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深部开采煤矿典型动力灾害孕灾主控因素与机制研究进展 被引量：6
1
作者 杨科 郭鹏慧 +4 位作者 袁亮 曹安业 张永将 马衍坤 李家卓 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3466-3487,共22页
煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产... 煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的绊脚石,防治煤矿典型动力灾害的前提和基础是深入研究其发生机理。因此,需要掌握我国煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究领域的整体进展以及孕灾主控因素与机制。文中总结了前人及研究团队已有研究成果,利用CiteSpace软件梳理文献,并通过关键词共现和突现知识图谱分析,阐述了煤矿典型动力灾害领域发展历程中每个阶段的研究热点以及未来的发展态势;厘清了不同孕灾条件对煤与瓦斯突出和冲击地压影响的差异性;探讨了煤矿典型动力灾害孕育的“五效应”机制。分析认为,围绕煤矿典型动力灾害领域的研究均以其发生机理及孕灾因素为基点,其中孕灾因素以天然地质条件为主、开采技术条件为辅,不同的孕灾环境形成的典型动力灾害表现形式不同,典型动力灾害孕育机制包括物质内在效应、应力超载效应、能量驱动效应、结构异变效应和煤岩体时变效应,五者相互作用、相互影响。根据当前深部开采面临的问题和亟需攻克的关键难题提出了研究展望,亟待深入研究煤矿典型动力灾害全生命周期孕育特征、演化特征、致灾机理,深部强扰动作用下煤矿典型动力灾害前兆信息智能辨识、预警指标融合,以及多灾种链生灾害联防联控体系,从而有效保障深部煤炭资源安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 煤与瓦斯突出 冲击地压 煤岩瓦斯复合动力灾害 孕灾机制
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煤岩结构瞬变诱冲机理 被引量：3
2
作者 伍永平 罗生虎 +6 位作者 闫壮壮 解盘石 田程阳 王同 高喜才 王红伟 郎丁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期193-208,共16页
冲击地压是深部煤矿开采面临的主要灾害之一,揭示冲击地压的发生机理是其灾害评价、预测及防治的前提和基础。采用理论分析、数值计算、模拟实验和现场实测互馈综合研究方法,在综合厘定覆岩空间结构与其力学响应内在联系的基础上,系统... 冲击地压是深部煤矿开采面临的主要灾害之一,揭示冲击地压的发生机理是其灾害评价、预测及防治的前提和基础。采用理论分析、数值计算、模拟实验和现场实测互馈综合研究方法,在综合厘定覆岩空间结构与其力学响应内在联系的基础上,系统研究了结构瞬变激励下采场煤岩的力学响应和冲击地压的发生机理。结果显示:覆岩空间结构的力学性能和力学环境是其范围内的采场煤岩产生不同力学响应的内、外因,坚硬岩层破断等子系统的瞬时失稳,会导致覆岩空间结构大系统的瞬变,进而造成采场煤岩动态力学响应(矿震)的发生和静态力学响应的阶变。结构瞬变后,除了震源处的应变能会发生瞬变外,更大范围的煤岩应力场、位移场、应变能场和重力势能场等力学响应也会发生瞬变。结构瞬变区域上方覆岩瞬时下沉、应力骤减、应变能和重力势能的释放特征明显,结构瞬变区域外侧深部区域煤岩略有下沉、应力骤增、应变能聚集特征明显、重力势能略有释放;采场煤岩的总势能瞬时减小,这其中,总应变能瞬时增大,而总重力势能瞬时减小。同时,受坚硬岩层破断形成的卸载、回弹和下沉影响,矿震发生时,并非所有区域的煤岩都会被瞬时加载,临近结构瞬变区域的煤体会被瞬时卸载。工作面后方坚硬岩层的瞬时破断,会使走向支承压力“瞬时前移”,导致工作面前方煤体的高静载区域出现“高静载+负动载”的应力状态,而回采巷道煤体的高静载区域出现“高静载+正动载”的应力状态,造成回采巷道发生冲击地压的概率远大于工作面。在实际工程中,应基于煤岩结构与其动、静力学响应的内在关联,基于“调结构、控响应”的理念,建立针对性的防控措施。 展开更多
关键词 煤岩结构 瞬变 力学响应 矿震 冲击地压
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煤矿覆岩矿震关键层及其破断释能机制 被引量：2
3
作者 窦林名 曹晋荣 +5 位作者 曹安业 蔡武 巩思园 鞠明和 周坤友 阚吉亮 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期180-192,共13页
覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础。采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震... 覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础。采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震之间的关系。提出了覆岩矿震关键层概念,总结了覆岩矿震关键层特征及其与关键层之间的区别联系,給出了覆岩矿震关键层判识方法。通过分析覆岩矿震关键层破断过程中的裂隙发育和能量演化规律,揭示了覆岩矿震关键层破断释能机制。结果表明:①煤矿震动事件包括微型震动、高能震动和矿震,煤矿矿震可划分为覆岩型、断层型、煤柱型、底板型、褶曲型和复合型;②覆岩矿震关键层是指顶板中一层或数层对覆岩型矿震的发生和分布具有控制作用的关键岩层(组),根据空间赋存位置,可将其分为高位和低位2种类型;③考虑厚硬岩层破断条件和能量条件,提出了覆岩矿震关键层判别方法,案例分析表明该方法具有一定的正确性和适用性;④除采空区两侧的裂隙带外,覆岩矿震关键层与低位顶板之间出现水平剪切裂隙,层间节理应变能和剪切耗散能集中,岩层间发生剪切–错动。此外,覆岩矿震关键层内部还出现了水平向的层内裂隙,层内存在节理应变能和剪切耗散能聚集区,覆岩矿震关键层具有分层破坏特征;⑤当岩体所承受的实际最大应力超过岩层或结构接触面强度极限时,覆岩矿震关键层出现破断或结构失稳,形成覆岩型矿震,该过程中部分弹性应变能和重力势能转化为矿震能量以及各类耗散能等。研究结果可为覆岩型矿震防控提供理论指导。 展开更多
关键词 覆岩型矿震 矿震关键层 裂隙演化 释能机制 离散元模拟
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基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法及应用 被引量：3
4
作者 赵同彬 尹延春 +3 位作者 任文涛 张庆志 高久国 赵志刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2384-2393,共10页
钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数... 钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数,提出考虑卸压扰动的大直径卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量确定方法;通过开展室内煤样钻孔卸压-煤粉测量试验,探究钻孔孔径、煤粉量、煤样初始应力及卸压后应力间的函数关系,进而给出孔距为1、2和3 m条件下孔径为150 mm的卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量的建议值;并结合研发的煤粉自动测量装置,在井下冲击危险巷道开展大直径卸压钻孔钻屑检测应用。结果表明:煤样钻孔煤粉量与钻孔孔径、煤样应力呈正相关关系,钻孔卸压后煤样应力降低率与钻孔孔径-孔距比呈正相关性;孔径为150 mm的卸压钻孔的钻粉率指数大于孔径为44 mm的钻孔的钻粉率指数,且随着钻孔间距的减小而逐渐增大;山东唐口矿6310工作面孔径为150 mm的卸压钻孔的煤粉量为25~93 kg/m,在巷帮12~14和18~20 m深处存在高应力区,沿空巷道煤粉量明显大于实体煤巷道。通过大直径卸压钻孔钻粉率指数确定方法和煤粉自动测量装置相结合,形成了基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法,为巷道高应力危险区“卸压-检测”同步作业提供了一种实用技术途径。 展开更多
关键词 冲击地压 卸压钻孔 钻屑法 钻粉率指数 临界煤粉量
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采动影响下坚硬岩桥型断层活化与储能演变规律 被引量：3
5
作者 吕进国 韩文鹤 +3 位作者 张学朋 彭意胜 潘一山 代连朋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期902-916,共15页
断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开... 断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开采扰动下含坚硬岩桥断层的滑移规律,分析了含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层活化差异特征,研究了工作面回采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带正、剪应力变化特征;采用数值模拟方法,研究了临近断层开采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带应力分布与能量积聚规律。研究结果表明:开采扰动下含坚硬岩桥的断层呈现了更强的非均匀性滑移,但断层的滑移量明显减小,活化程度降低,坚硬岩桥可增加断层的稳定性,其稳定性的提高主要体现在断层面黏聚力的增加;靠近工作面的坚硬岩桥应力集中程度最高,最易发生剪切破坏,但在一定程度上坚硬岩桥会分散应力集中带;对于无阻滑的断层带,其弹性应变能密度随靠近断层开采而逐步增高,但增加幅度有限,且弹性应变能密度峰值始终呈现在工作面前方区域;而坚硬岩桥的存在改变了断层带能量的分布规律,其应变能密度峰值主要聚集在坚硬岩桥与断层带接触处位置。越靠近岩桥的断层带,其滑移挤压程度越高,能量积聚程度也越高;含坚硬岩桥的断层能量积聚程度远大于无阻滑结构断层,阻滑结构可大幅度提升断层带储能潜力。 展开更多
关键词 阻滑结构 坚硬岩桥 应变能 断层活化 失稳破坏
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沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践 被引量：2
6
作者 谭云亮 张修峰 +4 位作者 范德源 刘学生 朱斯陶 牟宗龙 陈洋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期209-223,共15页
无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:... 无煤柱(或小煤柱)开采已得到广泛应用,随着开采深度增加,当侧空覆岩存在坚硬岩层时,大能量动力事件频发,冲击地压显现日趋严重,已成为制约深部煤炭资源开采的主要瓶颈之一。围绕沿空侧向覆岩结构改性防冲机理与实践开展研究,主要包括:构建了沿空工作面覆岩结构力学模型,提出了上位覆岩等效载荷估算方法,揭示了下位覆岩结构特征及演化规律;获得了沿空工作面下位覆岩运动对煤体内应力的定量表征方法,提出了以煤体的静载支承应力及关键层断裂产生的扰动应力之和与煤体强度比值大小为致灾指数的覆岩致灾关键层判识方法;定义了覆岩关键结构失稳致灾力学判据,综合分析应力状态和冲击倾向性指数对“发生冲击地压”的隶属度实现了侧空覆岩致灾风险评级;给出了侧空覆岩结构改性方法及防冲流程,并在新巨龙6305工作面开展了工程实践。结果表明,6305工作面实施侧空覆岩结构主动改性后,微震事件频次增幅33.3%,平均每个事件能量降幅23.5%;煤体应力集中程度显著降低,最大降幅约27.2%;沿空巷道围岩变形量明显减小,最大减小约104.7%;侧空覆岩致灾关键层得到消除,冲击地压的可能性等级为由“很可能”降为“不可能”。 展开更多
关键词 深部 冲击地压 沿空巷道 覆岩结构 致灾 主动改性
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急倾斜巨厚煤层掘进巷道冲击危险时序及等级智能预测 被引量：3
7
作者 崔峰 宗程 +3 位作者 来兴平 何仕凤 张随林 贾冲 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期845-861,共17页
实现煤矿冲击地压智能预警对于保障矿井安全作业具有重要意义。以新疆某矿急倾斜巨厚煤层的掘进巷道冲击地压发生时序智能分级预测作为背景,分析了急倾斜巨厚煤层巷道掘进期间各微震信息指标的时空演化规律,利用遗传算法(Genetic Algori... 实现煤矿冲击地压智能预警对于保障矿井安全作业具有重要意义。以新疆某矿急倾斜巨厚煤层的掘进巷道冲击地压发生时序智能分级预测作为背景,分析了急倾斜巨厚煤层巷道掘进期间各微震信息指标的时空演化规律,利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化的随机森林(Random Forest,RF)对预测冲击发展趋势性能较高的多项指标进行了优选,基于相空间重构技术(Phase Space Reconstruction,PSR)将数据映射至高维空间进行重构,结合长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)训练学习高维度数据特征,构建了基于深度学习与多元混沌时序的急倾斜巨厚煤层冲击地压预测模型(PSR-LSTM),依据现场实际对模型的预测性能进行了评价。结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进下各微震信息指标对冲击预警的敏感性较强,彼此之间具有显著的相关性;优选出了预测冲击发展趋势性能较高的6项微震信息指标;多项指标的时间序列具有混沌特性,经过相空间重构后再进行LSTM学习训练,可有效增强模型的数据利用率与预测精度,所构建的PSR-LSTM模型在指定预测时长为1 d的情况下,预测准确率可达0.9135、F1值可达0.9116,均优于未经重构的LSTM模型。模型较好地预测了急倾斜巨厚煤层掘进巷道发生冲击危险的时序趋势及危险等级,研究方法可为急倾斜巨厚煤层掘进巷道冲击地压发生的智能预测预警提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 掘进巷道 冲击地压 多元混沌时序 相空间重构 深度学习
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基于高位巷与工作面进回风巷联合卸压的坚硬顶板防冲技术研究 被引量：1
8
作者 谭云亮 任文涛 +6 位作者 李青海 殷鹏涛 张修峰 王子郡 陈洋 胡善超 李占海 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期65-81,共17页
深埋特厚煤层开采后高位坚硬顶板失稳造成强矿压现象突显,严重威胁矿井安全生产。为探究新型卸压防冲方案,以新巨龙煤矿8302工作面为研究背景,提出了高位巷与工作面进回风巷联合爆破卸压防冲方案。通过理论分析、物理模拟和数值计算相... 深埋特厚煤层开采后高位坚硬顶板失稳造成强矿压现象突显,严重威胁矿井安全生产。为探究新型卸压防冲方案,以新巨龙煤矿8302工作面为研究背景,提出了高位巷与工作面进回风巷联合爆破卸压防冲方案。通过理论分析、物理模拟和数值计算相结合的方法,分析了高位巷爆破与进回风巷爆破协同卸压原理,揭示了高位巷爆破卸压对于坚硬顶板的破断失稳机制,明确了高位巷爆破对于煤层应力场演化特征。针对现场工况条件,设计并实践了高位巷与进回风巷联合爆破卸压及监测方案,取得了显著的卸压效果。结果表明:①高位巷与进回风巷联合卸压,弱化了覆岩结构,使其产生大量裂隙,破坏了其连续性,降低了覆岩承载能力。②高位巷爆破使高位关键岩层初次垮落步距由144 m减小为84 m,周期垮落步距由24~30 m减小为12~24 m。煤层垂直应力由18.1~18.3 MPa减小至16.2~18.0 MPa,最大降幅11.47%,改善了工作面应力分布状况。③设计了8302工作面进回风巷与高位巷联合爆破卸压方案。并从进回风巷表面变形、覆岩应力、顶板深部位移等方面制定了监测方案。④现场工程实践表明:104 J及以上的微震能量事件降幅64.3%,微震事件由改性前的“低频高能”逐渐向改性后的“高频低能”转化。联合爆破卸压后,围岩变形、钻孔应力及锚杆索受力对断层及不规则采空区具有高度的敏感性,而在进入正常阶段后,围岩稳定性得到改善,联合爆破卸压效果显著。为解决大采高坚硬顶板引发的强矿压显现问题提供了理论依据及实践参考。 展开更多
关键词 坚硬覆岩 联合爆破 冲击地压 卸压释能 微震监测
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结构瞬变激励下覆岩应变能场和重力势能场的演变机理 被引量：1
9
作者 罗生虎 高佳波 +7 位作者 闫壮壮 伍永平 解盘石 韩刚 王红伟 田程阳 王同 孙明明 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期768-780,共13页
揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础。采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激... 揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础。采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激励下覆岩应变能和重力势能聚集与释放的演变机理。结果表明:受自重应力场和采动卸荷效应影响,采动影响范围内的各岩层相互作用、相互制约,存在紧密且复杂的力学联系。坚硬岩层破断诱发的结构瞬变,打破了岩层间原有旧秩序的平衡,导致岩层间的力学联系发生瞬变,覆岩载荷传递路径亦发生瞬变,覆岩的应变能场和重力势能场随之改变。并且覆岩载荷传递路径的瞬变,会对采场空间不同区域的煤岩形成不同的瞬时加、卸载,造成不同区域覆岩能量的演变特征存在差异。这其中,下位坚硬岩层破断后,破裂面内力的瞬时卸载和覆岩载荷传递路径瞬变形成的瞬时加载,使其邻近采空区的部分区域瞬时向上回弹、释放应变能,回弹区以里的部分区域瞬时下沉、释放重力势能。与此同时,结构瞬变区域支撑载荷的瞬时卸载,使上位坚硬岩层瞬时下沉、变形量骤增,重力势能释放而应变能聚集。本质上,结构瞬变激励下采场煤岩的动力学响应过程,是采场煤岩原有时空结构被打破后向新时空结构演化的动力学过程,存在应变能、重力势能和动能的相互转换,并伴随有应变能和重力势能的聚集与释放。且整体而言,覆岩应变能的释放区域较小,主要集中在瞬时卸载区,其余区域瞬时增大;而重力势能的释放范围较大,仅在下位坚硬岩层的回弹区域略有增大。 展开更多
关键词 结构瞬变 应变能 重力势能 聚集与释放 煤岩动力灾害
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基于NMR震动载荷作用下含层理煤样损伤演化特征 被引量：1
10
作者 马衍坤 黄勤豪 +5 位作者 刘泽伟 柴虎峰 殷志强 王超 吴昌 潘科举 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第1期126-136,共11页
利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了含层理烟煤煤样震动载荷多次冲击试验,借助低场核磁共振分析仪测试每次冲击后煤样的T2谱,并进行核磁共振成像(MRI),研究层理对煤样损伤演化的影响规律。结果表明:层理的存在会劣化煤样承载... 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了含层理烟煤煤样震动载荷多次冲击试验,借助低场核磁共振分析仪测试每次冲击后煤样的T2谱,并进行核磁共振成像(MRI),研究层理对煤样损伤演化的影响规律。结果表明:层理的存在会劣化煤样承载能力,60°层理煤样能量透射效应最差,吸收的能量主要用于煤样的损伤破坏,此时劣化作用最强;震动载荷多次冲击作用下,煤样微观结构损伤整体呈现出“初始跃进—低速增长—加速上升”3个演化阶段;随着层理角度增大,层理对煤样损伤过程的影响愈发明显,对于0°层理煤样,损伤破坏区沿层理面呈弧形贯通发展趋势,对于30°和60°层理煤样,损伤破坏区沿层理面向煤样两端扩展,对于90°层理煤样,在沿层理面发育的孔裂隙作用下,最终出现复杂交织的损伤破坏区,4种含层理煤样呈现拉伸破坏(0°)—剪切破坏(30°、60°)—混合破坏(90°)的演化趋势。研究成果为揭示震动载荷作用下煤岩动力灾害机制提供了参考。 展开更多
关键词 层理煤样 震动载荷 核磁共振(NMR) 损伤演化
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复杂地质动力环境下冲击地压的影响因素与分布特征 被引量：2
11
作者 荣海 魏世龙 +2 位作者 张宏伟 陈林林 李南南 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期423-434,共12页
冲击地压是多项因素耦合作用的结果。冲击地压的发生不仅与开采工程效应有关,还与矿井所处的地质动力环境紧密相关,特别是在复杂地质动力环境下,冲击地压的发生更加频繁。为研究复杂地质动力环境下冲击地压的影响因素,采用理论分析、微... 冲击地压是多项因素耦合作用的结果。冲击地压的发生不仅与开采工程效应有关,还与矿井所处的地质动力环境紧密相关,特别是在复杂地质动力环境下,冲击地压的发生更加频繁。为研究复杂地质动力环境下冲击地压的影响因素,采用理论分析、微震监测分析、地质勘探等方法,以耿村煤矿12240工作面作为研究对象,分析耿村煤矿地质动力环境特征,评判耿村煤矿发生冲击地压的危险性。计算12240工作面冲击地压发生的临界深度,采用已发生冲击地压和大能量微震事件对临界深度进行验证,揭示冲击地压发生震源深度的关系。采用“冲击地压的三条件准则”对微震事件的发生频次、能量,以及空间位置的分布规律进行分析。通过分析12240工作面顶板预裂爆破前后的微震事件频次及能量的变化规律,以及顶板预裂爆破后孔壁的窥视结果,对12240工作面采取的远场解危措施的效果性进行验证。结果表明:耿村煤矿具备中等矿井动力灾害的地质动力环境,属于严重冲击地压矿井。耿村煤矿冲击地压发生的临界深度为标高−545.79 m,12240工作面埋深已临近冲击地压发生临界深度,具备冲击地压发生危险。F16断层作为耿村煤矿的主要地质构造因素,是地质动力环境的重要构成,为大能量冲击地压的孕育和发生提供了能量基础;采动效应是冲击地压发生的充分条件,对12240工作面初采期间冲击地压的影响较小;解危措施是控制条件,有效降低了12240工作面冲击地压发生的危险。研究成果可为防治复杂地质动力环境下冲击地压等矿井动力灾害提供依据和参考。 展开更多
关键词 地质动力区划 冲击地压 微震事件 多因素耦合 复杂地质条件
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剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性研究 被引量：1
12
作者 解盘石 张波 +5 位作者 黄宝发 张浩 路贝 雷二辉 王茜 刘鑫 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期166-182,共17页
为研究浅埋煤层在剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性,以瑶渠煤矿西采区回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工程验证等方法,研究了剥蚀区影响下巷道变形破坏特征与能量演化规律,分析了在偏应力屈服准则和能量判据下不... 为研究浅埋煤层在剥蚀区影响下大巷布置优化及煤柱稳定性,以瑶渠煤矿西采区回风大巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场工程验证等方法,研究了剥蚀区影响下巷道变形破坏特征与能量演化规律,分析了在偏应力屈服准则和能量判据下不同尺寸煤柱的破坏情况,确定了巷道布置优化后合理的煤柱尺寸。结果表明:剥蚀区会使围岩应力增加、应变能积聚,致使巷道围岩变形破坏加剧,坚硬岩层受扰动时应变能变化较小,但不会隔断能量的传递,而较软煤岩体中会产生较大的应变能改变。巷道布置优化后,掘进过程中煤柱内偏应力与应变能呈先递增再稳定最后递减趋势,巷间煤柱小于9 m时,煤柱内偏应力与能量曲线均呈“钟形”分布,且均大于屈服破坏的极限值;煤柱宽度为10~13 m时,偏应力与能量曲线转变为“马鞍形”,煤柱内部小于屈服极限区域逐渐增加,承载能力逐步提高;煤柱宽度大于13 m时,回风大巷与剥蚀区距离过近,其间煤体在剥蚀区和回风大巷双重应力和能量叠加下产生失稳破坏。最后,综合确定煤柱合理尺寸范围为10~12 m,考虑保持煤柱稳定性同时减小剥蚀区的影响,采用10 m煤柱进行工程实践,监测结果表明巷道整体变形量较小,围岩稳定性控制较好。 展开更多
关键词 剥蚀区 巷道布置优化 煤柱宽度 偏应力 应变能演化
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深埋特厚煤层坚硬顶板多维分段水力压裂控冲减损技术 被引量：1
13
作者 谭毅 王宇 +5 位作者 何满潮 李辉 郭文兵 李林猫 刘伟东 张少普 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期794-809,共16页
水力压裂技术是煤矿顶板弱化及冲击地压防治的有效方法之一。以陕西某煤矿2305特厚煤层综放工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验以及工程监测等手段对坚硬顶板区域弱化控制技术进行研究。基于“塑性绞线”理论构建基本... 水力压裂技术是煤矿顶板弱化及冲击地压防治的有效方法之一。以陕西某煤矿2305特厚煤层综放工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验以及工程监测等手段对坚硬顶板区域弱化控制技术进行研究。基于“塑性绞线”理论构建基本顶“薄板结构”力学模型,提出了结合煤层采出过程中坚硬顶板初次破断临界状态积蓄的弯曲应变能及微震事件分布与响应特征确定水力压裂目标层位的方法,根据此方法确定2305工作面压裂目标层位为14.50 m厚粗砂岩;构建流固耦合模式下应变软化数值计算模型,在目标层位设计有无定向分段水力压裂数值模拟对比试验,并引入强度−应力比参数对顶板局部稳定性进行分析。结果表明:定向长钻水力压裂有效破坏了基本顶的整体性并缩短了基本顶来压步距,初次来压步距降低了25.81%,周期来压步距降低了24.64%,减小了因顶板悬空面积过大而形成巨大动载及诱发冲击地压的可能性;根据2305工作面地质条件,设计定向长钻+常规浅孔的多维分段水力压裂施工方案,20号、21号、22号定向长钻孔压裂过程中分别出现30、35、23次3 MPa以上压降现象,定向分段水力压裂使顶板的整体性得到破坏,常规浅孔压裂过程中不同裂隙的拓展形式在压裂曲线上表现出双阶段稳定型及多阶段发育型的不同阶段性特征,顶板以及顶煤压裂效果显著;联合多种监测手段对2305工作面围岩活动进行监测,多维分段水力压裂技术的实施破坏了坚硬顶板的完整性,与未实施水力压裂的2303工作面相比,初次来压步距与周期来压步距分别降低24、12 m,降幅分别达33.33%、32.19%,有效减小了采面支架工作阻力,降低了大能量微震事件发生的可能性,为井下安全生产提供了保障。 展开更多
关键词 特厚煤层 坚硬岩层 塑性力学 水力压裂 微震监测
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冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采降载防冲机理及应用 被引量：1
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作者 王家臣 王兆会 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期12-22,共11页
坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚... 坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚硬顶板破断致冲条件、充填体支撑下坚硬顶板运动特征及其降载防冲机理。结果表明:坚硬顶板动力破断条件为弹性区能量释放率高于塑形区能量耗散率,提出了动载冲击力计算方法,给出了动载荷和静态应力场组合作用下,冲击地压灾害发生原理;构建了充填体支撑作用下坚硬顶板沉降模型,得到了坚硬顶板沉降曲线,充填率是控制坚硬顶板沉降模式的关键因素;充填率提升至90%,坚硬顶板转变为连续沉降模式,构建了坚硬顶板连续沉降条件下支架围岩相互作用模型,提出了支架阻力计算方法,揭示了充填开采降载防冲机理;将充填开采降载防冲技术应用于1123工作面,提出了“三位一体”充填率提升技术,微震监测和顶板下沉量检测结果表明降载防冲效果良好,围岩控制效果显著提升。 展开更多
关键词 充填开采 冲击地压 坚硬顶板 充填率 支架载荷
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冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能研究 被引量：1
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作者 崔峰 罗钟 +4 位作者 来兴平 陈建强 彭宝山 邹磊 刘旭东 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期81-95,共15页
我国埋深1 000 m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上,未来将是煤炭资源供应的主要部分,开展冲击地压矿井科学产能确定研究并科学提升冲击地压矿井产能,对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定... 我国埋深1 000 m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上,未来将是煤炭资源供应的主要部分,开展冲击地压矿井科学产能确定研究并科学提升冲击地压矿井产能,对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定与产能提升问题,利用理论分析、现场监测等研究方法,完成了含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学划分,分析了冲击地压矿井不同的采煤方法、开采顺序、开采布局下采煤面扰动响应特征,建立了冲击地压矿井科学产能的确定方法,提出了冲击地压矿井产能科学提升的顶层设计与实践方法。研究结果表明:明确了冲击地压矿井冲击倾向性鉴定与冲击危险性确定的必要性,实现含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学规划;研究了采煤方法、开采顺序与布局以及开采参数对采煤面扰动响应特征,得出了冲击地压矿井采煤面科学设计的系统性方法,为冲击地压矿井产能提升创造条件;提出了冲击地压矿井产能确定的技术路径,基于采动力学构建了“分阶段、分区域、分时期、看卸压力度、看历史防控水平”的冲击地压矿井采煤面推进速度确定方法;构建了冲击地压矿井产能提升的顶层设计,明确指出了控制产能的关键是产能提升所带来的冲击危险性,实现采动强度与卸压力度平衡,降低冲击危险性,从而有效的进行产能提升。构建了冲击地压矿井从井田范围科学规划、采煤面科学设计到产能科学确定及科学提升产能的一体化技术路径,为冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能提供了科学指导。 展开更多
关键词 冲击地压矿井 科学产能 科学提升产能 采动强度 卸压力度
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砂岩不同含水特性对超低摩擦效应影响试验研究 被引量：1
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作者 李利萍 余泓浩 +1 位作者 李秋雨 潘一山 《力学学报》 北大核心 2025年第3期687-700,共14页
为揭示应力扰动下巷道砂岩含水特性对超低摩擦型冲击地压影响机制,利用自制超低摩擦试验装置,以沈阳某矿砂岩为研究对象,通过改变砂岩块体含水率和浸水高度分别模拟深部岩体整体和分层含水特性,以中间砂岩为工作块体,利用其峰值水平位... 为揭示应力扰动下巷道砂岩含水特性对超低摩擦型冲击地压影响机制,利用自制超低摩擦试验装置,以沈阳某矿砂岩为研究对象,通过改变砂岩块体含水率和浸水高度分别模拟深部岩体整体和分层含水特性,以中间砂岩为工作块体,利用其峰值水平位移和岩岩界面合摩擦力分别表征超低摩擦效应强度和阻力,开展砂岩不同含水特性对超低摩擦效应影响试验研究.研究结果表明:(1)不同含水率和浸水高度工作块体位移时程曲线,均有准备、冲击和振荡3个阶段性特征,同时其峰值水平位移随垂直扰动频率增加均具有明显分区特性,超低摩擦效应强影响区和弱影响区分界处峰值水平位移均值分别为0.232和0.368 mm;(2)工作块体干燥、饱和含水率下超低摩擦效应平均强度分别比自然含水率状态下高165%和89.7%,含水率增加后摩擦力平均最大降幅为16.6%,表明砂岩含水率由自然状态下继续增加易发生超低摩擦效应但强度减弱;(3)工作块体浸水高度75 mm时超低摩擦效应强度平均增幅146%,摩擦力最大降幅为12.1%,表明此时易发生超低摩擦效应且强度较高;(4)砂岩块体含水率1.05%和浸水高度75 mm时,超低摩擦效应强度最高,实际工况中需合理控制岩体含水率和浸水高度,防止超低摩擦型冲击地压灾害发生. 展开更多
关键词 岩石力学 岩岩界面 含水特性 超低摩擦效应 砂岩块体
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冲击地压扰动响应失稳理论并行计算 被引量：3
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作者 潘一山 王学滨 +1 位作者 郑一方 陈双印 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期81-91,共11页
目前,冲击地压理论研究已经完成了从定性分析到定量分析的转变。巷道围岩临界应力计算是巷道安全性评价的重要依据。鉴于冲击地压问题的极度复杂性,在理论上继续取得突破极为困难。基于理论公式的巷道围岩临界应力计算,无法考虑更复杂... 目前,冲击地压理论研究已经完成了从定性分析到定量分析的转变。巷道围岩临界应力计算是巷道安全性评价的重要依据。鉴于冲击地压问题的极度复杂性,在理论上继续取得突破极为困难。基于理论公式的巷道围岩临界应力计算,无法考虑更复杂的实际情况,例如非圆形巷道、非静水压力和复杂岩层结构。冲击地压理论和数值计算相结合具有更加广阔的应用前景,能使冲击地压理论进一步走向实际应用,这是极有价值的发展方向。这方面研究成果的成功取得依赖于数值计算技术的快速发展。研究将当今较先进的岩层运动并行计算系统StrataKing(一种自主开发的以拉格朗日元与离散元耦合方法为基础的非线性断裂力学GPU并行计算方法)与冲击地压扰动响应失稳理论相结合,首次提出了圆形巷道扰动响应失稳理论的数值模拟方法。该方法的思想是将非线性断裂力学数值分析方法中的Ⅱ型断裂能设定为中间变量,从而建立了静水压力条件下圆形巷道围岩临界应力与冲击能指数之间的关系。为了获取冲击能指数的数值解,采用了仅出现一个剪切面的理想岩样进行单轴压缩数值试验,以排除其他因素对应力-应变曲线峰后倾向于直线部分斜率的影响。对于高角度剪切破裂,提出了将非标准岩样的计算结果转换成标准岩样的结果的折算方法。折算后冲击能指数的范围为0.17~13.52,位于全国131个冲击地压矿井的调研数据之内。巷道围岩临界应力的计算结果是理论结果的0.4~2.5倍,这与针对全国20个冲击地压矿井的调研数据(临界应力的修正系数普遍大于1,甚至接近8)定性相符,从局部化破坏围岩比均匀破坏围岩的承载力高的角度进行了解释。冲击地压与局部化的关系过去有讨论,扰动响应失稳理论与局部化过去并无关系。通过局部化,扰动响应失稳理论与冲击地压之间在破坏机理上产生了密切的关联。StrataKing可为冲击地压矿井巷道安全性评价提供强大的算力支撑。 展开更多
关键词 冲击地压 定量分析 扰动响应失稳理论 冲击能指数 局部化 并行计算 临界应力
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厚及特厚煤层开采煤层大巷失稳机理及控制研究 被引量：3
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作者 蒋邦友 李文帅 +2 位作者 张宇 姜良金 任思安 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第2期333-344,共12页
为解决厚及特厚煤层开采煤层大巷稳定性控制难题,采用室内试验、现场实测及监测反馈的方法,研究硫磺沟煤矿厚及特厚煤层采动影响下煤层大巷失稳机理,并提出煤层大巷稳定性控制方案。结果表明,4-5煤开采期间超前测点应力在距离煤壁125 m... 为解决厚及特厚煤层开采煤层大巷稳定性控制难题,采用室内试验、现场实测及监测反馈的方法,研究硫磺沟煤矿厚及特厚煤层采动影响下煤层大巷失稳机理,并提出煤层大巷稳定性控制方案。结果表明,4-5煤开采期间超前测点应力在距离煤壁125 m左右时进入显著增长阶段。9-15煤开采期间,位于4-5煤采空区下方测点应力值整体处于较低水平,而位于4-5煤层采空区下方外侧的测点应力在距离煤壁175 m左右时进入显著增长阶段。厚及特厚煤层开采后,煤层大巷附近位于“应力拱”拱脚区域,多次开采扰动后,煤层大巷区域容易出现支承压力升高继而发生失稳破坏。提出煤层大巷稳定性协同控制方案,包括优化大巷保护煤柱宽度不小于180 m、顶板岩层爆破卸压以及煤层大巷补强支护。现场实践表明,该方案能较好地控制煤层大巷稳定性。 展开更多
关键词 厚及特厚煤层 煤层大巷 覆岩特征 应力分布 失稳机理 稳定性控制
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煤矿冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测方法
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作者 窦林名 孙振于 +6 位作者 曹安业 牟宗龙 巩思园 蔡武 马志锋 李家卓 周坤友 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期53-62,共10页
煤矿冲击地压防治必须从源头抓起,其中冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测是实现冲击地压源头治理的重要前提。基于动静载叠加诱冲理论,总结了冲击地压的动静载危险源和作用方式,其中静载危险源主要分为地质沉积属性类、地质构造... 煤矿冲击地压防治必须从源头抓起,其中冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测是实现冲击地压源头治理的重要前提。基于动静载叠加诱冲理论,总结了冲击地压的动静载危险源和作用方式,其中静载危险源主要分为地质沉积属性类、地质构造类和采掘应力集中类,共16种常见危险源;对冲击地压的作用方式主要包括煤岩性质不同使冲击发生的临界应力不同、巨厚坚硬岩层和断层运动产生强动载以及地质沉积微相的存在使煤岩体内静载应力升高3种方式。动载危险源主要分为震动波动载、受迫动载和炸药冲击动载3类;对冲击地压的作用方式主要包括使煤岩体内应力瞬时升高、强动载作用下冲击临界载荷降低及长时间动载作用下煤岩体和支护体累计损伤3种方式。针对静载冲击危险源头辨识问题,提出了基于地应力场反演的地质沉积静载危险源辨识方法,通过构建矿井地应力场反演模型并采用地应力实测数据矫正反演矿井地应力场分布状态,找出地质沉积静载危险区;提出了基于应力场CT反演技术的高静载危险源辨识方法,通过大范围长时间定期CT反演,找出高静载危险区。针对顶板岩层动载冲击危险源头辨识问题,提出了矿震关键层理论,构建了矿震关键层判别模型和方法。针对冲击静载危险源头监测,开发了主被动双源震动波一体化应力场监测技术,集成了主动和被动CT技术,实现了冲击静载危险源头实时、连续性的应力场反演分析。针对冲击动载危险源头监测,开发了井地一体微震监测技术,克服了传统微震监测技术垂直定精度差和冲击动载源头找不准的弊端,大幅度提高了微震监测精度和感知能力。基于现场应用,验证了上述技术方法的有效性,为冲击地压源头治理提供了参考。 展开更多
关键词 冲击地压 动静载危险源头 源头防治 危险源辨识 地应力场反演 矿震关键层 动静载叠加
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煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究
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作者 齐庆新 王守光 +7 位作者 王美美 崔春阳 刘化广 王嘉敏 穆鹏宇 朱小景 李海涛 许学伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期1-13,共13页
由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发... 由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发展了煤岩体动力相似准则,提出了惯性力相似条件,在此基础上开展材料研发和相似模型设计,研究表明:由高聚物、石英砂等组成的相似材料与煤岩动力破坏过程的强度和破坏模式等均具有较好的相似性;结合冲击地压应力波场物理相似模拟试验台,开展了波场传播诱冲过程相似模拟实验,发现应力波在顶底板间相互干涉、叠加,形成煤层槽波,应变场整体上也逐步汇聚在煤层,形成局部化带,最终导致冲击破坏。针对冲击地压数值模拟,介绍了有限元法等连续介质力学方法、离散元法等不连续变形模拟方法,以及连续介质力学-不连续变形耦合方法在冲击地压数值模拟中的研究进展,分析了非线性有限元与不平衡力理论在研究冲击地压潜在风险中的应用前景,围绕煤岩体弹射的势动能瞬态转换力学机制,分别阐述了弹射前期高弹性能体形成、弹射中期岩体瞬间脆断和块体形成的非平衡条件、弹射后期块体运动的模拟思路。最后,介绍了近场动力学与有限元耦合模拟算法在模拟煤岩冲击地压连续-非连续转换中的初步应用,取得了预期效果。本研究有望为煤矿冲击地压模拟提供新思路,对于煤矿安全生产具有重要意义。 展开更多
关键词 冲击地压 物理相似模拟 动力相似准则 数值模拟 弹射理论模型
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