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Fundamental principles of an effective reinforcing roof bolting strategy in horizontally layered roof strata and areas of potential improvement 被引量:7
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作者 Russell Frith Guy Reed Martin McKinnon 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2018年第1期67-77,共11页
It is arguable that the development of reinforcing roof bolting systems has largely stagnated in recent times, primarily due to the prevailing industry view that few, if any, further improvements can be made to what c... It is arguable that the development of reinforcing roof bolting systems has largely stagnated in recent times, primarily due to the prevailing industry view that few, if any, further improvements can be made to what currently exists.However, this paper contends that reinforcing roof bolting systems can be further refined by considering both the specific manner by which horizontally bedded roof strata loses its natural self-supporting ability and the specific means by which reinforcing roof bolts act to promote or retain this natural self-supporting ability.The Australian coal industry has insisted on minimising bolt-hole diameter to maximise load transfer and on targeting full-encapsulation by any means necessary for many years.This has led to a significant, albeit unintended, consequence in terms of overall roof bolting effectiveness, namely increased resin pressures during bolt installation and the associated potential for opening bedding planes that may have, otherwise, remained closed during the bolt installation process.Given that the natural self-supporting ability of roof strata is strongly linked to whether bedding planes are open or closed, logically, minimising resin pressures should be a significant benefit.This paper focuses primarily on three key issues that relate directly to the function of the roof bolting system itself:(1) the importance of proper resin mixing in the context of maximising load transfer strength and stiffness,(2) the importance of minimising resin pressures developed during bolt installation, and(3) the importance of maximising the effectiveness of the available bolt pre-tension.All mine operators should be invested in improving the individual effectiveness of each installed roof bolt, even by relatively small incremental amounts, so this is an important topic for discussion within the mining community. 展开更多
关键词 roof BOLTS strata reinforcement Partial-encapsulation PRE-TENSION Resin mixing Improved BOLT effectiveness
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Study on the Fissure Rate in the Roof Strata of Excavated Coal Seams
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作者 ZHANG Fawang CHEN Li +4 位作者 YAO Hongchao HAN Zhantao QIAN Long CHEN Liang JIANG Chengchao 《Acta Geologica Sinica(English Edition)》 SCIE CAS CSCD 2015年第6期2090-2090,共1页
In the past decades,the intense excavation of coal resources in China has induced a series of severe waterrelated disasters or problems,such as water burst accidents,severe groundwater depletion and contamination.All ... In the past decades,the intense excavation of coal resources in China has induced a series of severe waterrelated disasters or problems,such as water burst accidents,severe groundwater depletion and contamination.All of these problems were caused by the structural changes of roof rocks or bed rocks induced by coal excavation.The structure of collapsed roof rocks is generally classified into three zones:falling zone. 展开更多
关键词 Study on the Fissure Rate in the roof strata of Excavated Coal Seams
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Application of CBM horizontal well development technology in the roof strata close to broken-soft coal seams
3
作者 Xu Yaobo Zhu Yushuang Zhang Peihe 《Natural Gas Industry B》 2019年第2期168-174,共7页
Broken coal structure and low permeability are the main reasons for the difficult production of coalbed methane(CBM)in broken-soft coal seams.In this paper,No.8 coal seam in the Luling Mine of the Huaibei Coal Field w... Broken coal structure and low permeability are the main reasons for the difficult production of coalbed methane(CBM)in broken-soft coal seams.In this paper,No.8 coal seam in the Luling Mine of the Huaibei Coal Field was taken as an example to study the way to improve CBM production of broken-soft coal reservoirs.First,drilling,fracturing and production of horizontal wells were considered comprehensively.Then,based on the idea of exploiting CBM through horizontal wells in roof strata close to the broken-soft coal seams,the propagation laws of fractures created by layer-penetrating fracturing of horizontal wells in roof strata were studied,and accordingly the location of horizontal well was optimized.Finally,the CBM horizontal well exploitation technology for the roof strata close to coal seams was developed and tested on site.And the following research results were obtained.First,the vertical fractures created during layer-penetrating fracturing of horizontal wells in roof strata can propagate from the roof strata with high stress values downward to the coal seam with low stress values.In addition,the location of horizontal well has an important influence on the effect of layer-penetrating fracturing.The closer the horizontal well is to the coal seam,the better the fracture propagation effect of layer-penetrating fracturing.Second,the horizontal well should be arranged in the roof strata 1.5 m away from the top of coal seam,so that fracturing stimulation requirements of horizontal wells in roof strata can be satisfied to the uttermost.Third,three key technologies are formed,including the“high-quality,fast and safe”drilling technology,the deep-penetration oriented perforating technology and the“large displacement,large scale,high pad ratio and moderate proppant concentration”active water fracturing technology.Fourth,the gas production with this technology in engineering practice is remarkable.In conclusion,the CBM development technology of horizontal wells in roof strata close to broken-soft coal seams is feasible.The research results provide a new technical method for the development of CBM in broken-soft coal seams. 展开更多
关键词 Broken-soft coal seams Coalbed methane(CBM) roof strata Horizontal well Development technology Layer-penetrating fracturing Propagation laws of fractures Physical simulation Well location arrangement
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实用矿山压力控制理论研究进展与突破的重点
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作者 宋振骐 郝建 +2 位作者 蒋宇静 李恩来 边华 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期1-26,共26页
与岩层运动有关的重大灾害在煤矿事故灾害中占主导地位,建立并完善矿山压力控制理论是控制相关灾害的基础。在回顾矿山压力理论发展历程的基础上,总结凝练了以上覆岩层运动为中心的“实用矿山压力控制理论”的内涵,从理论、技术、装备... 与岩层运动有关的重大灾害在煤矿事故灾害中占主导地位,建立并完善矿山压力控制理论是控制相关灾害的基础。在回顾矿山压力理论发展历程的基础上,总结凝练了以上覆岩层运动为中心的“实用矿山压力控制理论”的内涵,从理论、技术、装备方面总结了实用矿山压力控制理论的突破。在理论方面:构建了显示覆岩运动和支承压力分布发展变化规律的采场动态结构力学模型,确定不同采动条件下模型的动态发展规律;建立了两个应力场理论,揭示了内应力场实现的条件;构建了以位态方程为核心的工作面顶板控制力学模型,建立了工作面顶板控制(支架受力)与岩梁位态之间的关系。在装备方面:研发了三维相似材料模拟试验台、矿压机械模拟试验台等装备,实现了矿山岩层运动规律和支承压力分布规律反演模拟;研制了大量程(200~300 mm)、高精度(0.01 mm)顶板动态仪等监测仪器,形成了岩层动态成套监测装备和平台;搭建了覆岩运动仿真模拟系统,将力学模型以计算机的形式进行展示,实现了矿山压力的仿真与决策。在技术方面:提出了井下岩层动态观测技术,实现了基本顶来压预测预报;提出小煤柱沿空掘巷技术,将回采巷道布置在稳定的内应力场中,成功控制了传统大煤柱护巷诱发的冲击地压、瓦斯突出等动力灾害。最后,凝练了该理论的思维内核,兼具哲学战略性、功能导向性、效果实用性及风险回避性,并指出理论应重点突破的五大前沿方向为采动条件极端化、岩层运动调控化、采动应力调控化、矿山压力利用化与无为化。 展开更多
关键词 矿山压力 岩层运动 支承压力 顶板控制 位态
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岩质地层浅埋隧道拱顶塌落机制的上限分析
5
作者 路德春 刘伟城 +1 位作者 许敬叔 杜修力 《北京工业大学学报》 北大核心 2026年第1期84-96,共13页
拱顶稳定性始终是隧道与地下工程领域的一个关键问题。为了明确埋深比与地层强度参数等对拱顶稳定性与潜在塌落范围的影响规律,基于广义Hoek-Brown(generalized Hoek-Brown,GHB)强度准则,构建了岩质地层中不同截面形式隧道拱顶塌落分析... 拱顶稳定性始终是隧道与地下工程领域的一个关键问题。为了明确埋深比与地层强度参数等对拱顶稳定性与潜在塌落范围的影响规律,基于广义Hoek-Brown(generalized Hoek-Brown,GHB)强度准则,构建了岩质地层中不同截面形式隧道拱顶塌落分析模型。通过能量平衡方程的建立与求解,获得描述隧道拱顶稳定性的不同目标函数解答。通过优化求解,确定浅埋与深埋隧道拱顶塌落模型的界限埋深比。研究结果表明:地质强度参数(geological strength index,GSI)的增大可显著提高隧道拱顶稳定性,而岩体软硬程度参数mi的影响须结合埋深比以及地层强度参数等综合加以确定。区别于矩形隧道,埋深比的增加将使圆形隧道的拱顶稳定性呈现先降低而后增加并最终趋于稳定的规律。界限埋深比随岩体软硬程度参数mi的增加而不断减小,随GSI的增加先减小而后增大;相比于矩形隧道,圆形隧道更易形成完整的塌落拱。研究内容可为隧道工程初步设计提供参考。 展开更多
关键词 隧道工程 岩质地层 拱顶稳定性 极限分析法 界限埋深比 广义Hoek-Brown准则
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厚硬顶板巷道切顶卸压机理及小煤柱护巷围岩控制技术研究
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作者 陈晓祥 王冬冬 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期97-106,共10页
目的为研究直覆厚硬顶板邻近工作面切顶卸压效应和沿空掘巷小煤柱合理留设宽度,开展厚硬顶板巷道切顶卸压机理及小煤柱护巷围岩控制技术研究。方法以同宝煤业15号煤层15107工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场工业性... 目的为研究直覆厚硬顶板邻近工作面切顶卸压效应和沿空掘巷小煤柱合理留设宽度,开展厚硬顶板巷道切顶卸压机理及小煤柱护巷围岩控制技术研究。方法以同宝煤业15号煤层15107工作面回风巷为研究对象,采用理论计算、数值模拟和现场工业性试验方法,研究直覆厚硬顶板条件下切顶卸压留小煤柱沿空掘巷围岩应力分布规律。结果结果表明:15106工作面运输巷切顶高度取21m时能够切断上层厚硬顶板;理论计算得出沿空掘巷小煤柱宽度范围为4.807~5.225m;切顶后,采空区右侧实体煤中的围岩应力显著下降,沿空掘巷围岩应力更为缓和;切顶有效降低小煤柱内部垂直应力峰值;切顶后煤柱宽度为3,5,7,9m时数值模拟结果显示,煤柱宽度由3m增至5m,煤柱帮顶板表面垂直应力峰值增幅高达166.31%,煤柱宽度由5m增至9m,煤柱帮顶板表面垂直应力峰值变化幅度均小于27.32%。结论现场试验表明,留设5m宽的小煤柱,并对15107回风巷进行合理支护,受工作面回采影响后,巷道的围岩变形均在200mm以下,采用深孔预裂爆破切顶卸压效果明显,满足15107工作面安全生产要求,可以为类似条件煤矿生产提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 厚硬顶板 小煤柱 切顶卸压 沿空掘巷 围岩控制
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厚硬顶板巷道掘进综合防冲技术研究与应用
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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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采煤工作面破碎顶板控制技术分析
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作者 时巨辉 《能源与节能》 2026年第2期198-201,共4页
工作面破碎顶板的稳定性对煤矿安全生产至关重要。详细分析了工作面破碎顶板的影响因素,深入探讨了常见的控制技术及其优化与发展趋势,并结合实际对顶板矿压显现规律进行了研究,以期为煤矿安全生产提供有效的技术参考,保障工作面的稳定... 工作面破碎顶板的稳定性对煤矿安全生产至关重要。详细分析了工作面破碎顶板的影响因素,深入探讨了常见的控制技术及其优化与发展趋势,并结合实际对顶板矿压显现规律进行了研究,以期为煤矿安全生产提供有效的技术参考,保障工作面的稳定作业环境,提高煤炭开采效率和安全性。 展开更多
关键词 煤矿 工作面 破碎顶板 控制技术 矿压显现
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Relationship between water inrush from coal seam floors and main roof weighting 被引量:4
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作者 Sun Jian Hu Yang Zhao Guangming 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2017年第5期873-881,共9页
A water-resistant key strata model of a goaf floor prior to main roof weighting was developed to explore the relationship between water inrush from the floor and main roof weighting. The stress distribution,broken cha... A water-resistant key strata model of a goaf floor prior to main roof weighting was developed to explore the relationship between water inrush from the floor and main roof weighting. The stress distribution,broken characteristics, and the risk area for water inrush of the water-resistant key strata were analysed using elastic thin plate theory. The formula of the maximum water pressure tolerated by the waterresistant key strata was deduced. The effects of the caved load of the goaf, the goaf size prior to main roof weighting, the advancing distance of the workface or weighting step, and the thickness of the waterresistant key strata on the breaking and instability of the water-resistant key strata were analysed.The results indicate that the water inrush from the floor can be predicted and prevented by controlling the initial or periodic weighting step with measures such as artificial forced caving, thus achieving safe mining conditions above confined aquifers. The findings provide an important theoretical basis for determining water inrush from the floor when mining above confined aquifers. 展开更多
关键词 FLOOR WATER inrush Main roof weighting Water-resistant key strata FORCED CAVING
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Influence of backfilling rate on the stability of the"backfilling bodyimmediate roof"cooperative bearing structure 被引量:14
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作者 Xianjie Du Guorui Feng +2 位作者 Min Zhang Zehua Wang Wenhao Liu 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期1197-1206,共10页
To reduce the cost of backfilling coal mining and utilize the underground space of coal mines,a new backfilling mining method with low backfilling rate called constructional backfilling coal mining(CBCM)is proposed.Th... To reduce the cost of backfilling coal mining and utilize the underground space of coal mines,a new backfilling mining method with low backfilling rate called constructional backfilling coal mining(CBCM)is proposed.The "backfilling body-immediate roof" cooperative bearing structure of CBCM is analyzed by establishing the model of the medium thick plate on an elastic foundation.The influence of the backfilling rate on the stability of overlying strata is analyzed by the numerical simulation experiment.The control effect of CBCM is verified by a physic similar simulation test.The economic benefit of CBCM is analyzed.The conclusions are:the deformation characteristics of the immediate roof and critical backfilling spacing in CBCM can be analyzed based on the Hu Haichang’s theory.Exerting the bearing capacity of the immediate roof is beneficial to the stability of the overlying strata.The CBCM has a good control effect on the overburden in Xinyang Mine when the backfilling rate is lower than 25%.The backfilling cost of per ton coal is 37.39 yuan/t when the backfilling rate is 13.7%,with a decrease rate of 56.63%than the full-filling.The research results can provide theoretical support for the application of CBCM in coal mining. 展开更多
关键词 Constructional backfilling coal mining Immediate roof Cooperative bearing structure Medium thick plate on elastic foundation Backfilling rate Overlying strata
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Deformation effect of lateral roof roadway in close coal seams after repeated mining 被引量:2
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作者 Xie Jianlin Xu Jialin +2 位作者 Wang Feng Guo Jiekai Liu Donglin 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2014年第5期597-601,共5页
This paper analyzed the deformation mechanism in lateral roof roadway of the Ding Wu-3 roadway which was disturbed by repeated mining of close coal seams Wu-8 and Wu-10 in Pingdingshan No. 1 Mine. To determine the str... This paper analyzed the deformation mechanism in lateral roof roadway of the Ding Wu-3 roadway which was disturbed by repeated mining of close coal seams Wu-8 and Wu-10 in Pingdingshan No. 1 Mine. To determine the strata disturbance scope, the strata displacement angle was used to calculate the protection pillar width. A numerical model was built considering the field geological conditions. In simulation, the mining stress borderline was defined as the contour where the induced stress is 1.5 times of the original stress. Simulation results show the mining stress borderline of the lateral roadway extended 91.7 m outward after repeated mining. Then the original stress increased, deforming the road- way of interest. This deformation agreed with the in situ observations. Moreover, the strata displacement angle changed due to repeated mining. Therefore, reselection of the displacement angle was required to design the protective pillar width. Since a constant strata displacement angle was used in traditional design, the orooosed method was beneficial in field cases. 展开更多
关键词 Repeated mining Mining stress borderline strata displacement angle Lateral roof roadway Protective pillar
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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:2
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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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煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术研究进展、关键科学问题与展望 被引量:5
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作者 杨科 张寨男 +5 位作者 华心祝 刘文杰 吕鑫 池小楼 王长城 李彩青 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期944-964,共21页
煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 顶板水平井 全生命周期 卸压效果 水气运移 潜在危险区 排采效果
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多煤层叠加开采覆岩离层演化规律与开度预测研究 被引量:1
14
作者 黄文祥 刘晓帆 +1 位作者 李红 吴嘉睿 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第5期99-106,118,共9页
随着深部煤炭资源开采规模的扩大,多煤层叠加开采导致的顶板离层水害已成为主要灾害,其演化规律与离层开度预测是研究热点。以红阳煤田西一采区为研究对象,利用相似材料、3DEC数值模拟等手段,系统研究了多煤层叠加开采条件下覆岩离层的... 随着深部煤炭资源开采规模的扩大,多煤层叠加开采导致的顶板离层水害已成为主要灾害,其演化规律与离层开度预测是研究热点。以红阳煤田西一采区为研究对象,利用相似材料、3DEC数值模拟等手段,系统研究了多煤层叠加开采条件下覆岩离层的时空演化特征及其开度变化规律。结果表明,覆岩离层动态演化受关键层破断、采动应力场耦合及煤层开采顺序的显著影响,7煤层与12煤层之间高位离层受多场耦合作用最大开度达3.5 m,而3煤层顶板近场离层因受关键层协同作用仅发育至0.6 m。基于关键层理论与岩层碎胀效应,构建离层开度预测模型,通过301工作面实测数据验证,预测值与实测值误差小于15%。 展开更多
关键词 多煤层叠加开采 顶板离层 关键层理论 演化规律 开度预测 红阳煤田
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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
15
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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蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源 被引量:3
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作者 杨建 李慧 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1263-1275,共13页
蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏... 蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏情况,这增加了制定科学、有效的保水采煤策略的难度。本研究基于对蒙陕接壤区地下水中环境同位素(D和18O)的检测与分析,应用同位素质量守恒原理,计算了矿井水水源的相对贡献量。研究发现,各含水层水中的环境同位素受地形地貌、地层结构和地下水赋存等因素的影响。研究区的第四系地下水主要来源于大气降水和地表水,具有快速的循环更替速度,表现为富含氚的现代水补给特征,其δD值和δ^(18)O值大气降水和地表水相近。深埋区的白垩系与第四系水力联系紧密,循环更替过程较长,导致环境同位素值有所降低。白垩系和侏罗系地下水受垂向补给控制,循环更替速度减缓,δD值和δ^(18)O值逐渐降低,其中白垩系地下水的δD值为–80.2‰~–75.6‰,δ^(18)O值为–10.6‰~–8.7‰。浅埋区和中深埋区地层由于沉积时间长,成岩作用较好,加之后期构造运动的影响,与第四系或新近系直接接触,接受第四系地下水补给,导致δD值和δ^(18)O值相对较高。而深埋区的侏罗系地层由于本身厚度较大,上覆有厚层的第四系和白垩系地层,地下水补给条件较差,地下水径流过程漫长且较为封闭滞流,因此δD值和δ^(18)O值相对较低。本研究利用地下水中的δD值,通过二元混合模型计算得出,在浅埋区的矿井水中,第四系水的比例有所不同:SGT和HLG煤矿的占比小于20%,而BLT和LSJ等煤矿的占比介于28.0%~57.0%,YBJ煤矿的占比则接近80%。在中深埋区,矿井水中第四系水的比例通常小于20%,但在开发较早、顶板存在保德组红土层“天窗”的HLW和SS煤矿中,第四系水的比例分别达到了37.05%和26.24%。在深埋区,矿井水中白垩系水的占比约为30%。IsoSource模型的计算结果显示,第四系水的贡献率在7.6%~9.3%间,白垩系水的贡献率在12.0%~17.1%间,而侏罗系上段水的贡献率在74.9%~80.4%间,且不同矿区的矿井水中各水源的贡献率相近。本研究准确识别了矿井水中各含水层水的来源比例,对于蒙陕接壤区的保水采煤和生态环境保护具有重要的实际意义。 展开更多
关键词 环境同位素 矿井水 煤炭开采 水源判别模型 顶板地层结构
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煤岩动力现象监测预警频谱声学方法研究进展及发展方向 被引量:1
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作者 张建国 魏风清 +1 位作者 КОЛЧИНГИ ШИЛОВВИ 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S2期921-940,共20页
冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力现象是煤矿生产过程中面临的严重灾害,煤岩动力现象自动化监测预警是保证煤矿安全生产的重要技术手段,早期研发的基于弹性势能释放角度的微震、声发射、电磁辐射方法自动化监测预警系统得到了不同范围... 冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力现象是煤矿生产过程中面临的严重灾害,煤岩动力现象自动化监测预警是保证煤矿安全生产的重要技术手段,早期研发的基于弹性势能释放角度的微震、声发射、电磁辐射方法自动化监测预警系统得到了不同范围的推广应用。近年来,基于弹性势能积聚角度的频谱声学方法自动化监测预警系统在俄罗斯煤矿得到了快速推广应用,实现了煤岩动力现象(冲击地压、煤与瓦斯突出、煤的突然压出、底板动力破坏瓦斯喷出)、工作面前方煤岩应力状态(地质构造、矿山压力升高、应力状态恶化)和局部防突措施(卸压钻孔)安全性及有效性的实时在线监测预警,成为动力现象和岩体状态监测预警的标准方法。频谱声学方法基于顶板岩层变形导致应力集中、弹性势能积聚的动力现象发生机理,利用采煤机、掘进机割煤时产生的人工声学信号在顶板岩层弱化接触面处的谐振频谱特性,监测煤岩体的应力应变状态,预警工作面动力现象危险性。为了提高中国煤矿煤岩动力现象监测预警技术水平和促进中俄煤矿安全技术交流,阐述了频谱声学方法在俄罗斯的发展历程,系统分析了动力现象频谱声学方法监测预警机理,详细叙述了频谱声学方法主要研究成果和动力现象监测预警指标体系,结合频谱声学方法与微震、声发射、电磁辐射方法的区别,展望了动力现象监测预警方法发展方向,频谱声学方法与微震、声发射、电磁辐射方法的深度融合,将显著提高煤岩动力现象监测预警可靠性和准确性,实现煤岩动力现象监测预警技术新突破。 展开更多
关键词 动力现象 频谱声学方法 顶板变形延迟 人工声学信号 岩层结构 谐振频谱
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新集一矿特坚硬顶板超前爆破弱化技术研究 被引量:1
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作者 焦金宝 赵江梅 李迎富 《煤炭与化工》 2025年第6期6-12,共7页
为了解决特坚硬顶板采空区难以冒落、大面积悬顶问题,采用坚硬顶板超前爆破弱化技术,确保工作面安全开采。根据测试的顶板岩性参数和岩体爆破理论,计算出爆破裂隙区半径;采用有限元软件ANSYS-LS/DYNA,拟合出VonMises应力峰值与岩石动态... 为了解决特坚硬顶板采空区难以冒落、大面积悬顶问题,采用坚硬顶板超前爆破弱化技术,确保工作面安全开采。根据测试的顶板岩性参数和岩体爆破理论,计算出爆破裂隙区半径;采用有限元软件ANSYS-LS/DYNA,拟合出VonMises应力峰值与岩石动态抗压强度关系,确定了炮孔间排距,设计了AB料封孔工艺,缩短了爆破等待时间,计算出最大封孔长度,推导出最小封孔长度计算式。基于此,设计了新集一矿360606工作面风巷、机巷炮孔参数,将工作面周期来压步距控制在15.8 m左右,工作面回采期间没有出现大面积悬顶现象,炮孔无冲孔,爆破效果良好。 展开更多
关键词 特坚硬顶板 爆破裂隙区半径 AB料封孔工艺 封孔长度 爆破参数设计
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采动影响下逆冲断层滑移诱发顶板覆岩失稳机理研究
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作者 石瑞明 朱战斌 王宏伟 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第6期1121-1129,共9页
断层是矿山地质环境中常见的地质构造,其滑移与失稳不仅会直接改变矿山岩体应力状态,还可能通过应力传递与能量释放诱发冲击地压。基于千秋煤矿21221工作面实际开采情况,设计采动影响下断层滑移物理模拟实验,分析上覆岩层的运移规律,研... 断层是矿山地质环境中常见的地质构造,其滑移与失稳不仅会直接改变矿山岩体应力状态,还可能通过应力传递与能量释放诱发冲击地压。基于千秋煤矿21221工作面实际开采情况,设计采动影响下断层滑移物理模拟实验,分析上覆岩层的运移规律,研究高构造应力环境及开采扰动对断层滑移失稳的影响特征,并引入断层结构势能揭示断层与顶板覆岩相互作用的能量演化机理。研究结果表明,在高构造应力环境下,断层是应力集中和释放的重要区域;采动诱发的断层滑移时,断层面正应力出现极大值点、升温速率达到65.8%,同时最大断层结构势能降低10.6%;当工作面距离断层70 cm时,断层活动和上覆岩层运动的相互作用显著;受工作面采动影响,断层结构势能呈现强能量区、中等能量区和弱能量区三个分区;采动引起顶板覆岩失稳的根本原因,是顶板覆岩局部区域的断层结构势能过高而形成强能量区。当断层结构势能积累到一定程度时,断层会在强能量区域的影响下发生滑移,进而诱发冲击地压灾害。 展开更多
关键词 构造应力 断层结构势能 断层滑移 覆岩失稳
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大采高采场变厚顶板岩层结构力学模型及其破断模式
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作者 路洋波 闫少宏 +3 位作者 周坤友 王元杰 符鹏 张晨曦 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第11期242-257,共16页
掌握岩层的破断运动规律对于采场矿压控制及强矿震等动力灾害防控意义重大。薄岩层与厚岩层的破断模式具有显著的差异性,并在生产实践中由于地层地质条件的复杂性,岩层厚度表现为“变厚度”特征。为统一分析不同厚度条件下岩层的破断模... 掌握岩层的破断运动规律对于采场矿压控制及强矿震等动力灾害防控意义重大。薄岩层与厚岩层的破断模式具有显著的差异性,并在生产实践中由于地层地质条件的复杂性,岩层厚度表现为“变厚度”特征。为统一分析不同厚度条件下岩层的破断模式,以内蒙古母杜柴登煤矿30202工作面为研究背景,建立了采场变厚顶板岩层结构力学模型,分析了岩层厚度斜率、岩层悬露长度以及岩层力学强度等因素对岩层破断模式的影响机制,揭示了岩层不同破断模式的力学机理。结果表明,随着岩层厚度斜率的增加,岩层所受主导应力由拉应力向剪应力转变,使得岩层破断模式由“拉裂破断”向“剪切断裂”转变;岩层的悬露长度随着抗拉强度和抗剪强度的增加而增加,并在不同的岩层厚度斜率下呈现不同的增加趋势。基于此,结合数值模拟试验得到在30202工作面地质条件下,厚硬岩层破断模式由“拉裂破断”向“剪切断裂”转变的岩层临界厚度约为16.5 m,揭示了具体地质条件下不同厚度岩层破断模式的差异性,并基于微震监测的震源破裂机制响应规律以及厚硬岩层破断所成结构进行了验证分析。同时根据现场微震监测数据和厚硬岩层破断所成结构的关联性,通过反演分析厚硬岩层下采场覆岩结构演化与矿震活动的全过程,得到了岩层不同破断模式与能量释放的关系。研究成果可为采场矿压控制及动力灾害防治提供理论与技术支持。 展开更多
关键词 变厚顶板岩层 结构力学模型 破断模式 微震事件 能量释放
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