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坚硬顶煤水力致裂控制技术在崔家沟煤矿的应用 认领
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作者 李林猫 陈树亮 +1 位作者 黄炳香 邵鲁英 《中国矿业》 北大核心 2021年第1期168-172,共5页
陕西省崔家沟煤矿二水平三盘区2303综放工作面坚硬顶煤难冒落,导致顶煤放出效果不佳,放煤高度和回采率低。为解决此问题,根据坚硬顶煤水力致裂控制技术原理,在综放工作面架间向煤壁前方顶煤施工直径为32 mm的水力致裂钻孔,进行坚硬顶煤... 陕西省崔家沟煤矿二水平三盘区2303综放工作面坚硬顶煤难冒落,导致顶煤放出效果不佳,放煤高度和回采率低。为解决此问题,根据坚硬顶煤水力致裂控制技术原理,在综放工作面架间向煤壁前方顶煤施工直径为32 mm的水力致裂钻孔,进行坚硬顶煤水力致裂试验。试验结果表明:水力致裂技术成功弱化了顶煤,有效降低顶煤块度;改善了顶煤冒放性,减少了综放工作面顶煤由于破碎不够充分导致放煤期间顶煤形成拱结构的可能性,提高了工作面放煤高度和回采率;同时有效降低了工作面的粉尘浓度,改善了工人的作业环境。对今后处理坚硬顶煤难垮落问题,具有重要的借鉴价值。 展开更多
关键词 放顶煤开采 压裂 冒放性 放煤高度 回采率
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文章速递临涣煤矿瓦斯防治技术研究 认领
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作者 田丽 李贺 +2 位作者 徐超平 刘五车 王小龙 《能源与环保》 2021年第2期19-23,共5页
根据临涣煤矿六采区1061工作面的实际地质与开采技术条件,在综合分析和研究的基础上,制定了1061工作面回采期间的瓦斯治理技术方案,其方案总体架构是构建“风排瓦斯+综合抽采瓦斯(地面井+高位钻孔+上向拦截钻孔+采空区埋管)”技术体系... 根据临涣煤矿六采区1061工作面的实际地质与开采技术条件,在综合分析和研究的基础上,制定了1061工作面回采期间的瓦斯治理技术方案,其方案总体架构是构建“风排瓦斯+综合抽采瓦斯(地面井+高位钻孔+上向拦截钻孔+采空区埋管)”技术体系。六采区瓦斯治理技术方案的实施,确保了六采区回采期间采掘工作面的瓦斯浓度在《煤矿安全规程》规定的临界指标内,实现了1061工作面的瓦斯治理目标,确保了安全生产。 展开更多
关键词 瓦斯防治 综合抽采 工作面 瓦斯浓度
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液氮致裂烟煤渗透率及其应力敏感性研究 认领 被引量:1
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作者 张磊 陈帅 +2 位作者 薛俊华 任廷祥 张村 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期401-408,共8页
为了研究液氮致裂条件下烟煤渗透率及其应力敏感性演变规律,取许疃煤矿自然含水率烟煤进行了多次液氮致裂实验,分析了液氮致裂前后不同应力条件下渗透率变化特征,探究了液氮致裂作用对煤应力敏感性影响规律。结果表明:恒定围压下渗透率... 为了研究液氮致裂条件下烟煤渗透率及其应力敏感性演变规律,取许疃煤矿自然含水率烟煤进行了多次液氮致裂实验,分析了液氮致裂前后不同应力条件下渗透率变化特征,探究了液氮致裂作用对煤应力敏感性影响规律。结果表明:恒定围压下渗透率随着有效应力减小,呈现出先减小后增大的趋势,符合二次函数分布;多次液氮致裂能有效提高煤体渗透率,渗透率随致裂次数的增加而增加,但增长速率逐渐变缓;定义了渗透率离散度来表征改变气体压力所引起渗透率值改变的波动范围,渗透率离散度经过第一次液氮致裂后有明显增加,而其余几次液氮致裂波动范围很小;在同一气体压力下,围压敏感性系数随着围压增大而减小,渗透率损害率随着致裂次数和气体压力增大而增大;第一次液氮处理对煤体渗透率和应力敏感性影响最为显著,后几次液氮处理影响较小。 展开更多
关键词 液氮 多次致裂 烟煤 渗流特性 应力敏感性
基于松散层拱结构理论的岩层控制研究 认领
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作者 汪锋 陈绍杰 +3 位作者 许家林 马波 丁希阳 刘尊欣 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期130-138,共9页
针对我国华东和华北部分矿区厚松散层下采煤诱发工作面压架、突水和地表塌陷等问题,在系统总结采动覆岩承载结构理论相关学术进展的基础上,基于前人研究成果,提出了厚松散层的松散层拱结构模型,综合理论分析、数值模拟、现场探测和工程... 针对我国华东和华北部分矿区厚松散层下采煤诱发工作面压架、突水和地表塌陷等问题,在系统总结采动覆岩承载结构理论相关学术进展的基础上,基于前人研究成果,提出了厚松散层的松散层拱结构模型,综合理论分析、数值模拟、现场探测和工程应用等方法研究揭示了松散层拱对载荷传递、岩层运动及地表沉陷、覆岩破断失稳的影响机理。研究结果表明:松散层拱的形态为长轴位于工作面走向的椭圆,当松散层厚度大于松散层拱矢高和厚度之和时,松散层在运动变形过程中能够形成松散层拱。工作面回采过程中,松散层拱周期性失稳并逐渐向上部发展,控制着其上覆岩层移动和变形,同时将上覆地层载荷向采空区四周转移,受松散层拱承载作用影响,松散层下部岩层载荷分布可以划分为松散层拱内卸压区、松散层拱基增压区和松散层拱外原岩应力区,进一步获得了考虑松散层拱载荷传递效应的松散层载荷折减系数计算公式,修正了关键层判别时的松散层载荷折减系数的计算方法。松散层拱的破断和失稳将导致地表快速下沉,地表下沉速度会随松散层拱周期性破断失稳而呈现出跳跃性变化,当松散层中能形成松散层拱且关键块体能够保持稳定,厚松散层地质条件下开采时采空地层不会出现切落,地表不会出现塌陷,据此得到了厚松散层下开采地表不发生塌陷的工作面临界采宽和临界采高。松散层拱载荷传递作用下,基本顶的初次破断距增大、周期破断距增大,关键块不易发生滑落失稳和回转变形失稳,得到了适用于厚松散层条件下的工作面支架工作阻力的计算公式。研究成果在山东某矿6304工作面进行了工程应用,共计开采煤炭资源35万t,实现了厚松散层下工作面的安全开采。 展开更多
关键词 岩层控制 承载结构 松散层拱 载荷传递 地表塌陷
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露天矿坑隔水层重构及泥岩-地聚合物损伤渗透特性 认领
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作者 周伟 时旭阳 +2 位作者 李明 陆翔 栾博钰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3556-3562,共7页
露天矿水资源保护与恢复是煤炭露天开采面临的重大环境问题,是制约露天煤矿大规模发展的重要因素。露天开采形成漏斗效应,对周边地下水资源破坏严重且难以恢复,根本原因是煤层以上隔水层被爆破剥离,隔水层缺失;内排物料结构松散,渗透系... 露天矿水资源保护与恢复是煤炭露天开采面临的重大环境问题,是制约露天煤矿大规模发展的重要因素。露天开采形成漏斗效应,对周边地下水资源破坏严重且难以恢复,根本原因是煤层以上隔水层被爆破剥离,隔水层缺失;内排物料结构松散,渗透系数大,达不到隔水、阻水的效果。目前针对恢复与保持露天矿水资源问题,鲜有系统研究及有效措施。因此研究团队提出,以泥岩-地聚合物材料构建露天矿内排土场重构隔水层,将露天矿山及周边工业固体废弃物纳入隔水层原材料选材范畴,在实现构建隔水层的同时,消耗大量工业废渣,形成以露天矿山为中心的工业生态圈。低渗透率是隔水层材料基本特征,其数值应在10^-15 m^2以内。重点考察了材料损伤渗透特性。以地聚物缩聚反应为理论基础,采用泥岩、矿渣、赤泥作为碱激发粉体材料,采用标准砂作为细骨料材料,水玻璃为激发剂,制备得到标准(φ50 mm×100 mm)泥岩-地聚合物试样。定义了一维应力条件下,以单轴加载水平为指标的损伤变量,通过渗透试验分析了不同损伤程度条件下材料渗透特性。结果表明,低损伤(当σ/σc<0.3时)情况下,材料并未出现贯通裂纹,导致渗透介质未能穿过材料,所以未能采集到数据;随损伤的增大(当σ/σc≥0.3时),试样的原始空隙与微裂纹迅速扩展、贯通,应力卸载后贯通裂纹不闭合,导致渗透率的急剧增大,且数量级介于10^-16~10^-15 m^2。通过线性与指数2种形式拟合试验结果,确定了本试验条件下损伤变量指数n=6,损伤变量Dσ与渗透率k呈典型非线性关系。泥岩地聚合物材料,在无损伤至破坏全过程中,其损伤-渗透性能满足构建重构隔水层对渗透率要求。为实现永久隔水目的,应当关注其长期渗透性能,以及在地下水环境中是否释放重金属离子等污染性物质,研究团队将针对以上方面内容继续开展� 展开更多
关键词 露天煤矿 漏斗效应 重构隔水层 泥岩-地聚合物 损伤-渗透系数
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煤矿矸石井下分选协同原位充填开采方法 认领 被引量:2
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作者 张吉雄 巨峰 +2 位作者 李猛 周楠 张强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期131-140,共10页
煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解... 煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解决上述问题的技术途径。基于此,在充分考虑采煤、分选和充填基础上,以井下分选为核心,围绕充填开采方法构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式,阐述了煤矿井下采、选、充系统的时空协同关系,揭示了“就近分选+原位充填”的科学内涵,实现了充填能力与分选能力匹配、采充系统与分选系统布置、采充工艺与分选工艺组织和矸石物流运输与调控4个方面的协同;提出了实现不同目标层次的煤矿矸石井下分选协同原位充填开采技术体系,主要包括全粒级分选、煤矸分离和毛煤排矸3个不同等级的井下煤矸分选技术和实现采场矿压与地表沉陷控制、矸石处理和资源回收不同目标的井下原位充填技术2个方面;分析评价了新型跳汰分选、旋流器分选、重介浅槽分选、动筛跳汰分选和γ射线分选5种井下煤矸分选方法的适用性,给出了煤矿矸石井下分选方法选择流程,确定了煤矿矸石井下分选系统及巷硐布置要求,探讨了煤矿井下全粒级分选的发展方向;提出了全采全充、全采局充、局采局充和局采全充4种典型充填开采方法,明确了4种典型充填开采方法的定义、系统布置及技术优势,形成了充填开采方法选择流程,进一步对比分析了4种典型充填开采方法的地表沉陷与采场矿压控制效果。研究成果为实现煤矿煤炭开采、井下分选和矸石处理集约化提供技术借鉴,进一步丰富我国煤矿绿色开采的技术体系。 展开更多
关键词 绿色开采 充填开采方法 矸石分选 原位充填
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薄煤层智能开采技术研究现状与进展 认领 被引量:4
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作者 袁永 屠世浩 +3 位作者 陈忠顺 张村 王沉 王文苗 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1-17,共17页
薄煤层储量占我国煤炭总储量的20%,受狭小采掘空间等特殊条件制约,薄煤层开采效益差、智能化水平低,产量仅占煤炭总产量的10%。基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求,将薄煤层开采的技术需求分为3... 薄煤层储量占我国煤炭总储量的20%,受狭小采掘空间等特殊条件制约,薄煤层开采效益差、智能化水平低,产量仅占煤炭总产量的10%。基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求,将薄煤层开采的技术需求分为3类:薄煤层长壁智能化综采、薄煤层保护层智能化开采和薄煤层高采出率开采技术。系统分析了我国薄煤层矿井开采设计、长壁综采装备、智能化开采技术、半煤岩巷道掘进和极薄煤层开采技术等方面的研究现状,详细介绍了3类薄煤层开采技术的研究进展,具体包括:①在长壁综采工作面智能化方面,提出了放大采区(面)尺寸、降低采掘高度的立体化设计方法,开发了薄煤层开采方法、设备配套等辅助决策专家系统,研制了大功率、矮机身半煤岩快速掘进机及其支护机具和矮型化超长综采工作面成套装备,研发了“基于煤层条件精准探测预设割煤轨迹+三机协同控制+视频监控”的智能化开采技术;②在高瓦斯薄煤层保护层智能化开采方面,揭示了卸压开采的应力-损伤-渗流耦合作用机制,提出了长壁面极限卸压采厚与钻采面卸压增透合理参数确定方法,研发了基于瓦斯浓度调控的智能割煤技术;③在提高薄煤层采出率方面,研发极薄煤层的长壁综采自动化技术和五钻头自动换钻螺旋钻采煤机,开发了不同种类的薄煤层沿空留巷技术。提高薄煤层采掘装备的适应性和控制精度,构建智能开采与灾害防控一体化理论与技术将是薄煤层智能开采技术的研究方向。 展开更多
关键词 薄煤层 智能开采 增产 卸压增透 采出率
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深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论 认领 被引量:6
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作者 黄炳香 张农 +5 位作者 靖洪文 阚甲广 孟波 李楠 谢文兵 焦金宝 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期911-926,共16页
与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为... 与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。 展开更多
关键词 深部开采 采动巷道 强采动 大变形 流变 结构失稳
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三轴循环加卸载条件下岩石能量演化及分配规律 认领
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作者 孟庆彬 王从凯 +4 位作者 黄炳香 浦海 张志镇 孙稳 王杰 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期2047-2059,共13页
为探究围压对受载岩样能量演化特征的影响规律,设计了按轴向位移等梯度加载的恒围压卸轴压的试验应力路径,采用MTS815岩石力学试验系统开展了6种围压下岩样的三轴循环加卸载试验;提出基于加卸载曲线的面积来计算岩石能量的方法,避免采... 为探究围压对受载岩样能量演化特征的影响规律,设计了按轴向位移等梯度加载的恒围压卸轴压的试验应力路径,采用MTS815岩石力学试验系统开展了6种围压下岩样的三轴循环加卸载试验;提出基于加卸载曲线的面积来计算岩石能量的方法,避免采用弹性模量不变的假设而造成能量计算误差,采用特征能量密度和能耗比参数来表征受载岩样的能量积聚、耗散及释放行为,揭示了受载岩样能量演化过程及分配规律的围压效应。试验结果表明:随着从峰前向峰后阶段推移,弹性能占比逐渐降低,耗散能占比逐渐提高,在残余阶段能量占比趋于稳定。随着围压的提高,岩样的特征能量密度随之增大。能耗比(耗散能密度与弹性能密度的比值)可表征受载岩样内部损伤积累状态,在峰前阶段,能耗比随循环次数的增加而增大;在峰后阶段,能耗比先增大后减小,出现拐点(受载岩样大面积破裂或破坏的征兆点)。围压可抑制因岩样破裂或破坏时能量的耗散和释放,造成岩样破坏时所释放的弹性能不彻底;随着围压的提高,能耗比随之降低。 展开更多
关键词 岩石力学 三轴循环加卸载试验 能量演化特征 能量分配规律 能耗比 围压效应
损伤与破裂岩样力学特性试验研究 认领
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作者 孟庆彬 钱唯 +4 位作者 浦海 黄炳香 王从凯 孙稳 王杰 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1534-1546,共13页
深地矿产资源开发中所要面对的是与浅部巷道有着本质性差异的破裂围岩,破裂围岩的力学特性与完整岩石差异性较大。为探究损伤和破裂岩石的力学行为,提出采用同时卸除轴压与围压的三轴卸荷试验来制备损伤和破裂岩样的试验方法,定义一种... 深地矿产资源开发中所要面对的是与浅部巷道有着本质性差异的破裂围岩,破裂围岩的力学特性与完整岩石差异性较大。为探究损伤和破裂岩石的力学行为,提出采用同时卸除轴压与围压的三轴卸荷试验来制备损伤和破裂岩样的试验方法,定义一种基于弹性模量的劣化和考虑塑性变形影响的适用于描述岩石损伤破裂行为的表观损伤破裂变量。采用MTS 815岩石力学试验系统开展峰前、峰值、峰后及残余等8个卸载点的三轴卸荷试验,获得不同损伤破裂度的岩样。通过开展损伤与破裂岩样再承载特性的三轴压缩试验,揭示了损伤和破裂岩样的峰值应力、强度与变形参数、扩容特性与围压及损伤破裂度间的变化规律。试验结果表明,不同损伤破裂度岩样的三轴再加载试验应力–应变曲线仍具有完整岩样常规三轴压缩试验的五阶段,但高损伤破裂度岩样的峰后软化段曲线逐步平缓,表现出一定的塑性变形特性。岩样的峰值应力、强度和变形参数与围压呈正相关,围压对岩样的体积扩容具有显著的抑制作用。随着岩样损伤破裂度的增大,卸荷后再加载岩样的体积应变越易产生扩容现象,岩样的峰值应力、弹性模量随之降低,而广义泊松比随之增大。 展开更多
关键词 岩石力学 损伤与破裂岩样 峰后力学特性 体积扩容 再承载试验
冲击地压应力波作用机理 认领 被引量:1
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作者 王恩元 冯俊军 +2 位作者 张奇明 孔祥国 刘晓斐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期100-110,共11页
针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬... 针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤岩体结构耦合作用的结果,采场煤岩体大尺度破断产生高能量动载应力波,应力波与地应力耦合作用导致采掘空间围岩发生大范围破坏,最终形成冲击地压灾害。 展开更多
关键词 冲击地压 动载应力波 演化过程 机理
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长期水作用下岩石软化系数的测定 认领 被引量:1
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作者 冯文昌 王共元 +2 位作者 杨斯杰 赵宇翔 曾翔 《煤炭技术》 CAS 2020年第1期23-25,共3页
介绍了岩石长期受水作用的弱化机理,特别是水-岩化学作用;对测定岩石软化系数的传统试验进行了分析,发现此法所测得的软化系数无法准确评价岩石长期受水作用时水对岩石的影响程度,并且这影响其在某些工程中的应用价值,最后针对这一问题... 介绍了岩石长期受水作用的弱化机理,特别是水-岩化学作用;对测定岩石软化系数的传统试验进行了分析,发现此法所测得的软化系数无法准确评价岩石长期受水作用时水对岩石的影响程度,并且这影响其在某些工程中的应用价值,最后针对这一问题对传统试验方案提出了优化措施。 展开更多
关键词 软化系数 单轴抗压强度 水-岩化学作用 长期水作用
煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术 认领 被引量:14
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作者 康红普 姜鹏飞 +8 位作者 黄炳香 管学茂 王志根 吴拥政 高富强 杨建威 程利兴 郑仰发 李建忠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期845-864,共20页
针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软... 针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。 展开更多
关键词 煤矿巷道 千米深井 强采动 围岩协同控制 锚杆支护 注浆改性 水力压裂卸压
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化学沉淀修复采动破坏岩体孔隙/裂隙的降渗特性试验 认领 被引量:1
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作者 鞠金峰 李全生 +2 位作者 许家林 李娟娟 曹志国 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期89-96,共8页
针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙... 针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙通道中的渗流状态,通过注入可与地下水发生铁/钙质化学沉淀的试剂,评价沉淀物对采动岩体孔隙/裂隙的封堵降渗特性。结果表明:在为期近42 d的水渗流试验中,两试验模型降渗趋势显著,且均呈现先快后慢的分区降渗特征。裂隙岩样模型选用铁质化学沉淀进行封堵降渗,绝对渗透率由初始的15.1μm~2降低为0.01μm~2;试验初期受裂隙面岩石黏土矿物遇水膨胀作用的叠加,降渗速度快、时间短。石英砂管模型选用钙质化学沉淀开展降渗试验,绝对渗透率由初始的62.3μm~2降低为0.1μm~2;由于其宏观孔隙通道尺寸大、初始孔隙率高(32.8%),导致初期快速降渗阶段持续时间明显偏长,且试验末期对应绝对渗透率值也相对偏大。试验结果证实了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的封堵修复效果,同时也为利用化学沉淀方法进行采动覆岩导水通道封堵的含水层生态修复研究与实践提供了重要参考。 展开更多
关键词 含水层修复 铁/钙质化学沉淀 裂隙岩体 石英砂管 自修复 降渗特性
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基于正交异性板模型的煤矿地下水库人工坝体结构优化 认领
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作者 方志远 鞠金峰 +2 位作者 曹志国 王晓振 许家林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1375-1384,共10页
大柳塔煤矿地下水库人工坝体一般由挡水坝墙和一个与其平面垂直的支撑墙组成,坝体结构稳定可靠但强度富余系数过大,因而存在可优化的空间。挡水坝墙承载性能主要与其骨架结构和厚度有关,由于其骨架结构的等效配筋率已接近规范要求的最小... 大柳塔煤矿地下水库人工坝体一般由挡水坝墙和一个与其平面垂直的支撑墙组成,坝体结构稳定可靠但强度富余系数过大,因而存在可优化的空间。挡水坝墙承载性能主要与其骨架结构和厚度有关,由于其骨架结构的等效配筋率已接近规范要求的最小值,因此可通过改变其厚度来进行坝体结构优化。利用正交异性板模型对坝墙在水压与上覆垂直载荷共同作用下的极限承载性能进行了分析,结果表明:随着上覆垂直载荷的不断增大,坝墙极限水头值会不断减小,坝墙稳定性会由外表面强度控制逐渐转变为由内表面强度控制,且该变化的转折点出现的时间受坝墙厚度影响,坝墙厚度越小,转折点出现的时间越早;若在水库服务期间,水库储水水位一直保持不变且上覆垂直载荷不断增大,则坝墙内外表面会先后发生破坏,且其破坏的先后次序会受水库储水水位的影响,当水库储水水位高于转折点对应的极限水头值时,则坝墙内表面先发生破坏,外表面后发生破坏,反之则坝墙内表面先发生破坏,外表面后发生破坏;储水水位越低,坝墙表面发生破坏所需的时间越长,坝墙的长期稳定性越好;根据大柳塔煤矿地下水库日常储水高度及坝墙上覆垂直载荷的变化范围,得出现有人工坝体结构中的支撑墙可去除,且其中的坝墙厚度可减小至0.6~0.7 m范围内,从而节省材料,提高坝体建设经济性。 展开更多
关键词 地下水库 人工坝体 正交异性板 垂直载荷 极限水头 结构优化
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煤样单轴压缩破坏红外温度临界慢化前兆研究 认领 被引量:2
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作者 田贺 李忠辉 +3 位作者 殷山 程富起 魏洋 张昕 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第3期38-43,共6页
为研究煤样受载破坏过程中有效前兆信息,开展了煤样单轴压缩加载试验,分析了在相同加载方式下煤样红外辐射温度变化特征,运用临界慢化理论对煤样最高红外辐射温度进行处理,比较了最高红外辐射温度的方差和自相关系数,分析了方差、最高... 为研究煤样受载破坏过程中有效前兆信息,开展了煤样单轴压缩加载试验,分析了在相同加载方式下煤样红外辐射温度变化特征,运用临界慢化理论对煤样最高红外辐射温度进行处理,比较了最高红外辐射温度的方差和自相关系数,分析了方差、最高红外辐射温度以及载荷在时间上的变化特征。结果表明:煤样在受载前期和中期最高和平均红外温度变化趋势基本保持一致,受载后期最高红外温度在煤样损伤点处呈上升趋势,主破裂发生时,最高红外辐射温度急剧上升,而平均红外温度在主破裂时并未表现出明显变化;方差和自相关系数均受窗口长度和滞后步长的影响,但方差曲线受窗口长度影响较大;对比红外降温前兆点和红外升温突增点,方差对煤样失稳破坏的预测更加的精准。 展开更多
关键词 单轴压缩 红外辐射 临界慢化 方差 自相关系数
煤矿冲击地压巷道三级吸能支护的强度计算方法 认领
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作者 王爱文 潘一山 +5 位作者 齐庆新 徐连满 高明仕 刘金海 代连朋 肖永惠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3087-3095,共9页
针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及... 针对冲击危险巷道防冲吸能支护缺乏量化设计方法这一难题,从冲击地压巷道围岩的静-动力学环境与结构特征两方面,开展防冲吸能支护强度计算方法研究。结果表明:由于支护与卸压双重作用,巷道周围形成了以巷内支护层、锚固层、卸压层以及原岩层为主的多层圆环结构,各层圆环内的围岩材料性能在巷道围岩径向方向形成典型的梯度结构特征。基于拟静态法,将远场冲击动载荷与围岩静载荷叠加,通过简化锚固层内锚杆(索)支护作用,弱化卸压层内煤岩力学参数,建立了冲击地压巷道围岩梯度结构力学模型。利用梯度结构内多层圆环接触面上的应力计算方法,进行了梯度结构围岩内多层圆环接触面间的受力分析,验证了弱化卸压层内的煤岩力学性能、增加卸压层的结构尺寸、提高锚固层的支护强度,可减小冲击载荷对巷内支护层的作用,提高巷内支护层的抗冲击能力。引入冲击破坏等级系数,建立了吸能防冲支护强度与冲击地压等级间的关系,给出了冲击危险巷道三级吸能防冲支护的强度计算方法,实现了冲击危险巷道吸能防冲支护参数的量化设计。结合某矿具体工程实践,核算了该矿所采用的“锚杆(索)+可缩性36U棚支架+液压抬棚和吸能液压支架”三级吸能防冲支参数最大能够抵抗等级为2级(相当于震源距离巷道100 m,释放108 J能量)的冲击地压。 展开更多
关键词 巷道 冲击地压 三级吸能支护 强度计算 围岩梯度结构
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赵官煤矿瓦斯地质逐级控制及主控因素分析 认领 被引量:2
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作者 赵彤宇 杨胜强 +1 位作者 王晓宁 杨盼 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第2期174-177,182共5页
针对赵官煤矿瓦斯分布不均,局部瓦斯积聚的情况,从区域煤田到矿区地质再到矿井瓦斯地质,应用瓦斯地质逐级控制理论,较好的阐述了赵官煤矿的瓦斯富集区域及其井田瓦斯赋存特点。通过对影响赵官煤矿瓦斯赋存规律各主控因素的综合分析,得... 针对赵官煤矿瓦斯分布不均,局部瓦斯积聚的情况,从区域煤田到矿区地质再到矿井瓦斯地质,应用瓦斯地质逐级控制理论,较好的阐述了赵官煤矿的瓦斯富集区域及其井田瓦斯赋存特点。通过对影响赵官煤矿瓦斯赋存规律各主控因素的综合分析,得出煤层埋藏深度、岩浆岩侵入状况、断层基本形态、煤层顶底板岩性是影响瓦斯赋存规律的主要因素,并提出了针对性的区域瓦斯灾害防治技术措施。 展开更多
关键词 逐级控制 地质构造 主控因素 赋存规律 瓦斯积聚
长期浸水风干煤瓦斯吸附解吸规律研究 认领
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作者 宋亚伟 杨胜强 杨锴 《矿业安全与环保》 北大核心 2020年第5期1-6,共6页
为了探究长期浸水风干煤对瓦斯的吸附解吸规律,选取未浸水的原煤和浸水15 d、1个月、3个月、5个月的风干煤样,通过瓦斯吸附和解吸实验、液氮吸附实验,研究了不同浸水时间条件下风干煤的瓦斯吸附和解吸变化规律,以及孔隙结构分布特征。... 为了探究长期浸水风干煤对瓦斯的吸附解吸规律,选取未浸水的原煤和浸水15 d、1个月、3个月、5个月的风干煤样,通过瓦斯吸附和解吸实验、液氮吸附实验,研究了不同浸水时间条件下风干煤的瓦斯吸附和解吸变化规律,以及孔隙结构分布特征。研究结果表明:随着浸水时间的增加,煤样累计瓦斯吸附量先减小后增大,对瓦斯的最大吸附量先减小后增大,而Langmuir压力先增大后逐渐减小;15 d浸水风干煤样的瓦斯初期解吸率大于其他长期浸水风干煤样的解吸率,而从1个月到5个月浸水风干煤样的解吸率逐渐降低;随着浸水时间的增加,煤样的BET平均孔径和BJH累计孔容逐渐增大,BET比表面积先减小后逐渐增大,同时与吸附量相关的微孔占比和微孔比表面积呈现先减小后增大的趋势。 展开更多
关键词 浸水风干煤 瓦斯吸附 Langmuir拟合曲线 初期解吸率 BET比表面积 微孔占比
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急倾斜特厚煤层水平分段综放开采冲击矿压机理 认领 被引量:1
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作者 何江 窦林名 +2 位作者 曹晋荣 吴江湖 曹立厅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1701-1709,共9页
我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显,且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理,建立覆岩力学模型,分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据,分析了工作面支架... 我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显,且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理,建立覆岩力学模型,分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据,分析了工作面支架工作阻力与动载系数分布规律;利用微震监测得到的矿震空间分布,分析了岩层运动和能量释放规律。研究结果表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采,顶板倾向破断步距与煤层倾角呈非线性正相关关系,当煤层倾角大于60°时,破断步距出现陡增;覆岩下位坚硬岩层破断后在倾向上可暂时形成平衡结构,随着下位分段开采和放煤,平衡结构可发生破断旋转、断块跌落、结构挤压俯冲等3种类型的失稳冲击过程,对工作面形成动态冲击;在顶底板夹持作用下,工作面煤体靠近顶底板侧将形成非对称倾向支承压力分布,靠近顶板侧为封闭夹持状态,应力集中程度高,靠近底板侧为开放夹持状态,煤体易破坏卸压而处于塑性状态,在非对称支承压力作用下,工作面中部至顶板侧底煤受强烈剪切应力作用,且处于底板弹塑性交界区,易于失稳冲击;急倾斜特厚煤层水平分段综放开采,覆岩破断步距大,顶板破断和失稳冲击的瞬间释放能量强,扰动底煤高应力区诱发冲击矿压显现,揭示了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采夹持冲击型冲击矿压机理。工作面液压支架工作阻力监测表明工作面中部至顶板侧动载系数最大达到3.25,表明覆岩形成了悬空式结构失稳;矿震监测结果表明工作面中部至靠近顶板侧底煤容易积聚弹性变形能,底板侧容易释放能量,顶板活动易形成动载扰动。研究结果得到了监测验证。 展开更多
关键词 急倾斜 特厚煤层 水平分段 夹持冲击型 冲击矿压
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