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基于光纤监测的锚杆锚固应力分析与应用研究 被引量：1
1
作者 王毅 范劲松 +5 位作者 肖海 袁强 张孟军 张丁丁 黄文祥 李红 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期107-115,共9页
以龙滩煤矿3103运输巷为工程背景,引入光纤传感技术作为监测手段,研究锚杆支护的应力变化。首先,根据光纤与锚杆间的界面应变传递理论分析得出应变传递系数平均值为0.879,并用于解调光纤监测数据;然后,设计不同围岩压力下的光纤锚杆拉... 以龙滩煤矿3103运输巷为工程背景,引入光纤传感技术作为监测手段,研究锚杆支护的应力变化。首先,根据光纤与锚杆间的界面应变传递理论分析得出应变传递系数平均值为0.879,并用于解调光纤监测数据;然后,设计不同围岩压力下的光纤锚杆拉拔试验,利用BOTDA监测光纤锚杆在锚固剂凝固过程中及拉拔试验中的应变,监测结果显示光纤能够精准监测到微小应变及应变变化速率,进而分析不同围岩压力与拉拔力在锚杆长度上的应变表征显现;最后,将试验成果应用于工程现场,结果表明光纤传感器在监测周期内能够更好地识别锚杆支护中的异常数据。研究成果可为深部开采环境下巷道锚杆支护监测体系优化提供新思路与新方法。 展开更多
关键词 光纤传感技术 光纤锚杆 拉拔试验 BOTDA 应变监测
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基于尖点突变理论的采空区顶板安全厚度的研究 被引量：1
2
作者 陈光木 孙春辉 +4 位作者 赵兴 牛小明 陈学军 费汉强 马增 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第3期83-90,共8页
传统理论方法多以半定量分析采空区顶板安全厚度,存在不能全面反映顶板受力情况及其破坏模式等问题,为此将尖点突变理论引入采空区顶板安全厚度的研究中,建立了顶板安全厚度研究模型,推导得到了顶板最小安全厚度公式。基于大宝山矿采空... 传统理论方法多以半定量分析采空区顶板安全厚度,存在不能全面反映顶板受力情况及其破坏模式等问题,为此将尖点突变理论引入采空区顶板安全厚度的研究中,建立了顶板安全厚度研究模型,推导得到了顶板最小安全厚度公式。基于大宝山矿采空区赋存现状,计算得到不同岩性不同跨度条件下采空区顶板安全厚度理论值。最后,采用传统理论与有限元数值模拟的方法对公式进行了验证,研究结果表明:将尖点突变理论引入采空区顶板安全厚度的研究是可行的,推导得到的采空区顶板最小安全厚度公式是合理及可靠的,该矿山微风化灰岩、微风化次应安斑岩、铜硫矿体和砂岩岩组条件下,基于尖点突变理论计算得到的采空区顶板安全厚度分别为7.3 m、12.5 m、9.5 m、22.1 m,可作为现场采空区处置依据。 展开更多
关键词 采空区 尖点突变理论 顶板安全厚度 数值模拟
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吸能锚杆支护设备研究现状及展望 被引量：2
3
作者 肖晓春 徐政茂 +3 位作者 樊玉峰 张文萍 李子阳 陈晓燕 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期54-64,共11页
吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工... 吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工程破坏和事故。吸能锚杆是吸能支护的一种常见形式,此技术通过锚杆将表面围岩与深部稳定岩体相结合,并在围岩内部产生预应力吸收或耗散能量从而避免矿山灾害的发生。吸能锚杆这种柔性支护方式适用于多种环境的巷道支护,现已被广泛应用于矿山灾害的防治。综述自1968年以来30余种具有代表性意义的吸能锚杆设计方式,以结构和材料2大类型为切入点进行划分,着重分析8种典型吸能锚杆的工作原理与设计优势,并以此指出现有吸能锚杆支护在应用中存在的安全性与智能性等方面的不足。结合前人研究成果与目前深部矿井支护高强度与智能化等需求,提出一种智能预警负泊松比结构吸能锚杆。该锚杆利用负泊松比吸能结构实现增阻效果,具有双向恒阻吸能与双向监测预警等特性,能够满足复杂的非线性软岩巷道强阻支护、可视化预警等需求,有助于加快支护体系一体化,促进安全、智慧矿山的发展。最后,对吸能锚杆支护设备的优化革新趋势进行了展望。 展开更多
关键词 矿山灾害 巷道支护 吸能锚杆 监测预警 智慧矿山
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淮南矿区切顶沿空留巷及无煤柱开采工程实践
4
作者 程详 罗勇 +1 位作者 赵光明 肖殿才 《中国煤炭》 北大核心 2025年第8期57-65,共9页
针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破... 针对淮南矿区接替紧张、掘巷成本高、掘巷难度大等问题,以淮南矿区煤层赋存情况为背景,分析煤巷围岩分类,明确了适宜实施切顶留巷煤巷顶板围岩条件为Ⅰ完整型、Ⅱ较完整型;提出顶板“深浅孔交替”爆破切顶卸压技术,优化了浅孔切缝爆破、深孔预裂爆破关键技术参数;形成可缩柱网挡矸护帮体系,采用可伸缩U型钢+金属网+钢筋网+垛式支架,配合风筒布、喷浆作业联合挡矸支护;提出加固锚索+浅深孔分步多级注浆实现煤帮强化支护;采用喷涂薄喷材料解决留巷漏风问题,形成了“深浅孔交替切顶爆破巷旁支护巷内补强煤帮协同支护”的无煤柱留巷技术体系,在丁集矿1452(1)工作面进行现场应用。现场应用结果表明,“深浅孔交替”爆破技术能够缩短基本顶周期来压步距,优化留巷围岩应力环境,留巷稳定后顶板下沉量和帮部移近量为300 mm和180 mm,满足留巷复用需求。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 “深浅孔”爆破 无煤柱开采 淮南矿区
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人工智能驱动的冷链监测优化与决策系统研究
5
作者 杜博 刘汉烨 《榆林学院学报》 2025年第5期106-110,共5页
随着冷链物流行业的快速发展,国内冷链行业巡检效率低、损耗率高等结构性矛盾凸显,AI技术可以有效保障农副产品在冷链运输和仓储过程中的温控精度、能耗及质量预测等核心问题。本研究旨在构建一个基于人工智能的农副产品冷链监测优化与... 随着冷链物流行业的快速发展,国内冷链行业巡检效率低、损耗率高等结构性矛盾凸显,AI技术可以有效保障农副产品在冷链运输和仓储过程中的温控精度、能耗及质量预测等核心问题。本研究旨在构建一个基于人工智能的农副产品冷链监测优化与决策系统,通过部署多模态传感器网络构建实时数据采集层,时空注意力机制长短期记忆网络(ST-LSTM)实现冷链环境数据的高效监测与预测,并结合Q-learning动态路径规划算法优化冷链运输路径。研究结果表明,该系统能够显著提高冷链监测的准确性和运输路径的优化效率,降低运营成本和产品损耗率,为冷链物流行业的智能化发展提供了新的思路和方法。 展开更多
关键词 冷链监测 算法优化 记忆网络 动态路径规划
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液压支架大功率供液系统的现状与智能化发展趋势 被引量：4
6
作者 赵继云 曹超 +4 位作者 王浩 泮延召 黄笛 韩静 苗运江 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期676-693,共18页
煤矿井下采煤工作面供液系统为液压支架提供高压大流量液压动力,其性能和可靠性是综采成套装备安全智能高效工作的关键。为进一步保障采煤工作面支护安全,保证液压支架跟机速度,总结供液系统发展现状、提炼智能供液关键技术需求和发展... 煤矿井下采煤工作面供液系统为液压支架提供高压大流量液压动力,其性能和可靠性是综采成套装备安全智能高效工作的关键。为进一步保障采煤工作面支护安全,保证液压支架跟机速度,总结供液系统发展现状、提炼智能供液关键技术需求和发展方向是实现大功率供液系统性能跃升的首要环节。以当前液压支架供液系统大功率化、智能化发展为背景,系统地归纳分析了液压支架大功率供液系统的构型和工作原理,论述并比较了多种泵控和阀控构型的稳压控制方法;着眼于大功率供液系统压力和流量连续控制需求,分析对比了相关研究中高压大流量高水基比例卸载阀和比例流量阀的先导驱动、结构原理、工作参数等方面的特点,指出了高压大流量高水基连续控制阀研发的重点难点;针对支撑按需供液精准控制的长管路动力传递环节建模和稳压控制方法,论述了液压支架长管路非恒定流动力学建模方法的现实意义,总结比较了面向液压支架周期复合动作的强时变供液系统稳压控制策略和方法;围绕系统安全可靠性保障需求,综述了包含监测和诊断的供液系统智能运维技术研究现状。聚焦综采工作面可靠高效应用需求和高水基液压系统智能化技术前沿,分析了限制供液系统控制性能突破的理论瓶颈,全面地总结了目前大功率供液系统关键技术研发的不足;论述了从元件和系统层面提升控制性能及其可靠性以支撑大功率液压支架供液系统智能化发展的必要性,并提出了液压支架供液系统的未来技术发展方向。 展开更多
关键词 液压支架 大功率 高水基 供液系统 稳压控制
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高温作用下煤炭地下气化覆岩表面变形及破裂特性 被引量：4
7
作者 辛林 王欣 +6 位作者 王若男 杨敏 李华龙 徐伟豪 尚振杰 刁垌彤 牛茂斐 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3731-3741,共11页
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)过程中,原位煤层经高温热解和气化作用不断被消耗转化为煤气并形成燃空区。燃空区顶板覆岩承受高温及开采引起的应力集中作用,热−力耦合效应显著加剧了围岩失稳风险,影响UCG进程的稳定... 煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)过程中,原位煤层经高温热解和气化作用不断被消耗转化为煤气并形成燃空区。燃空区顶板覆岩承受高温及开采引起的应力集中作用,热−力耦合效应显著加剧了围岩失稳风险,影响UCG进程的稳定性。以鄂尔多斯市上海庙矿区煤层顶板砂岩为研究对象,对高温热处理后的标准砂岩试样进行单轴压缩试验,结合声发射(AE)技术和数字图像相关(DIC)技术,探究试样内部AE信号和表面变形特征,揭示砂岩热−力耦合作用下的破裂机理。结果表明:①砂岩的力学特性呈现显著的温度依赖性,弹性模量在温度达到200℃以后呈递减趋势,单轴抗压强度在温度为600℃时达到最大值54.51 MPa,对比常温状态下单轴抗压强度增加了57.8%,二者呈现弹性模量峰值先于抗压强度峰值的非同步响应。②通过DIC技术观测发现,高温下应变场局部化现象加剧,温度为600℃时主控裂纹由试样内部向边界迁移,破坏范围扩大。③砂岩试样加热温度为200~1000℃时,压密阶段到屈服阶段以拉伸裂纹为主,峰后破坏阶段以剪切裂纹为主,温度为600℃时剪切裂纹活跃度最高。④峰后阶段声发射b值呈现快速波动下降,以中、小尺度破裂为主,b值快速下降阶段早于砂岩试样最终破坏阶段。将AE和DIC技术相结合,形成宏、微观互补优势,当b值连续下降至该类岩石临界阈值且表面应变集中时,触发预警信号,通过调整气化参数等措施以防塌陷,研究可为UCG围岩稳定性控制、破坏预警以及温度场调控提供科学依据。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 砂岩 声发射 数字图像相关 热损伤
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煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术 被引量：3
8
作者 刘泉声 刘滨 +14 位作者 唐彬 康永水 卢海峰 朱元广 黄兴 潘玉丛 邓鹏海 孙磊 唐永志 卢兴利 张程远 余宏淦 李培涛 雷一鸣 贾浩男 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期224-244,共21页
随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如... 随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如何有效控制巷道围岩稳定及提升掘进效率已成为深部煤炭开发面临的重大技术挑战,主要体现在:对深部巷道米级大变形灾变的机理认识尚不清晰;缺乏适用于深部巷道大变形灾害控制的理论与技术;缺乏适应大变形灾变环境的快速成巷技术。针对以上问题,围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的快速成巷技术等方面展开了系统研究,取得了以下进展:提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的探测表征方法,发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法,揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理;提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论,建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的灾害控制理论与技术体系;研发出深部巷道大变形灾变环境下TBM安全高效掘进关键技术,发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法,建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。研究成果实现了典型矿区深部巷道碎胀大变形灾害的有效控制和安全高效掘进,解决了深部矿井采掘接替的技术难题。 展开更多
关键词 煤矿深部巷道 碎胀大变形灾害 灾变机理 控制理论与技术 TBM快速成巷
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大倾角极近距离煤层群重复采动巷道围岩破坏规律与控制方法 被引量：4
9
作者 贾后省 张志明 +4 位作者 刘少伟 彭博 于辉 邵帅钦 王艺博 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期68-80,共13页
大倾角极近距离煤层群开采过程中,巷道受多重采动影响,支护维护困难。针对此类问题,以代池坝煤矿大倾角极近距离煤层群重复采动巷道31233运输巷为工程背景,主要采用数值模拟和现场试验研究方法,研究了巷道围岩应力环境演化特征及其作用... 大倾角极近距离煤层群开采过程中,巷道受多重采动影响,支护维护困难。针对此类问题,以代池坝煤矿大倾角极近距离煤层群重复采动巷道31233运输巷为工程背景,主要采用数值模拟和现场试验研究方法,研究了巷道围岩应力环境演化特征及其作用下巷道围岩破坏规律,设计了有利于围岩塑性破坏分布收敛的非对称屋顶断面,提出了基于巷道围岩塑性区分布规律的非均匀锚杆(索)支护设计方法。研究结果表明:大倾角极近距离煤层群重复采动影响条件下,巷道周边双向主应力差值较大且方向偏转,导致巷道围岩周边破坏呈现非均匀、局部湮灭、最大破坏深度偏转等蝶形特征,巷道内错位置和断面形状决定了巷道破坏形态和范围,内错距直接影响了其围岩塑性区分布与扩展的程度,而坚硬岩层的存在造成塑性区局部湮灭。当巷道内错距离大于17 m时,巷道周边应力趋于稳定,其围岩塑性区大小与形态无明显变化,内错位置大于该距离时,对巷道的围岩稳定性最有利。巷道断面的单边跨度尺寸决定了其所在侧的塑性破坏深度,当巷道断面为非对称屋顶断面时,围岩塑性分布收敛程度显著。巷道断面设计时,巷道最长边应位于坚硬岩层侧且尽量避开最大破坏深度方向,以便充分利用坚硬岩层塑性区湮灭特性,避免巷道围岩塑性区蝶叶过度扩展。因此,可充分利用大倾角非对称屋顶形巷道断面的几何特征,基于巷道围岩塑性区分布规律与合理锚固层位分布特征,进行非均匀锚杆(索)支护设计,有效保障锚杆(索)支护力的发挥的同时,保障巷道围岩的整体稳定。同时,在31233运输巷进行了试验,布设了巷道顶板深部位移与锚索支护力监测站,监测期间顶板变形量在100 mm以内,锚索支护力发挥稳定,围岩整体控制效果较好。 展开更多
关键词 大倾角 极近距离煤层群 重复采动 回采巷道 支护
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深部软岩大变形巷道变径分区卸压围岩控制技术及应用 被引量：3
10
作者 吴锋锋 谷浩源 +4 位作者 杨培举 刘长友 魏民涛 蒋与飞 王平 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期53-67,共15页
为解决深部软岩巷道围岩大变形、返修次数多难题,以泉店煤矿21运输下山为工程背景,采用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,提出了巷道变径分区卸压技术,建立了卸压参数理论模型,得出了卸压关键参数选取区间与弹性应变能密度分布规律,... 为解决深部软岩巷道围岩大变形、返修次数多难题,以泉店煤矿21运输下山为工程背景,采用理论分析、数值模拟及工程实践等方法,提出了巷道变径分区卸压技术,建立了卸压参数理论模型,得出了卸压关键参数选取区间与弹性应变能密度分布规律,揭示了钻孔卸压能量耗散原理,确定了卸压关键参数的最佳取值。研究表明:(1)通过变径分区卸压技术改善了浅部围岩能量环境,减少了顶底板能量升高区面积,并将肩角和底角区域聚集能量向深部转移,实现了巷道精准卸压控制。(2)随着浅部小直径钻孔长度(L1)、深部大直径钻孔长度(L2)、深部大直径钻孔半径(r)增加,其弹性应变能密度曲线相应的前峰值、后峰值以及后峰值升高,整体呈正相关。(3)随着深部大直径钻孔间距(D)增加,孔间弹性应变能密度峰值变化呈现先升高后降低再稳定的特点,而钻孔间联合卸压效果与其呈现负相关,依据弹性应变能量峰值增幅得出了影响卸压效果的关键参数权重顺序依次为:L1、L2、r、D。(4)依据理论分析和数值模拟确定了21采区运输下山巷道卸压技术关键参数合理值,巷道实施变径分区卸压技术后,两帮及顶底板变形量分别降低了58.7%、23.7%以及27.4%,巷道稳定得到有效控制,证实了变径分区卸压技术的有效性。 展开更多
关键词 深部大变形巷道 软岩 能量释放 弹性能密度 变径分区卸压技术
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远场弱动载触发深部高应力煤层大巷冲击地压发生机制及防控机理 被引量：2
11
作者 李家卓 彭瑞 +2 位作者 窦林名 杨科 解文豪 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第2期371-381,共11页
以陕西某矿一盘区煤层大巷为工程背景,综合采用现场监测、实验室试验和理论分析方法,研究了远场弱动载触发深部高应力盘区大巷围岩的失稳特征及诱冲机理。研究结果表明:大巷围岩力学环境受两盘区工作面回采影响,首先一盘区侧覆岩空间结... 以陕西某矿一盘区煤层大巷为工程背景,综合采用现场监测、实验室试验和理论分析方法,研究了远场弱动载触发深部高应力盘区大巷围岩的失稳特征及诱冲机理。研究结果表明:大巷围岩力学环境受两盘区工作面回采影响,首先一盘区侧覆岩空间结构呈“F”形,二盘区首采工作面回采后,大巷覆岩空间结构转化为双“F”形,随着两盘区其他工作面回采,大巷覆岩空间结构最终呈“T”形,在此过程中大巷围岩静应力水平持续增加,长期高静应力导致煤体损伤不断累积、强度持续劣化。在此期间,对处于等速蠕变阶段的煤样施加持续扰动,其声发射活动相比无扰动作用的煤样更为活跃,并将提前进入加速蠕变阶段,发生失稳破坏时煤样声发射的幅值、计数、能量相比无扰动作用下更加剧烈,且煤样承受的静应力水平越高,动载扰动对煤样损伤越显著,该损伤煤样再受弱动载扰动后发生非稳态破坏。现场表现为近场长期高静应力和频繁矿震联合作用导致煤岩体发生冲击地压的最小载荷降低,远场矿震衰减后的弱动载与高静载叠加超过了降低后的发生冲击地压时的最小载荷,此时煤岩体内剩余的能量超过发生冲击地压所需的最小能量,引起了大巷发生冲击地压。研究成果可为深部开拓和准备巷道(煤巷)冲击地压监测预警及防控提供理论基础。 展开更多
关键词 盘区大巷 覆岩空间结构 近场累积损伤 远场弱动载 诱冲机理
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考虑损伤效应的开拓巷道冲击地压发生机理及防控技术体系 被引量：2
12
作者 李家卓 闫康行 +6 位作者 王洪涛 窦林名 马衍坤 宋士康 卢育 徐振忠 黎旭博 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第1期137-146,共10页
开拓巷道、上下山及其联络巷和巷道内硐室因其服务年限长,长期受到高静载和采掘活动产生的频繁动载影响,常出现远距离采掘引起的冲击地压现象,难以针对性进行防控。以上述巷道为背景,综合采用案例分析、现场监测、实验室试验和理论分析... 开拓巷道、上下山及其联络巷和巷道内硐室因其服务年限长,长期受到高静载和采掘活动产生的频繁动载影响,常出现远距离采掘引起的冲击地压现象,难以针对性进行防控。以上述巷道为背景,综合采用案例分析、现场监测、实验室试验和理论分析方法,划分诱发开拓巷道冲击地压远-中-近场采掘活动范围,解释远距离采掘活动诱发开拓巷道冲击地压原因,得出考虑损伤效应的开拓巷道冲击地压发生机理及其防控技术体系。研究表明:在工作面采掘活动影响下开拓巷道微震事件频率及震级在增加,根据微震能量密度与开拓巷道和工作面距离定义采动响应指标φ,由采掘活动引起的开拓巷道区域φ值定量阐述煤体损伤与冲击地压危险程度的联系。中-近场采掘活动带来的循环动载使煤体产生不可逆损伤并不断累积,φ值超过冲击临界值,从而中场动载也会成为冲击地压的诱因。结合考虑损伤效应的开拓巷道冲击地压发生机理,提出冲击源头优化-局部精准防控的开拓巷道全生命周期冲击地压防控技术体系。研究结果可为此类开拓巷道冲击地压防控提供理论依据与技术支持。 展开更多
关键词 远-中-近场 开拓巷道 微震能量密度 累积损伤 诱冲机理 防控技术体系
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深部厚顶煤巷道矿震诱发冒顶复合灾害机理及其控制 被引量：4
13
作者 窦林名 马小涛 +5 位作者 边戈 刘涛 王洪涛 宋金波 刘彦强 周坤友 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第1期85-96,共12页
随着煤矿开采深度的增加,厚顶煤巷道在强矿震作用下出现了不同于常规冒顶的灾害,即矿震诱发冒顶复合灾害。以陕西某矿301工作面回风巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场调研等方法,结合实际地质条件,探究矿震诱发冒顶复合灾害的... 随着煤矿开采深度的增加,厚顶煤巷道在强矿震作用下出现了不同于常规冒顶的灾害,即矿震诱发冒顶复合灾害。以陕西某矿301工作面回风巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场调研等方法,结合实际地质条件,探究矿震诱发冒顶复合灾害的破坏特征与主控因素,建立此类灾害的机理,并提出合理的控制对策。研究结果表明:矿震诱发冒顶复合灾害发生过程伴随强矿震,但巷道无明显动力显现特征;数值模拟表明动载强度显著影响巷道围岩的应力分布;厚顶煤巷道在强动载作用下,相较于薄顶煤、无顶煤巷道顶板下沉量更大,且受动载影响更为显著;锚杆索+钢带主被动组合支护能够有效提高巷道围岩稳定性,显著增强巷道抗动载能力;基于矿震诱发冒顶复合灾害机理提出“深部断顶-浅部卸压-强化支护”的防治对策。研究成果可为深部厚顶煤巷道矿震诱发冒顶复合灾害的防治提供一定的科学依据。 展开更多
关键词 深部矿井 厚顶煤巷道 矿震 巷道冒顶 复合灾害
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基于低位覆岩结构力学解析的特厚煤层大采高综放工作面支架工作阻力计算方法 被引量：1
14
作者 郭军 王子 +9 位作者 冯国瑞 段宏飞 白锦文 李丽绒 文晓泽 皇文博 张洁 杨龙龙 刘全 张家豪 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期98-111,共14页
为探究特厚煤层对超大采高综放工作面液压支架的压架机理和工作阻力计算方法,以大同矿区塔山井田为背景,通过相似模拟试验和理论分析研究了特厚煤层大采高综放采场上覆岩层结构特征及其演化规律,建立了上覆岩层“组合简支梁”和“砌体... 为探究特厚煤层对超大采高综放工作面液压支架的压架机理和工作阻力计算方法,以大同矿区塔山井田为背景,通过相似模拟试验和理论分析研究了特厚煤层大采高综放采场上覆岩层结构特征及其演化规律,建立了上覆岩层“组合简支梁”和“砌体梁”的结构模型,并对其进行了力学解析,研究结果表明:特厚煤层综放开采空间大,覆岩受影响范围广,上覆岩层存在多层厚硬岩层时,在高位易形成砌体梁结构,低位岩层形成“组合悬臂梁”结构,随着工作面推进,该结构先后经历了“回转—分离—反向回转—滑落”的运动过程。组合悬臂梁发生破断后向采空区一侧发生回转并对液压支架产生变形压力,随后“组合悬臂梁”结构发生滑动分离,形成“组合简支梁”结构,并将上覆岩层的荷载通过顶煤传递至工作面液压支架,当荷载大于支架工作阻力时易引发压架事故。通过力学分析,获得了“组合简支梁”结构任意层位岩层煤壁侧支撑力的表达式,并依次迭代获得该结构作用于支架上方顶煤处的压力,提出了低位“组合简支梁”结构作用下的特厚煤层超大采高综放工作面液压支架工作阻力的计算方法。其中“组合简支梁”结构作用于液压支架上的荷载由结构中各岩梁的厚度、长度、破断角和回转角决定。上述研究结果为进一步分析特厚煤层超大采高综放开采工作面支架围岩关系这一矿压控制的核心问题提供理论依据,对特厚煤层智能化超大采高开采设备的选型和自动控制有一定借鉴意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 超大采高 覆岩结构 相似模拟 工作阻力
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高阻大变形吸能结构锚杆工作性能研究 被引量：1
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作者 李许伟 张政华 +6 位作者 金锋 盛世杰 骆宇 窦林名 马祥 贺虎 牟宗龙 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第3期579-588,共10页
该研究介绍一种新型高阻大变形吸能锚杆。该锚杆通过独特的吸能结构设计,并结合注浆锚固工艺,可在高阻力状态下实现大变形并具备高吸能能力,对巷道围岩大变形展现出良好的适应性。为探究矿用螺纹钢锚杆吸能结构的工作性能,开展实验室试... 该研究介绍一种新型高阻大变形吸能锚杆。该锚杆通过独特的吸能结构设计,并结合注浆锚固工艺,可在高阻力状态下实现大变形并具备高吸能能力,对巷道围岩大变形展现出良好的适应性。为探究矿用螺纹钢锚杆吸能结构的工作性能,开展实验室试验。结果表明,矿用螺纹钢锚杆吸能结构呈现高阻大变形的工作特性,且随着吸能结构长度和围岩强度的增大,其稳定工作阻力增大。以100 mm长螺纹钢锚杆吸能结构为例,对高阻大变形吸能锚杆的工作性能展开理论分析,结果显示,吸能结构锚杆的高阻大变形可达米级,1000 mm自由段行程对应的吸能能力可达190 kJ/m。此外,对吸能结构螺纹钢锚杆的工作性能进行现场初步测试。结果表明,吸能结构锚杆的高阻大变形特性会因围岩和锚固状态的差异而有较大不同。裂隙围岩中吸能结构锚杆的拉拔力整体显著低于完整围岩中吸能结构锚杆的拉拔力。在完整围岩中,吸能结构锚杆在高阻工作阶段的拉拔力波动较大,这对锚杆的稳定工作不利。在锚杆杆体自由段增加塑料包裹层,是解决该问题的有效途径。 展开更多
关键词 锚杆支护 吸能锚杆 吸能结构 大变形巷道
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深部开采强动载波形分类特征及震源参量响应规律 被引量：1
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作者 李家卓 邱航 +3 位作者 窦林名 王剑 刘舜 马衍坤 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期73-89,共17页
为了揭示深部开采过程中强动载震源机制及震源参量响应规律,以古城煤矿3105工作面为工程背景,分析了开采期间强动载事件分布特征与震源机制,并采用HHT方法对不同类型的强动载波进行了时频特征分析,定量计算了3类动载的震源参量,揭示了... 为了揭示深部开采过程中强动载震源机制及震源参量响应规律,以古城煤矿3105工作面为工程背景,分析了开采期间强动载事件分布特征与震源机制,并采用HHT方法对不同类型的强动载波进行了时频特征分析,定量计算了3类动载的震源参量,揭示了不同类型动载的能量释放特征与破裂模式。研究结果表明:强动载可分为顶板运动型、煤柱失稳型和断层错动型。断层区域动载断层两侧应力出现变化,发生压缩破坏;顶板区域动载受顶板破坏机制影响,主要发生压缩破坏和剪切破坏;煤柱区域动载主要发生压缩破坏。断层型强动载倾向角范围主要为30°~45°,顶板型强动载为10°~65°,煤柱型强动载为40°~50°。3类动载波在频率分布、能量分布上存在较大差异,其震源破裂时能量释放特征各不相同。顶板型强动载波边际谱呈单峰分布,频率主要集中在50~90 Hz;断层型强动载波边际谱呈双峰分布,频率主要集中在0~50 Hz;煤柱型强动载波边际谱呈宽频谱分布,频率主要集中在10~100 Hz。煤柱型强动载的地震矩最大,其次为顶板型,断层型最小。在震源半径相同的情况下,断层型动载的非弹性变形导致体积增大程度最大,煤柱型强动载次之,顶板型强动载最小。研究结果可为冲击地压矿井分源防控提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 冲击地压 深部开采 强动载 时频特征 震源机制
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锚杆支护围岩附加压应力场空间分布规律研究与应用 被引量：1
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作者 孙元田 王尚 +4 位作者 李桂臣 韩昌良 郝浩然 李菁华 赵海森 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2940-2960,共21页
煤巷锚杆支护已得到广泛应用,锚杆支护作用于围岩内的附加压应力场大小与空间分布范围是量化支护参数、优化支护方案的关键。为研究锚杆(索)相关参数对围岩附加压应力场空间三维分布影响规律,从理论方面分析了锚杆作用下围岩所受托锚力... 煤巷锚杆支护已得到广泛应用,锚杆支护作用于围岩内的附加压应力场大小与空间分布范围是量化支护参数、优化支护方案的关键。为研究锚杆(索)相关参数对围岩附加压应力场空间三维分布影响规律,从理论方面分析了锚杆作用下围岩所受托锚力和黏锚力产生附加压应力机制,建立了围岩附加压应力模型,空间表征了附加压应力场分布特征,进一步通过模拟与理论对比,验证了模型的正确性;以围岩附加压应力≥0.02MPa为基准,量化研究了锚杆(索)支护关键参数即锚杆(索)预紧力、长度和锚固长度对围岩附加压应力场空间分布的形态、最大扩散半径、高度(间距)及体积的影响。锚杆支护下随着预紧力增大,空间附加压应力场分布形态由竖向“椭球体”发展为横向“椭球体”;锚杆长度增加,形态从近似“椭球体”变成“葫芦型”;锚固长度增大,形态从“葫芦型”变成近似“椭球体”。随着锚杆预紧力和长度增加,锚杆支护产生的附加压应力场的半径、高度及体积增大,而锚固长度对附加压应力场影响相反。锚索支护下随着锚索长度增加,围岩附加压应力场的空间分布形态从近似“椭球体”变成“葫芦型”,当锚索长度超过5m时,变成间断的上下2个“椭球体”且上小下大,即使预紧力和锚固长度增加,分布形态没有明显变化。随着锚索预紧力增加,锚索支护所形成的围岩附加压应力场的最大半径增加,体积增加,上下压应力场间距减少;随着锚索长度增加,围岩附加压应力场高度增加,随后间断成上下2个压应力场,其间距不断增大,半径及压应力场体积先增加后减少;随着锚索锚固长度的增加,围岩附加压应力场间距逐渐减小,半径先增加后减少,体积增加不明显。进一步分析了锚杆(索)组合支护下围岩高/低附加压应力对巷道顶板的作用,结合组合梁及悬吊理论的部分理念,确定了高/低阈值计算公式,通过对比围岩附加压应力场体积大小来确定锚杆支护方案优劣。以葫芦素煤矿21204工作面回风巷和城郊煤矿LW21106工作面运输巷为验证对象,分析了原/新支护方案特点,计算得到2条典型巷道围岩附加压应力场的高/低应力阈值及其在顶板覆盖的总体积。结果显示优化后方案锚杆(索)能在顶板形成有效连续的围岩附加压应力场,高/低压应力场体积均增加显著,围岩变形得到有效控制。 展开更多
关键词 围岩控制 附加应力场 锚杆支护 预应力 方案设计
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深井切顶留巷底鼓机制及其防控 被引量：1
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作者 华心祝 李琛 +3 位作者 刘啸 杨朋 陈登红 祁亚宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期955-968,共14页
沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建... 沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型,并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式,运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件,求得该巷道平均底鼓量为0.74 m,最大底鼓量为0.77 m,最大鼓起位置偏向采空区侧,距巷中1.15 m,计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式,分析了留巷底鼓影响因素,底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小,底板刚度在5~13 MN·m^(2)之间内变化时,巷道底鼓对其变化较为敏感;与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ均呈线性正相关,增长率分别为0.0826、0.0349、0.0272 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析,提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明,相较于留巷初期底板变形得以有效控制,底鼓降幅明显,所留巷道能够满足复用要求。 展开更多
关键词 底鼓机制 沿空留巷 切顶卸压 底鼓防控
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基于多传感器融合的液压支架位姿精确感知方法 被引量：1
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作者 马长青 李旭阳 +3 位作者 李峰 毛俊杰 魏祥宇 马肖杨 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期114-119,共6页
为精确感知扰动环境下液压支架位姿信息,提出了一种基于多传感器融合的液压支架位姿精确感知方法。首先,在液压支架顶梁、掩护梁、后连杆和底座4个构件上部署九轴姿态传感器,利用其陀螺仪、加速度计和磁力计分别解算出其所在构件的横滚... 为精确感知扰动环境下液压支架位姿信息,提出了一种基于多传感器融合的液压支架位姿精确感知方法。首先,在液压支架顶梁、掩护梁、后连杆和底座4个构件上部署九轴姿态传感器,利用其陀螺仪、加速度计和磁力计分别解算出其所在构件的横滚角、俯仰角和偏航角等位姿数据;然后,通过无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和梯度下降(IGD)算法(IGD-UKF算法)对位姿数据进行滤波处理,降低扰动因素对位姿数据的干扰;最后,采用自适应加权融合算法对滤波处理后的液压支架顶梁和底座的偏航角和横滚角数据进行融合处理,消除外界振动、噪声等因素引起的液压支架顶梁和底座传感器数据误差。对施加扰动下液压支架顶梁低头和抬头、底座低头和抬头、液压支架左倾和右倾、液压支架左偏和右偏等工况下顶梁、掩护梁、后连杆和底座的位姿进行感知实验,结果表明:经IGD-UKF算法处理后的数据曲线波动趋于平缓,在抑制振荡、减小振幅上的效果明显;液压支架偏航角误差为0.001 8~0.025 1°,平均绝对误差为0.004 8°,横滚角误差为0.001 4~0.028 1°,平均绝对误差为0.004 7°,实现了扰动环境下液压支架位姿的精确感知。 展开更多
关键词 液压支架 支架位姿感知 多传感器融合 无迹卡尔曼滤波 梯度下降 自适应加权融合 九轴姿态传感器
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基于倾角效应的“支架-围岩”数字孪生模拟试验平台研制与测试 被引量：1
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作者 解盘石 张颖异 +7 位作者 伍永平 杜玉乾 杨航 黄宝发 林伟典 易磊磊 徐辉 冯春 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2837-2852,共16页
液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维... 液压支架与围岩两者间的稳定性关系是长壁工作面开采及其智能化研究的重难点内容之一。大倾角、急倾斜煤层赋存条件复杂,“支架-围岩”稳定性控制难度大,严重制约了该类复杂难采煤层矿井的安全智能开采。为此,在实验室环境下研制了三维大比例模拟试验平台与配套试验液压支架,可最大程度模拟复杂难采煤层工作面的开采环境,工作面“支架-围岩”系统耦合控制、顶板周期来压及冲击来压效果。基于数字孪生技术,构建了“支架-围岩”试验平台孪生系统,可实现对物理空间模拟试验工作面“支架-围岩”系统的精确感知与高效仿真。开展了试验平台性能、异型液压支架研发支撑、“支架-围岩”试验平台孪生系统优化等一系列测试试验,确定了试验平台整体结构的稳定性和性能的可靠性、孪生系统的实用性和准确性,体现了试验平台的多功能性。基于测试试验,发现工作面顶板来压期间,支架在倾角效应下易发生侧向偏转失稳,支架间侧向挤压加剧;工作面顶板、支架、煤壁及底板组成的“支架-围岩”系统是协同承载体,四者任何环节变化都会影响整体的稳定性,也会加剧另外环节的破坏。针对性提出采取液压支架防倒滑装置、加强围岩控制和实时监测预警3项改进措施,来提升复杂煤层工作面“支架-围岩”系统的整体稳定性。 展开更多
关键词 数字孪生 支架-围岩 倾角效应 大比例模拟试验平台 智能化 大倾角煤层
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