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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
1
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：5
2
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
3
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
4
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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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：5
5
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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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
6
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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深部开采强动载波形分类特征及震源参量响应规律 被引量：2
7
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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高阻大变形吸能结构锚杆工作性能研究 被引量：1
8
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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煤矿软岩泥化巷道梯级强化控制原理与技术 被引量：1
9
作者 李桂臣 郝浩然 +4 位作者 孙元田 李菁华 杨森 邵泽宇 沃小芳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期810-823,共14页
煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱,软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景,根据工程地质条件调研与实测,分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征,明确了富水环境和应力环境是诱发泥质... 煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱,软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景,根据工程地质条件调研与实测,分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征,明确了富水环境和应力环境是诱发泥质巷道变形破坏的重要因素,围岩泥化失稳体现为泥质岩体水化作用、锚固结构承载失效、围岩泥态垮冒渐进破坏模式,实现应力−渗水耦合作用下巷道围岩承载结构稳定控制起到决定性作用;在此基础上提出了软岩泥化巷道梯级强化控制原理,即在保障“支护−围岩”相互作用关系中高预紧力、高刚度、高强度锚杆(索)支护承载闭环结构的前提下,根据泥岩水化程度判断工程失稳控制方法,形成了锚注一体泥质围岩性质改良、旋喷注浆浅表桩群结构强化、逐层锚喷泥化岩体强力置换3项重要技术路径;于芦岭煤矿西轨大巷应用了自主研发的矿用新型多钢绞线组合中空注浆锚索束进行底鼓治理,首次在涡北煤矿8204机巷开展了井下高压旋喷注浆工程实践,采用了人工构筑岩体强力置换泥态围岩的方式解决了朱仙庄矿Ⅱ水平第二皮带大巷泥化围岩失稳难题,巷道围岩变形量、支护围岩成型情况与钻孔窥视结果表明,研究成果较好地解决了软岩泥化巷道控制问题,多层次强化了泥质巷道围岩承载能力,保障了围岩长期安全稳定,为软岩泥化巷道围岩控制提供了有效的科学控制理念与技术支撑。 展开更多
关键词 软岩 泥化 梯级强化 围岩控制 煤矿巷道
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侏罗系富水煤层采动裂隙演化及涌水特征研究 被引量：1
10
作者 肖猛 巨峰 +1 位作者 何泽全 王栋 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第4期890-903,共14页
侏罗系富水煤层具有富水性强、涌水量变化显著等特点,传统针对煤矿顶、底板涌水机理的研究难以适用于此类煤层,严重制约了矿井的安全高效生产。以鄂尔多斯煤田小纪汗煤矿为研究对象,设计了富水煤层相似材料配比,提出了富水煤层物理相似... 侏罗系富水煤层具有富水性强、涌水量变化显著等特点,传统针对煤矿顶、底板涌水机理的研究难以适用于此类煤层,严重制约了矿井的安全高效生产。以鄂尔多斯煤田小纪汗煤矿为研究对象,设计了富水煤层相似材料配比,提出了富水煤层物理相似模拟方法及系统,构建了富水煤层开采的物理相似试验模型,揭示了开采过程中覆岩应力及涌水变化特征,并结合数值模拟分析了采动裂隙演化及涌水规律。结果表明:所研发的富水煤层相似模拟材料具备耐水、抗崩解、抗软化特性,其强度和渗透系数适用于榆横矿区富水煤层的物理模拟;采用预制块模拟富水煤层,可实现煤层开挖模拟并实时监测涌水量变化;物理模拟与数值模拟均表明,随着涌水点与工作面距离减小,顶板应力呈现“增长-降低-稳定”的特征,涌水量则先缓慢减小,在距离工作面10~20 m时出现突增波动现象。研究结果为我国侏罗系富水煤层高强度安全开采提供了科学依据。 展开更多
关键词 侏罗系煤层 富水煤层 物理相似模拟 流固耦合 动态演化
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深井切顶留巷底鼓机制及其防控 被引量：1
11
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
12
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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不同含水状态矸石胶结充填体能量演化与损伤特性研究 被引量：1
13
作者 杨科 于祥 +2 位作者 何祥 侯永强 张连富 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期26-42,共17页
为探究不同含水状态矸石胶结充填体(gangue cemented backfill,简称GCB)能量演化规律及损伤破坏机制,制备了干燥、自然和饱水(含水率分别为0%、10%和25%)3种状态的GCB试样。基于单轴压缩试验获取的应力-应变曲线,分析了GCB试样的能量演... 为探究不同含水状态矸石胶结充填体(gangue cemented backfill,简称GCB)能量演化规律及损伤破坏机制,制备了干燥、自然和饱水(含水率分别为0%、10%和25%)3种状态的GCB试样。基于单轴压缩试验获取的应力-应变曲线,分析了GCB试样的能量演化规律,提出了能量强化/弱化系数,揭示了GCB试样的损伤演化机制,并建立了全应力-应变曲线的分段式损伤本构模型。结果表明:干燥与自然状态GCB试样应力-应变曲线表现出明显的“四阶段”特征,而饱水状态GCB试样仅存在“三阶段”特征;GCB试样由干燥到饱水状态,弹性模量和峰值强度呈指数函数递减,含水状态对充填体强度的弱化机制可分为物理效应、化学效应和结构效应;干燥作用对充填体能量有强化作用,对耗散能的强化占主导地位,饱水作用对充填体能量有弱化作用,对弹性应变能和总应变能的弱化占主导地位;GCB试样由干燥向饱水状态的转变过程中,破坏形态主要经历拉伸破坏―拉剪混合破坏―V字形剪切破坏的转变,并伴有块体的脱落;不同含水状态GCB试样的变形破坏均为同一类型的损伤演化过程,但含水率增加会促进充填体损伤的发展,建立的不同含水状态GCB试样的分段损伤本构模型能够较准确地描述GCB试样的受载损伤破坏过程。研究结果可为深入探究矸石胶结充填体的力学行为及稳定性提供理论参考。 展开更多
关键词 含水状态 矸石胶结充填体 能量演化 分段损伤本构模型 单轴压缩
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极软厚煤层切顶卸压沿空留巷主动超前支护技术研究 被引量：4
14
作者 张盛 徐瑞泽 +5 位作者 刘佳伟 朱让河 马强 王高尚 张帆 赵龙刚 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期83-93,共11页
目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿3... 目的切顶卸压沿空留巷技术在我国煤矿开采中应用广泛,但在极软厚煤层回采巷道切顶卸压沿空留巷时,存在帮部煤体松软、巷道高度大,传统被动式超前支护容易破坏顶板且影响作业空间等问题,需要对留巷的超前支护技术进行研究。方法以梁北矿32021机巷为工程背景,建立预裂切顶前后的巷道超前段围岩稳定性力学模型,分析切顶卸压前后留巷超前段顶板受力特征和变形规律,揭示受预裂切顶影响的超前段巷道围岩变形机理;采用FALC3D数值软件模拟分析定向爆破切顶条件下回采巷道的应力分布特征;提出主动式锚索梁协同锚固方案,设计超前主动支护参数,并进行现场应用。结果结果表明,预裂切顶能有效切断顶板之间的应力传递,使留巷超前段顶板围岩处于应力降低区,切顶后工作面与留巷交界处悬顶面积减小;经数值模拟验证,所给出的锚网索梁锚固方案在主动支护后能够有效控制巷道超前阶段围岩变形,并有利于保持留巷的长期稳定;主动超前支护现场应用后,巷道顶底板移近量最大不超过80 mm,顶板变形量减小了35%,且能够最大程度保持巷道顶板的完整性。结论提出的主动式超前支护技术能够解决空间狭小、劳动强度大和顶板被反复支撑破坏等问题,对于类似矿井条件下沿空留巷的超前支护有重要的参考价值。 展开更多
关键词 极软厚煤层 超前支承压力 主动超前支护技术 切顶卸压沿空留巷
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吸能构件阻力特性对液压立柱抗冲击特性影响研究 被引量：2
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作者 张建卓 万传旭 +3 位作者 肖永惠 陈策 王涛 郭昊 《振动与冲击》 北大核心 2025年第4期217-228,共12页
巷道冲击地压是一种高应力煤岩突然释放能量的动力灾害,支护装备往往受到过载冲击而失效致灾。为提高巷道液压支架的吸能抗冲能力,构建顶板来压作用下立柱-吸能构件耦合冲击模型,揭示吸能构件与立柱耦合作用下吸能构件最优阻力模式,以... 巷道冲击地压是一种高应力煤岩突然释放能量的动力灾害,支护装备往往受到过载冲击而失效致灾。为提高巷道液压支架的吸能抗冲能力,构建顶板来压作用下立柱-吸能构件耦合冲击模型,揭示吸能构件与立柱耦合作用下吸能构件最优阻力模式,以液压立柱乳化液压力最大波动幅值、立柱缸筒应力峰值、吸能量为评价指标,分析单吸能构件、组合吸能构件阻力特性对立柱抗冲击性能的影响。结果表明,增阻模式是巷道液压支架吸能构件的最优阻力模式:在立柱底端安装增阻吸能构件,其吸能量相比安装恒阻吸能构件增加9.29%,且不增大缸筒应力峰值,同时,可以降低大能量冲击过程中硬撞击产生的冲击力;立柱上、下两端安装增阻吸能构件,相比上、下两端安装恒阻吸能构件,乳化液压力最大波动幅值降低9.79%,缸筒内壁应力峰值降低了13.83 MPa,吸能量增加5.65%。研究成果为巷道防冲液压支架吸能构件的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 吸能防冲立柱 吸能构件 阻力特性 耦合冲击 组合吸能
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深部强动压软弱煤层沿空煤巷煤柱宽度及非对称控制研究 被引量：2
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作者 吕风 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期120-128,共9页
针对深部强动压软弱煤层沿空掘巷留设煤柱及其围岩支护系统极易发生大范围失稳破坏难题,以东庞矿深部水平沿空煤巷作为研究对象,采用理论分析方法获得了上覆基本顶岩层断裂线位置,明晰了煤柱尺寸与内、外应力场及极限平衡区宽度之间的... 针对深部强动压软弱煤层沿空掘巷留设煤柱及其围岩支护系统极易发生大范围失稳破坏难题,以东庞矿深部水平沿空煤巷作为研究对象,采用理论分析方法获得了上覆基本顶岩层断裂线位置,明晰了煤柱尺寸与内、外应力场及极限平衡区宽度之间的数值关系;引入偏应力分析指标,模拟研究了不同煤柱宽度下的沿空掘巷围岩偏应力与塑性破坏场响应特征,确定了深部强动压软弱煤层沿空掘巷窄煤柱合理宽度为7 m。基于7 m煤柱宽度情况下,模拟研究了回采期间超前工作面不同位置处的巷道围岩偏应力及塑性区分布状态,确定了超前工作面单体支柱加强范围;得出了掘巷稳定后其顶板、实体煤及煤柱帮塑化程度与偏应力峰值带边界线位置;明确了沿空巷道煤柱侧是围岩控制的关键区,阐述了掘巷支护设计时需将锚索穿过围岩偏应力峰值带边界线于围岩深部较完整区内的围岩控制对策,提出了“巷帮非对称槽钢桁架锚索网+顶板槽钢桁架锚索联合点锚索+局部破碎区注浆改性+单体液压支柱超前支护”的围岩综合治理技术。工程实践表明,研究所确定的7 m宽煤柱及围岩综合治理技术可有效控制围岩变形,保障深部强动压软弱煤层工作面的安全回采。 展开更多
关键词 软弱煤层 强动压 沿空掘巷 窄煤柱 非对称控制
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深埋直墙拱形巷道断面支护及岩爆防治研究 被引量：1
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作者 赵艳伟 胡正祥 +3 位作者 李子彬 杨天雨 王俊 李广涛 《采矿技术》 2025年第2期79-85,共7页
深部工程面临三高一扰动的开采环境,高地应力使得巷道掘进面临岩爆风险、断面支护困难等问题。以大红山铜矿为研究背景,开展岩石力学试验,基于等效圆法建立了直墙拱形巷道松动圈修正模型,结合地压显现规律和岩爆倾向性,针对埋深800 m的... 深部工程面临三高一扰动的开采环境,高地应力使得巷道掘进面临岩爆风险、断面支护困难等问题。以大红山铜矿为研究背景,开展岩石力学试验,基于等效圆法建立了直墙拱形巷道松动圈修正模型,结合地压显现规律和岩爆倾向性,针对埋深800 m的285中段直墙拱形巷道,提出“一步一支护,三步一喷砼”方案作为支护手段和岩爆防治措施,并利用数值模拟、理论分析相结合的方法,校验了支护参数的可靠性和安全性。研究结果表明:该方案能够有效控制直墙拱形巷道周边围岩变形,在拱顶形成有效的压应力区,达到围岩控制的目的;并能明显缓解垂直应力,有效降低岩爆风险。研究成果经工业试验被推广至全矿主干巷道,为直墙拱形巷道的断面支护及岩爆防治提供了参考。 展开更多
关键词 直墙拱形巷道 松动圈 断面支护 围岩控制 岩爆防治
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复合基本顶沿空留巷顶板结构稳定性分析 被引量：1
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作者 勾攀峰 张书军 +3 位作者 范杰 穆朝元 赵康 陈祖国 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第4期735-746,共12页
沿空留巷作为回采巷道的布置方式之一,已得到较为广泛的应用,然而,针对具体的煤层赋存条件,特别是在工作面出现大、小周期来压的工况下,沿空留巷巷旁支护阻力的确定并无充足的理论依据。基于切顶技术的应用,将引发工作面大、小周期来压... 沿空留巷作为回采巷道的布置方式之一,已得到较为广泛的应用,然而,针对具体的煤层赋存条件,特别是在工作面出现大、小周期来压的工况下,沿空留巷巷旁支护阻力的确定并无充足的理论依据。基于切顶技术的应用,将引发工作面大、小周期来压的基本顶定义为复合基本顶,并细分为上位基本顶和下位基本顶,回采巷道沿空留巷布置时预切下位基本顶。据此,构建基于复合基本顶条件下沿空留巷预切顶顶板稳定性力学模型,分析上位基本顶和下位基本顶的结构特征。同时,借助“内外应力场”理论,确定上位基本顶断裂、下沉过程中形成的内应力场大小。研究提出,下位基本顶稳定性是留巷围岩控制的关键。通过分析下位基本顶从工作面前方预切顶形成的悬臂梁结构到留巷采后剧烈影响区简支梁结构的演化过程,建立沿空留巷采后剧烈影响区下位基本顶稳定性判据,并推导出保障下位基本顶稳定的巷旁支护阻力计算公式,为沿空留巷巷旁支护设计提供依据。结合具体工程条件,计算得出沿空留巷巷旁阻力为17.61 MN/m,据此优化确定泵送混凝土巷旁支护参数。现场应用表明,巷道断面收缩率控制在10%以内,围岩控制效果显著。 展开更多
关键词 复合基本顶 沿空留巷 切顶留巷 基本顶稳定 巷旁支护阻力
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变刚度加载条件下的充填单矿柱破坏特征 被引量：1
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作者 刘洪磊 李汶柯 +3 位作者 侯晨 曲立平 梁鹏 张虎 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第7期2561-2574,共14页
为了研究被充填矿柱在不同加载条件下的失稳特征和破坏规律,本文采用自主研发的变刚度加载系统,模拟不同刚度顶底板岩体的弹性储能行为,对充填支护矿柱的变形破坏特性进行了分析。结果表明:充填体-矿柱系统的抗压强度和弹性模量与加载... 为了研究被充填矿柱在不同加载条件下的失稳特征和破坏规律,本文采用自主研发的变刚度加载系统,模拟不同刚度顶底板岩体的弹性储能行为,对充填支护矿柱的变形破坏特性进行了分析。结果表明:充填体-矿柱系统的抗压强度和弹性模量与加载刚度相关性较弱,加载刚度的变化主要影响被充填矿柱的峰后阶段,与充填被动支护作用的时间区间一致;随着加载刚度的减小,充填体-矿柱系统的应力-应变峰后曲线由台阶状变为光滑斜线,峰值强度对应的承载时间变长,峰后残余强度降低;变刚度加载装置在矿柱破坏瞬间会释放更多弹性势能,此时充填体对矿柱的支护作用远小于变刚度加载装置能量释放对矿柱造成的冲击破坏。研究成果揭示了充填体-矿柱系统在变刚度加载条件下的失稳破坏规律,对指导现场采空区充填治理具有重要的工程和理论意义。 展开更多
关键词 充填矿柱 变刚度 试验系统 充填体被动支护 力学行为
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基于数据驱动的TBM掘进地层岩性识别预测方法 被引量：1
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作者 丁自伟 高成登 +5 位作者 张玲 张旭 侯涛 翟剑平 王家行 董云俊 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第1期147-160,共14页
随着全断面硬岩掘进机(TBM)在煤矿巷道掘进施工中的广泛应用,地层信息的准确、实时识别已成为保证掘进效率的关键因素。为了研究掘进参数与地层岩性的相互作用关系,以西北矿业高家堡煤矿西区开拓大巷为工程背景,通过对稳定阶段掘进参数... 随着全断面硬岩掘进机(TBM)在煤矿巷道掘进施工中的广泛应用,地层信息的准确、实时识别已成为保证掘进效率的关键因素。为了研究掘进参数与地层岩性的相互作用关系,以西北矿业高家堡煤矿西区开拓大巷为工程背景,通过对稳定阶段掘进参数的深入分析,建立地层岩性与关键掘进参数之间的“机-岩”感知关系,提出基于数据驱动的TBM掘进地层岩性识别的Stacking集成预测算法,确定与地层岩性预测相关的主要输入特征参数,包括推进速度v、刀盘转速n、刀盘推力F、刀盘扭矩T和贯入度P。训练结果表明,Stacking预测模型在5个输入参数的平衡精度和训练时间下均获得了最佳性能;预测模型多元评价结果显示,Stacking模型的AUC曲线面积指数为0.97,比单一的XGBoost,ANN和SVM模型(0.94,0.94,0.95)预测精度更高,且在处理不均衡数据预测表现出明显的优势。因此,基于本研究的预测模型可以很好地指导现场TBM掘进参数的调整,可有效减少TBM故障停机和刀头的磨损,提高掘进效率。 展开更多
关键词 TBM掘进参数 岩性识别 机器学习 Stacking集成学习算法
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