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Numerical simulation study on hard-thick roof inducing rock burst in coal mine 被引量:15
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作者 HE Jiang 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第9期2314-2320,共7页
In order to reveal the dynamic process of hard-thick roof inducing rock burst, one of the most common and strongest dynamic disasters in coal mine, the numerical simulation is conducted to study the dynamic loading ef... In order to reveal the dynamic process of hard-thick roof inducing rock burst, one of the most common and strongest dynamic disasters in coal mine, the numerical simulation is conducted to study the dynamic loading effect of roof vibration on roadway surrounding rocks as well as the impact on stability. The results show that, on one hand, hard-thick roof will result in high stress concentration on mining surrounding rocks; on the other hand, the breaking of hard-thick roof will lead to mining seismicity, causing dynamic loading effect on coal and rock mass. High stress concentration and dynamic loading combination reaches to the mechanical conditions for the occurrence of rock burst, which will induce rock burst. The mining induced seismic events occurring in the roof breaking act on the mining surrounding rocks in the form of stress wave. The stress wave then has a reflection on the free surface of roadway and the tensile stress will be generated around the free surface. Horizontal vibration of roadway surrounding particles will cause instant changes of horizontal stress of roadway surrounding rocks; the horizontal displacement is directly related to the horizontal stress but is not significantly correlated with the vertical stress; the increase of horizontal stress of roadway near surface surrounding rocks and the release of elastic deformation energy of deep surrounding coal and rock mass are immanent causes that lead to the impact instability of roadway surrounding rocks. The most significant measures for rock burst prevention are controlling of horizontal stress and vibration strength.Key words 展开更多
关键词 hard-thick roof rock burst numerical simulation horizontal stress stress wave
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厚硬顶板巷道掘进综合防冲技术研究与应用
2
作者 尤宁 李国帅 《煤》 2026年第1期29-32,共4页
针对矿井N908面轨道巷掘进前期监测出的大能量矿震,分析得出矿震诱因是巷道上方的厚硬顶板采空侧悬吊和掘进扰动作用,以及断层构造和快掘进速度因素;为防止后段巷道掘进中发生冲击性危害,基于“应力转移+能量耗散+速度调控”的防冲理念... 针对矿井N908面轨道巷掘进前期监测出的大能量矿震,分析得出矿震诱因是巷道上方的厚硬顶板采空侧悬吊和掘进扰动作用,以及断层构造和快掘进速度因素;为防止后段巷道掘进中发生冲击性危害,基于“应力转移+能量耗散+速度调控”的防冲理念,制定了“聚能爆破+钻孔泄压+低速掘进”综合防治方案;重点提出增设聚能管对厚硬顶板实施聚能爆破,采用ANSYS/LS-DYNA模拟聚能爆破的预裂效果,从等效应力云图得出聚能爆破可使顶板预裂泄压效果更佳。方案经N908面轨道巷后段现场验证,最大能量由0.62 MJ降低为0.26 MJ,显著降低了矿震能量,有效地改善了轨道巷掘进期间的冲击风险,证实了方案的合理性和工程应用价值。 展开更多
关键词 巷道掘进 防冲技术 聚能爆破 厚硬顶板
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坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效安全开采关键技术 被引量:2
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作者 于斌 孟祥斌 +6 位作者 邰阳 尚子榆 彭明贤 匡铁军 郭飞龙 李东印 王世博 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期245-263,共19页
针对坚硬顶板特厚冲击煤层难以实现源头消冲和高效开采的难题,首先开发了坚硬顶板特厚冲击煤层安全开采保障技术,为智能放煤高效开采创造了有利环境;在此基础上攻克智能放煤技术瓶颈,形成了坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效开采技术,具体... 针对坚硬顶板特厚冲击煤层难以实现源头消冲和高效开采的难题,首先开发了坚硬顶板特厚冲击煤层安全开采保障技术,为智能放煤高效开采创造了有利环境;在此基础上攻克智能放煤技术瓶颈,形成了坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效开采技术,具体研究过程如下:在坚硬顶板特厚冲击煤层安全开采保障技术方面,采用Timoshenko梁理论建立了坚硬顶板周期破断弹性能集聚模型,分析了不同单轴抗拉强度下顶板能量密度分布规律,揭示了基于地面预制人工缝网的坚硬顶板特厚冲击煤层超前消冲机理,据此开发了地面水平井压裂技术和地面液体炸药爆破技术,形成了基于地面预制人工缝网的超前消冲技术;采用Reissner中厚板理论建立了坚硬顶板切顶前后的初次破断力学模型,分析了人工定向裂缝对顶板弹性能密度和煤体静载增量的影响规律,揭示了基于井下人工定向造缝的坚硬顶板特厚冲击煤层超前消冲机理,发明了复合爆破定向造缝技术,形成了基于井下人工造缝的超前消冲技术。在坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效开采技术方面,发明了顶煤厚度雷达在线探测技术、基于近红外光谱的煤矸识别技术、基于振动特征辨识的煤矸识别技术、基于音频的煤矸识别技术和基于激光三维扫描的放煤量实时监测技术,形成了特厚煤层智能感知与识别技术;建立了智能综放工作面“人-机-环”多源信息数据库,开发了特厚煤层综放工作面采放协调决策模型,发明了智能放煤模式与工艺智能决策技术,形成了智能放煤模式与工艺智能决策技术;开发了智能综放工作面三机位姿高精度惯导检测与控制技术,建成了智能综放远程通信及综合控制平台,形成了特厚煤层远程放顶煤智能控制技术。基于以上研究得出:①当抗拉强度分别为0.76、1.57、2.68、3.95和5.68 MPa时,坚硬顶板对应的弹性能密度峰值分别为6.5、25.4、71.6、168.2和340.1 kJ/m,弹性能密度峰值U_(max)^(e)与坚硬顶板抗拉强度σ_(0)呈现二次函数关系,具体关系为U_(max)^(e)=10.715σ_(0)^(2)-0.718σ_(0)。②定向人工裂缝改变的坚硬顶板的边界条件,以兖矿能源集团103_(上)02工作面为例,理论上人工缝网使得工作面砂岩层的初次破断步距从250 m减小为123 m。③基于地面预制人工缝网的超前消冲机理:大量人工缝网在岩层中形成结构弱面,有效降低了坚硬顶板弹性能集聚量,削弱顶板破断产生的矿震强度,从而控制了工作面及巷道内的冲击地压;基于井下人工定向裂缝的超前消除机理:定向裂缝能降低甚至消除坚硬顶板在巷道附近的弹性能,同时减小切顶侧的静载增量,从而控制了巷道内的冲击地压。 展开更多
关键词 坚硬顶板 冲击地压 智能识别与控制 源头消冲 地面压裂
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超高工作面上覆厚硬岩组破断运动规律与多重动载产生机理 被引量:2
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作者 王家臣 王兆会 +4 位作者 孙文超 李猛 张鑫 李家龙 侯东鑫 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1876-1893,共18页
大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面... 大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面围岩控制效果,以曹家滩122104工作面为工程背景,采用现场实测、室内试验、理论分析等手段研究了10 m超大采高工作面厚硬顶板破断运动规律与支架载荷演化特征,探究强矿压产生机理及控制方法。结果表明:大采出空间、高推进速度、多厚硬岩组导致超高工作面液压支架具有“急增阻、高静载、多重动载、高频循环载荷”等承载特征,工况劣化导致顶板载荷快速向超高煤壁转移,引发坚硬煤壁板式劈裂破坏;超大采高导致工作面上覆3个厚硬岩组进入液压支架工况影响区,厚硬岩组呈现小变形破断模式,破断前以弹性变形为主,组内岩层无离层现象,破断后裂隙发育速度快,能量释放率高,破断岩块可形成错位岩梁平衡结构;得到了支架顶梁载荷三维分布曲面及其同顶板结构的协同演化特征,厚硬顶板破断前支架载荷小,分布于立柱支撑区,破断后支架快速增阻进入满负荷状态,多组硬岩破断导致液压支架承受多重动载冲击效应,顶梁载荷偏离立柱支撑区,引发异常支架工况;构建了考虑层间剪力的厚硬顶板短梁结构模型,其内部拉应力降低,剪应力升高,揭示了厚硬顶板小变形沉降原理和拉剪混合破断机理;得到了直覆厚硬顶板破断前后弹性应变能分布特征,给出了厚硬顶板动力破断和应变能释放条件,厚硬顶板弹性小变形破断特征决定了应变能以瞬间释放为主,向破断岩块动能的转换率达到21%,提出了动载冲击力计算方法,厚硬顶板高能量释放率和破断岩块下位大自由空间是超高工作面多重动载产生的直接原因;超前区域压裂后,厚硬岩组由弹性小变形向塑形大变形破断模式转变,高塑性耗散功与高劣化程度降低了动载冲击强度,提升了超高工作面围岩控制效果。 展开更多
关键词 超大采高 厚硬顶板 破断机理 支架阻力 多重动载
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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:3
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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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多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理 被引量:1
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作者 张震 黄志增 +4 位作者 徐刚 刘晓刚 刘前进 赵铁林 蔺星宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3369-3387,共19页
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特... 针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 多层厚硬顶板 矿压显现特征 破断结构 矿压作用机理
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深部矿井厚硬顶板地面水力压裂目标岩层确定方法与应用
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作者 徐刚 张震 +2 位作者 蔺星宇 陆闯 张春会 《煤炭工程》 北大核心 2025年第10期1-10,共10页
地面水力压裂是蒙陕矿区深部硬厚顶板矿井冲击地压防治新技术,如何确定地面压裂目标岩层是该技术的关键。根据工作面硬厚顶板岩层与垮落带的位置关系,提出两种承载结构,并构建相应的承载力学模型,进而给出硬厚顶板破断步距、破断释放能... 地面水力压裂是蒙陕矿区深部硬厚顶板矿井冲击地压防治新技术,如何确定地面压裂目标岩层是该技术的关键。根据工作面硬厚顶板岩层与垮落带的位置关系,提出两种承载结构,并构建相应的承载力学模型,进而给出硬厚顶板破断步距、破断释放能量及能量传递的计算方法;同时给出顶板断裂引起煤巷冲击的力学判据;结合彬长矿区、大海则矿区等地面水力压裂防冲工程实践,从目标岩层可压裂性、能量传递致灾性以及岩层层位三个角度提出地面水力压裂防冲目标的岩层判别方法。采用该方法确定孟村煤矿401102工作面地面压裂卸压的目标岩层,结果表明:401102工作面地面压裂目标岩层为距煤层65.95 m和99.31 m的粗砂岩岩层。运用地面压裂技术对401102工作面目标岩层实施压裂后,工作面及煤巷压裂区域的周期来压步距、来压持续时间、来压强度、微震总频次以及释放总能量均大幅下降,地面压裂防冲效果明显,这表明所提出的地面压裂目标岩层确定方法具备合理性,为深井厚硬顶板工作面地面压裂防冲目标岩层的确定提供了理论计算方法。 展开更多
关键词 地面压裂 目标岩层 硬厚顶板 防冲效果 承载结构
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硬厚难垮顶板工作面矿压显现特征及顶板灾害防治技术
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作者 徐刚 张震 +6 位作者 李正杰 冯彦军 张春会 薛吉胜 刘前进 蔺星宇 马镕山 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期27-42,共16页
硬厚难垮顶板工作面开采期间矿压显现异常强烈,该类型顶板灾害的防控一直是困扰我国工作面安全高效生产的难题。基于顶板灾害案例分析,梳理了我国硬厚难垮顶板类型及致灾特点,开展了硬厚难垮顶板工作面强动载矿压发生机理及影响因素研究... 硬厚难垮顶板工作面开采期间矿压显现异常强烈,该类型顶板灾害的防控一直是困扰我国工作面安全高效生产的难题。基于顶板灾害案例分析,梳理了我国硬厚难垮顶板类型及致灾特点,开展了硬厚难垮顶板工作面强动载矿压发生机理及影响因素研究,从预先设计、采前弱化和采中监测预警3个阶段提出了针对性的防控手段,并进行了实践应用。研究表明:硬厚难垮顶板具有强度高、厚度大、整体性强的特点,可分为抗压强度高的厚顶板、整体性较好的厚顶板及基本顶直覆顶板3类;硬厚难垮顶板大面积瞬时垮落多伴随工作面强来压、飓风等现象,易造成设备损坏、瓦斯超限或爆炸,危及人身安全;硬厚难垮顶板存在2种诱发工作面强矿压的顶板破断形式,一是顶板长悬顶状态下弯曲下沉,发生架后断裂,二是长悬顶顶板在煤壁前方超前断裂产生快速回转;硬厚难垮顶板采场矿压符合Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ分区支承模型运动形式,顶板厚度大、抗拉强度高、周期垮落步距长,断裂时更易引起煤壁处下沉量增大,支架显著增阻,此即为硬厚难垮顶板工作面矿压显现强烈的原因。基于以上分析,提出顶板弱化与矿压监测相结合的顶板灾害防治方法,在预先探明覆岩赋存特征、合理支架选型条件下,采用微震监测确定压裂目标层,基于矿压监测评价工作面支护-卸压效果,该方法在曹家滩煤矿10 m超大采高工作面得以成功应用,开采期间工作面初次来压步距由100m以上减小至49.35m,4次方以上微震大能量事件占比仅1.2%,取得了较好的防控效果。 展开更多
关键词 硬厚难垮顶板 顶板灾害防治 强矿压发生机理 分区支承模型 区域压裂
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谢桥煤矿厚硬顶板切顶卸压围岩控制技术研究 被引量:1
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作者 杨德传 刘浩 刘畅 《煤炭与化工》 2025年第6期13-17,共5页
针对淮南谢桥煤矿11618工作面运输顺槽面临的厚硬顶板强矿压问题,本研究采用数值模拟与现场监测相结合的方法,系统分析了预裂爆破切顶卸压技术对巷道围岩应力场的调控机理,基于摩尔-库伦准则构建FLAC3D模型,揭示了切顶前后应力演化的动... 针对淮南谢桥煤矿11618工作面运输顺槽面临的厚硬顶板强矿压问题,本研究采用数值模拟与现场监测相结合的方法,系统分析了预裂爆破切顶卸压技术对巷道围岩应力场的调控机理,基于摩尔-库伦准则构建FLAC3D模型,揭示了切顶前后应力演化的动态特征。研究结果表明:切顶卸压技术显著优化了顶板应力分布,垂直应力峰值降低17.8%,促使应力集中带向煤体深部转移3.4 m;同时,超前支承压力峰值由未切顶时的63 MPa降至56 MPa,但煤帮垂直应力峰值因应力再分配升高21%。现场实测显示,顶底板最大移近量低于300 mm预警阈值,锚杆锚索支护承载力稳定,验证了该技术对围岩变形的有效控制。 展开更多
关键词 厚硬顶板 切顶卸压 应力转移 数值模拟 围岩控制
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厚硬覆岩层裂隙-能量链式致灾机制与推进速度阈值优化
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作者 单鹏飞 李根 +6 位作者 来兴平 段红飞 许慧聪 李杰宇 杨珂 惠聪 蔡咏航 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期292-307,共16页
西部井工矿井具有一次采出厚度大、工作面长度长、回采巷道断面大和工作面推进速度快的特点,持续增加的推进速度不仅波及采动裂隙发育扩展,显著影响矿区水资源赋存环境,更易级联诱发厚硬覆岩层弹性能的“高积—突释”,导致巷道围岩持续... 西部井工矿井具有一次采出厚度大、工作面长度长、回采巷道断面大和工作面推进速度快的特点,持续增加的推进速度不仅波及采动裂隙发育扩展,显著影响矿区水资源赋存环境,更易级联诱发厚硬覆岩层弹性能的“高积—突释”,导致巷道围岩持续性大变形、冲击地压、矿震等复合动力灾害频发,亟待揭示西部矿区复合动力灾害发生演化机制的推进速度效应,确定减损控灾合理推进速度阈值。以陕西榆横矿区小纪汗煤矿为工程背景,采用理论分析、试验研究与数值计算等方法,分析现有推进速度下厚硬覆岩层运移状态、反演厚硬覆岩层能量积释事件;研究不同推进速度下厚硬覆岩层“能量-裂隙”级联机制,揭示不同推进速度下开采全周期裂隙组网规律,量化裂隙发育高度、空间分布密度、覆岩损伤比等指标参数与推进速度关系。结果表明:推进速度是促进区域裂隙发育扩展与诱发厚硬覆岩动力事件的主控因素,12m/d推进速度下裂隙扩展区域较大且厚硬覆岩层能量集中现象显著;随着推进速度的增加,裂隙发育高度降低,应力集中区范围减小,峰值应力向工作面端头迁移,动力灾害发生风险增大;厚硬覆岩层能量积聚区沿应力集中区迹线且滞后应力集中区迁移,采动裂隙在岩体释能影响下快速扩展,裂隙与能量间存在链式关联,裂隙带可进一步细化为中部“压实区”与两端“裂隙集中区”,“压实区”裂隙主要经历萌生—发育—贯通—闭合4个阶段,裂隙密度随工作面推进距离增加呈现先上升后下降的变化趋势;覆岩损伤比随推进速度增加持续降低。综合考虑不同推进速度下岩体积能诱灾风险、裂隙发育和覆岩损伤比,确定小纪汗煤矿减损控灾合理推进速度阈值为12~15m/d。 展开更多
关键词 厚硬覆岩 复合动力灾害 推进速度阈值 采动裂隙 能量积释
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7A04铝合金硬质阳极氧化膜颜色预测模型的建立与研究
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作者 杜东兴 花金龙 +1 位作者 杜斌 孔金星 《电镀与涂饰》 北大核心 2025年第7期25-29,共5页
[目的]研究电流密度对铝合金硬质阳极氧化膜颜色的影响,建立氧化膜颜色预测模型,为实际生产中铝合金硬质阳极氧化膜存在的色差问题提供参考。[方法]在不同电流密度(0.5~5.0 A/dm^(2))下对7A04铝合金进行硬质阳极氧化,获得不同颜色的氧... [目的]研究电流密度对铝合金硬质阳极氧化膜颜色的影响,建立氧化膜颜色预测模型,为实际生产中铝合金硬质阳极氧化膜存在的色差问题提供参考。[方法]在不同电流密度(0.5~5.0 A/dm^(2))下对7A04铝合金进行硬质阳极氧化,获得不同颜色的氧化膜。基于RGB三原色(红、绿、蓝)原理,对不同电流密度下所得氧化膜颜色进行定量分析,并通过拟合膜厚与颜色的关系,建立硬质阳极氧化膜颜色预测模型。[结果]氧化膜颜色与厚度之间、氧化膜厚度与电通量之间均呈显著的线性关系,据此可建立可靠性较好的氧化膜颜色-电通量的预测模型。[结论]采用本研究建立的模型可以预测不同电流密度下铝合金硬质阳极氧化膜的颜色,为铝合金阳极氧化工艺参数优化提供理论指导。 展开更多
关键词 铝合金 硬质阳极氧化 电流密度 厚度 颜色 预测模型
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双巷掘进小煤柱护巷综合卸压技术与应用 被引量:1
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作者 郭东明 张伟 +3 位作者 李学彬 王恒恺 赵志峰 朱若凡 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第3期556-566,共11页
双巷掘进小煤柱护巷工艺中,保留巷道受两次工作面采动影响,尤其是第一工作面对其影响最甚。在深部厚煤层坚硬复合顶板的复杂地质条件下,保留巷道不仅矿压显现更加明显,还极易诱发强矿压现象。为防控双巷掘进小煤柱护巷工艺中保留巷道大... 双巷掘进小煤柱护巷工艺中,保留巷道受两次工作面采动影响,尤其是第一工作面对其影响最甚。在深部厚煤层坚硬复合顶板的复杂地质条件下,保留巷道不仅矿压显现更加明显,还极易诱发强矿压现象。为防控双巷掘进小煤柱护巷工艺中保留巷道大变形及强矿压灾害,以赵庄煤业为背景,结合厚煤层坚硬顶板上覆岩层运移破断规律,提出“切顶爆破+预裂爆破+水力压裂”的综合卸压方案;运用理论分析、数值模拟与现场试验等方法,对卸压孔深度、卸压孔角度、导向孔直径等参数展开分析与优化设计;在赵庄煤业1313工作面进行现场应用,结果表明,该方法能够有效降低深部厚煤层坚硬复合顶板条件下双巷掘进小煤柱护巷工艺中保留巷道受工作面采动的影响。 展开更多
关键词 深部厚煤层 坚硬复合顶板 双巷掘进 小煤柱护巷 爆破切顶卸压
原文传递
特厚煤层坚硬顶板多场耦合致灾机理及协同控制技术
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作者 于斌 王希廷 +4 位作者 邰阳 卢国志 夏彬伟 匡铁军 霍丙杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期1-16,共16页
针对特厚煤层综放开采过程中坚硬顶板大跨度破断诱发的强矿压、瓦斯等多重灾害耦合难题,通过理论分析、试验研究与工程实践相结合,系统揭示了坚硬顶板多场耦合致灾机理,提出了远近场协同控制技术及特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术。... 针对特厚煤层综放开采过程中坚硬顶板大跨度破断诱发的强矿压、瓦斯等多重灾害耦合难题,通过理论分析、试验研究与工程实践相结合,系统揭示了坚硬顶板多场耦合致灾机理,提出了远近场协同控制技术及特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术。基于不同应力路径力学试验,阐明了阶梯循环动载下煤岩强度弱化与裂隙动态扩展规律,揭示了坚硬顶板覆岩采动裂隙“三带”递进演化特征及其分形维数“S”形增长模式。通过构建“应力-损伤-渗流”多场耦合模型,探明了采动裂隙网络内瓦斯运移与孔隙率动态响应的非线性关联,提出了煤体变形与瓦斯渗流耦合控制方程。创新性研发链臂锯切顶定向弱化技术与地面水力压裂远场预裂技术,形成了特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术,破解了传统单一灾害治理效率低的技术瓶颈。通过塔山煤矿现场实践表明:地面压裂后支架最大工作阻力降低16.9%,周期来压步距缩短15%;通过“一井双控”技术实现顶板弱化与瓦斯抽采协同调控,工作面推进至超过钻孔50~100m后,地面钻孔抽采效果逐渐减弱。地面垂直立孔配合地面水平压裂井抽采瓦斯,可有效解决8204工作面瓦斯问题,将工作面回风流瓦斯浓度控制在安全范围以内。 展开更多
关键词 特厚煤层 坚硬顶板 地面压裂 多场耦合 协同控制
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巨厚砾岩顶板地面井酸化压裂卸压减冲技术研究
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作者 吕闰生 李杰 +5 位作者 朱林 王存文 全星苑 倪小明 王保玉 张世林 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期308-318,共11页
采煤工作面上覆巨厚坚硬顶板未能及时垮落和破断而形成悬空结构,具有难破断、易聚积弹性能、破断易冲击等特点,极易应力集中而诱发冲击风险,严重危害工作面安全生产。以常村煤矿MZ21010工作面为工程背景,采用理论分析、试验测试、数值... 采煤工作面上覆巨厚坚硬顶板未能及时垮落和破断而形成悬空结构,具有难破断、易聚积弹性能、破断易冲击等特点,极易应力集中而诱发冲击风险,严重危害工作面安全生产。以常村煤矿MZ21010工作面为工程背景,采用理论分析、试验测试、数值模拟及工程试验等手段,开展地面井酸化压裂卸压减灾技术研究。结果表明:顶板砾岩和砂砾岩砾石成分主要为石灰岩、石英岩及石英砂岩,钙质胶结;采用质量分数15%稀盐酸酸化30 min后,抗压和抗拉强度分别下降56%~64%和46%~64%,具备地面井酸化压裂卸压基础;结合顶板钻孔数据和理论计算,确定了0~487.45m处的巨厚砾岩层和578.95~624.90m处的砂砾岩层分别为高位和低位关键层;低位关键层采用酸化液+大液量(12 m^(3)/min)组合压裂可有效延伸酸液渗流距离,压裂缝长380 m,缝宽65~80 m,缝高19m;高位关键层采用酸化液+大液量(10m^(3)/min)+大砂比(16%)+梯度加砂震荡的压裂工艺,压裂缝长275m,缝宽40~47m,缝高24m;频率谐振监测显示压裂层位均出现明显的纵横向破断区,酸压点波阻抗降低,工作面液压支架平均压力下降21.99%,说明MZ21010工作面顶板卸压效果明显。 展开更多
关键词 冲击地压 巨厚砾岩层 坚硬顶板 酸化压裂 频率谐振 地面微震
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彬长矿区厚硬岩层沉降能量释放与高势能涌水机理
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作者 李杨杨 张浩争 +4 位作者 张士川 朱慧聪 冯海龙 蔺成森 路学通 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期394-406,共13页
陕西彬长矿区煤层上方存在白垩系洛河组砂岩含水层,该岩层具有厚度大、富水性强、渗透系数大、水头压力大等特点,且上覆厚硬岩层破坏易导致高势能动力涌水发生。结合彬长矿区高家堡煤矿上覆岩层性质、导水裂隙带发育高度与工作面涌水量... 陕西彬长矿区煤层上方存在白垩系洛河组砂岩含水层,该岩层具有厚度大、富水性强、渗透系数大、水头压力大等特点,且上覆厚硬岩层破坏易导致高势能动力涌水发生。结合彬长矿区高家堡煤矿上覆岩层性质、导水裂隙带发育高度与工作面涌水量情况,对厚硬岩层破裂能量释放特征及工作面高势能涌水机理展开研究。结果表明:高势能涌水孕灾条件由“通道”“水源”与“力源”组成,其中“通道”的形成使“水源”发生运移,工作面出水由淋水转为涌水,“力源”的形成为“水源”运移提供了水压力,并增加了“通道”的数量与导通水量,使工作面由涌水转为高势能涌水;高势能涌水致灾过程中,覆岩破裂沉降和水体运移两个动态过程存在能量传递关系,经过对能量传递方程的推导,得出诱导高势能涌水主导条件为“力源”中的厚硬岩层破裂沉降;能量转化方程中,岩层能量吸收值与岩层能量吸收系数、破断层厚度与破断层倾向长度呈负相关,与破断层极限破断距呈正相关,且能量值呈指数级增长;结合覆岩能量变化趋势与工作面涌水量变化情况,得到涌水量升高区间,覆岩应力与能量值波动较大,且在厚硬岩层发生破断时,工作面涌水量达到峰值,工作面形成高势能涌水。研究揭示了高势能涌水孕灾机制,并建立了高势能涌水物理模型,明确了各影响因素间的关系,推导了厚硬岩层破裂沉降能量转化方程,阐释了不同影响因素与岩层吸收储存能量值间影响规律,揭示了厚硬岩层破裂沉降能量释放特征与工作面高势能涌水间联动关系。 展开更多
关键词 厚硬岩层 高势能涌水 孕灾条件 能量传递 岩层破裂沉降
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不同软硬互层厚度比围岩隧道破坏特征研究
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作者 范祥 洪铭 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第6期2026-2039,共14页
软硬互层岩体的受力较为复杂,预制不同软硬互层厚度比的互层围岩隧道试件,通过试验研究互层围岩隧道周围的变形破坏特征,并采用数值模拟对互层围岩隧道周围的应力、应变分布进行分析对比。结果表明:当相对较软层较厚时,隧道的破坏受相... 软硬互层岩体的受力较为复杂,预制不同软硬互层厚度比的互层围岩隧道试件,通过试验研究互层围岩隧道周围的变形破坏特征,并采用数值模拟对互层围岩隧道周围的应力、应变分布进行分析对比。结果表明:当相对较软层较厚时,隧道的破坏受相对较软层压缩的影响更大,隧道轴向压缩变形量较大;当相对较硬层较厚时,隧道的破坏受相对较硬层岩层断裂的影响更大;当互层厚度均较薄时,更薄的岩层使隧道周围岩体的变形破坏更为连续。具体表现为:(1)相对较硬层10 mm且相对较软层10 mm工况下的试件整体破坏模式为强孔洞破坏模式,拱顶和拱底处张拉破坏较为严重,易在拱肩和拱脚处出现压-剪切复合型裂缝;(2)相对较硬层10 mm且相对较软层20 mm工况下的试件整体破坏模式为强压缩破坏模式,压剪破坏在拱腰表现明显,易在拱肩和拱脚处出现压-剪切复合型裂缝;(3)相对较硬层20 mm且相对较软层10 mm工况下的试件整体破坏模式为断裂破坏模式,拱顶下沉明显,拱腰附近应力水平较高,但破坏程度较小。 展开更多
关键词 软硬互层岩体 大跨度隧道 互层厚度比 双轴压缩
原文传递
厚硬顶板采场诱发逆断层失稳的力学机制研究 被引量:4
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作者 余伟健 郭涵潇 +3 位作者 李可 廖泽 吴根水 潘豹 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期1-11,共11页
为了研究厚硬顶板条件下工作面逆断层的失稳力学机制,通过断层边界煤柱尺寸、断层倾角及岩层移动角三者关系,确立了采场覆岩移动区与断层面之间的空间关系模型。通过采场覆岩各岩层移动角建立了覆岩岩层移动线方程,结合断层倾角得出了... 为了研究厚硬顶板条件下工作面逆断层的失稳力学机制,通过断层边界煤柱尺寸、断层倾角及岩层移动角三者关系,确立了采场覆岩移动区与断层面之间的空间关系模型。通过采场覆岩各岩层移动角建立了覆岩岩层移动线方程,结合断层倾角得出了不同层位岩层移动线与断层面之间的距离函数公式,精确划定了断层面与岩层移动线的边界过渡区范围。基于岩层抗拉强度建立了断层边界岩块的极限平衡方程,给出了断层倾角小于岩层移动角情况下,边界岩块力学失稳判据,并通过力矩平衡方程建立边界岩块的偏转失稳判据。以现场案例为基础,采用双判据确定了断层倾角小于岩层移动角情况下的逆断层的活化岩层区域,确定了断层面的活化规律与离层空间分布情况。理论分析了逆断层边界条件的围岩变形破坏机理,试验模拟了断层区域采场岩层的整体运移规律,全面计算探究了厚硬顶板条件下逆断层区域采场围岩的力学与位移变化模式。结果表明:逆断层在厚硬顶板破断前发生活化;断层小于岩层倾角情况下,断层面离层空间主要分布在厚硬顶板区域的弯曲下沉带;与断层面产生离层空间的岩层竖向裂隙空间显著减少;与断层面产生离层空间的岩层对采空区空间的向上传递效率显著提高;可以通过优化断层保护煤柱尺寸来维持断层围岩的稳定;双判据模型从理论层面给出了断层边界保护煤柱的尺寸取值依据,为现场的保护煤柱宽度提供最优解。 展开更多
关键词 断层活化 厚硬顶板 岩层移动线 非连续边界条件 极限拉应力 失稳判据
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大采高工作面厚硬顶板对煤壁稳定性的影响研究
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作者 赵新增 《凿岩机械气动工具》 2025年第2期127-129,共3页
为分析大采高工作面中厚硬顶板对煤壁稳定性的影响,文章通过模型构建和理论分析,研究了厚硬顶板及煤壁的特性、相互影响及力学性质。采用控制变量法、顶板预裂技术等,分析了基本顶破断步距和厚度对煤壁稳定性的影响。结果表明,厚硬顶板... 为分析大采高工作面中厚硬顶板对煤壁稳定性的影响,文章通过模型构建和理论分析,研究了厚硬顶板及煤壁的特性、相互影响及力学性质。采用控制变量法、顶板预裂技术等,分析了基本顶破断步距和厚度对煤壁稳定性的影响。结果表明,厚硬顶板易导致强烈矿压,增加煤壁片帮风险,但通过进行合理的顶板预裂处理,能有效控制煤壁位移,增强稳定性。 展开更多
关键词 大采高工作面 厚硬顶板 煤壁 顶板预裂
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缓斜煤层厚硬顶板预裂爆破切顶关键参数优化研究
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作者 杨德传 王子豪 刘畅 《煤炭与化工》 2025年第12期1-8,共8页
为解决厚硬顶板难以冒落及开采带来的冲击矿压问题,采用预裂爆破切顶卸压开采,通过建立切顶力学模型,确定合理切顶角度范围,运用FLAC3D数值模拟,分析不同切顶高度、角度下的机巷围岩应力场和位移场的演化规律,得出最优切顶关键参数,并... 为解决厚硬顶板难以冒落及开采带来的冲击矿压问题,采用预裂爆破切顶卸压开采,通过建立切顶力学模型,确定合理切顶角度范围,运用FLAC3D数值模拟,分析不同切顶高度、角度下的机巷围岩应力场和位移场的演化规律,得出最优切顶关键参数,并进行现场应用及矿压监测。研究结果表明,切顶高度32 m、切顶角度70°时,卸压效果最佳。切顶后顶板最大位移为170 mm,两帮移进量逐渐增大,待工作面推进后趋于平稳值,验证了数值模拟的准确性,切顶卸压后通过强化超前巷道支护,维护了巷道的稳定性,实现了安全高效综采。该研究为类似地质条件下的切顶卸压技术提供了理论依据和实践参考。 展开更多
关键词 厚硬顶板 切顶卸压 强化支护 数值模拟 参数优化 矿压分析
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“三软”厚煤层开采覆岩多层位离层注浆减沉技术及应用 被引量:5
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作者 郭文兵 吴东涛 +3 位作者 郭明杰 胡玉杭 杨伟强 王比比 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期1-12,共12页
采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性... 采动覆岩离层注浆中注浆层位精准识别及保护层厚度合理确定,对防治地表沉陷、保护地表建(构)筑物具有重要意义。为了实现覆岩多层位离层精准注浆减沉,基于组合梁理论改进了离层位置判别方法,确定了覆岩多层位离层注浆充填位置;通过弹性薄板理论,建立了覆岩离层注浆保护层采动岩体结构力学模型;构建了覆岩多层位离层注浆充填空间的等效模型,并根据注浆空间上位岩层和下位岩层破断规律,给出了充填空间的最小和最大总体积;采用概率积分法并结合地表实际监测结果,评价了“三软”厚煤层覆岩多层位离层注浆效果,并对郑州矿区裴沟煤矿22151工作面开展了实例分析。结果表明:钻孔窥视验证了多层位离层注浆位置的准确性,在距煤层152.6 m中粒砂岩底部和距煤层168.6 m处细粒砂岩下方之间成功实施覆岩多层位离层注浆;工作面在开采厚度为7.1 m时,保护层厚度为25.2 m能够实现覆岩离层注浆工作的安全实施;理论计算注浆量为9.5×10^(4)~14.7×10^(4)t,实际工程注浆量约为13.3×10^(4)t,注采比约为0.41;采用覆岩多层位离层注浆开采后,地表最大下沉量为649.8 mm,大部分民房处地表最大水平变形值处于Ⅰ级损害程度内;覆岩多层位离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约77.91%。 展开更多
关键词 “三软”厚煤层 软硬交互覆岩 覆岩离层 多层位注浆 保护层 沉陷控制
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