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期551-562,共12页
大倾角煤层群开采过程中,受重复采动影响,采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂,揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破... 大倾角煤层群开采过程中,受重复采动影响,采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂,揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破坏的演化特征,采用数值模拟分析了围岩采动应力传递演化规律,揭示了间隔岩层三向应力状态演化特征,量化表征了第1主应力大小渐变、方向偏转的演变规律。研究结果表明:大倾角煤层群开采过程中,间隔岩层历经了“原岩应力状态-上煤层开采卸压-矸石非均衡约束-下煤层开采卸压”的扰动历程,最终产生非对称变形破坏。间隔岩层的破断失稳将使得上、下工作面开采过程中各自形成的承载拱演化成包络2个工作面在内的“大范围”承载拱,其承载拱上拱脚位于下工作面回风巷,下拱脚位于上工作面的运输巷,控制岩层变形破断内在的“大范围”应力传递拱壳亦呈现出类似的演化特征。低位间隔岩层受采动影响程度剧烈,应力释放程度较大;中位岩层压、拉状态发生改变的位置较低位向倾向下部偏移;高位岩层压、拉状态产生改变的位置位于上层煤底板临空面位置处,岩层由三向受压状态转化为单、双向受压状态。间隔岩层沿工作面倾向自下而上可分为上层煤增压、上层煤增压-下层煤卸压、重复卸压、上层煤卸压-下层煤增压、下层煤增压5个区域。在上层煤增压-下层煤卸压段,第1主应力x、y轴分量呈现出先增大后降低,z轴分量持续降低的演化趋势;在重复卸压段,岩层应力释放程度最大,方向偏转程度最大;在上层煤卸压-下层煤增压段,第1主应力x、y轴分量呈现减—增—减、z轴分量呈现先减后增的演化趋势。 展开更多
关键词 大倾角煤层群 “大范围”承载拱 间隔岩层 重复扰动 采动应力演化
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近距离煤层群协调开采支架工作阻力计算方法与系统 被引量：2
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作者 李杨 任玉琦 +2 位作者 李铁峥 杨坤鹏 金向阳 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期268-277,共10页
近距离煤层群协调开采模式下,由于煤层间的开采扰动影响,各煤层开采顶板结构特征不尽相同,因此各煤层开采支架工作阻力的计算方法也存在差异。为针对性地为各煤层开采支架额定工作阻力确定提供思路,综合应用理论分析、系统开发及现场实... 近距离煤层群协调开采模式下,由于煤层间的开采扰动影响,各煤层开采顶板结构特征不尽相同,因此各煤层开采支架工作阻力的计算方法也存在差异。为针对性地为各煤层开采支架额定工作阻力确定提供思路,综合应用理论分析、系统开发及现场实测方法,对各煤层开采支架工作阻力的计算方法进行了研究。主要成果有:①建立了煤层开采顶板砌体梁式、散体给定式及散体给定−砌体梁式平衡结构模型。砌体梁式平衡结构适用于未受开采扰动影响或受到的开采扰动影响较小的煤层开采;散体给定载荷平衡结构适用于煤层顶板岩层为单一岩层,且受到上部煤层开采影响的煤层开采;散体给定载荷−砌体梁式平衡结构适用于顶板岩层为多层岩层,且层间存在厚度较大,岩性较硬的岩层,同时受到上煤层开采影响岩层仍能保持连续性与完整性的煤层开采;②开发了适用于开滦集团“近距离煤层群开采覆岩破断及支架载荷评价系统”,提出了各煤层支架额定工作阻力的建议选择结果。通过各煤层开采支架压力实测,采用支架额定工作阻力经验选择结果后,各煤层开采支架载荷利用率普遍偏低,支架载荷富余量偏大。而采用各煤层支架额定工作阻力的建议选择结果后,各煤层开采支架载荷利用率明显提高。 展开更多
关键词 近距离煤层群 协调开采 顶板结构 支架工作阻力 系统开发
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浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究 被引量：1
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作者 张杰 何义峰 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期65-76,共12页
浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构,使覆岩裂隙分布形态复杂化,并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力,以陕西北部神府矿区韩家... 浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构,使覆岩裂隙分布形态复杂化,并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力,以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景,通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系,采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型,研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明,煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段,分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段;不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征,“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉,“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉;通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构,由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构,并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承载结构力学模型,得到了承载岩层保持稳定支架工作阻力的计算方法,并得到了现场实测结果验证。 展开更多
关键词 浅埋煤层群 裂隙演化 地表裂缝 组合承载结构 支架阻力
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突出煤层群井上下联合抽采防突模式与关键技术
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作者 张永将 邹全乐 +3 位作者 杨慧明 陈子涵 曹建军 程志恒 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3713-3730,共18页
我国煤层具有地应力大、渗透率低、瓦斯压力大、瓦斯含量高等特点,煤与瓦斯突出灾害严重。因此,需采取有效瓦斯治理措施,而单一井上瓦斯抽采技术容易出现抽采盲区,导致抽采效果不佳;单一井下瓦斯抽采技术工程量大、周期长,难以在短时间... 我国煤层具有地应力大、渗透率低、瓦斯压力大、瓦斯含量高等特点,煤与瓦斯突出灾害严重。因此,需采取有效瓦斯治理措施,而单一井上瓦斯抽采技术容易出现抽采盲区,导致抽采效果不佳;单一井下瓦斯抽采技术工程量大、周期长,难以在短时间实现煤层消突。通过将井上与井下瓦斯抽采技术相互联合,实现井上下联合防突,是保障煤炭安全开采的关键技术之一。而在煤层群矿井中,需针对煤层间距离的远近采用不同的井上下联合防突模式,实现煤层群快速消突。对此,基于井上与井下联合抽采瓦斯技术优势,阐明了井上下联合防突“时空转换-优势互利”的内涵。井上地面井长时间、广覆盖抽采瓦斯实现煤层降突,换取井下作业空间,实现“时间换空间”;井下钻孔在井下作业空间内,精准抽采目标区域瓦斯实现目标区域快速消突,缩短目标区域消突时间,实现“空间换时间”,提升煤层瓦斯治理效果。针对近距离煤层群层间采动影响大等特点,提出了近距离煤层群“孔群覆盖-协同抽采”井上下联合防突典型模式,实现了瓦斯突出治理的超前规划、提前施工、整体消突。针对远距离煤层群采动卸压范围小等特点,提出了远距离煤层群“强化增透-递进抽采”井上下联合防突典型模式,实现了瓦斯突出治理的强化卸压、递进消突。自主研发了近远距离煤层群井上下联合防突关键技术,并以沙曲一矿与朱集西矿作为近远距离煤层群矿井典型案例进行应用效果分析。应用效果表明:在近距离煤层群沙曲一矿中释放抽采达标煤量约80万t,高效抽采瓦斯量约420万m^(3)。远距离煤层群朱集西矿中井下钻孔工程量减少约60%,抽采达标时间缩短约40%。 展开更多
关键词 突出煤层 近远距离煤层群 井上下联合防突模式 时空转换 瓦斯抽采
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浅埋煤层群上下层位土层与基岩层协同隔水稳定性研究
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作者 杨涛 闫医慧 +4 位作者 张杰 林海飞 何义峰 张一铭 高守世 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期234-242,共9页
浅埋煤层顶板突水是由于导水裂隙带贯穿隔水层而引起的,随着煤层群的下行开采,土层与基岩层的协同隔水机理亟待明确。为了分析隔水土层在煤层群下行开采工程背景下的破坏机理,以便准确预测煤矿顶板突水问题,以陕北神府矿区韩家湾煤矿2−2... 浅埋煤层顶板突水是由于导水裂隙带贯穿隔水层而引起的,随着煤层群的下行开采,土层与基岩层的协同隔水机理亟待明确。为了分析隔水土层在煤层群下行开采工程背景下的破坏机理,以便准确预测煤矿顶板突水问题,以陕北神府矿区韩家湾煤矿2−2、3−1和4−2煤下行开采为研究背景,通过原位钻孔取心试验得出不同埋深的隔水土层性质的差异;通过建立上层位隔水土层渗透扩展力学模型来描述裂隙发育形态;采用土−岩复合隔水层力学模型,在“给定变形”条件下计算下层位隔水土层处于整体稳定状态时的力学判据。研究表明,隔水土层根据其性质不同可以分为上层位隔水土层和下层位隔水土层;通过比较总载荷与上层位隔水土层抗拉强度的大小,当总载荷小于等于上层位隔水土层抗拉强度时裂隙不再向下发育从而得出裂隙发育长度;在“给定变形”条件下,当下层位隔水土层长边中部位置处产生的拉应力小于或等于拉伸强度阈值时,下层位隔水土层整体结构处于稳定状态,不会产生拉伸破坏;根据韩家湾煤矿地质情况进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果相吻合。研究可为相似地质条件下顶板突水预测提供参考。 展开更多
关键词 浅埋煤层群 上下层位土层 土−岩协同 复合隔水层 突水预测
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