• 学报2020年第1期引用格式

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  • 采矿与岩层控制工程学报2020年第1期全本

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  • 煤矿智能化开采模式与技术路径

    王国法1,2,庞义辉1,2,任怀伟1,2

    基于煤矿智能化发展现状与要求,系统阐述了煤矿智能化开采模式的定义、技术内涵与特征。针对不同煤层赋存条件,提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人机协同高效综采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种煤矿智能化开采模式。根据截割工艺、工序与装备的差异,将薄及中厚煤层智能化无人开采模式细分为刨煤机智能化无人开采模式、滚筒采煤机智能化无人开采模式,详细阐述了滚筒采煤机定位导航与智能调高技术、半截深高速截割工艺等薄及中厚煤层智能化开采模式关键技术。分析了大采高工作面智能化开采的主要技术瓶颈,论述了基于液压支架与围岩耦合关系的围岩智能耦合控制逻辑、重型装备群的分布式协同控制逻辑等大采高智能化开采模式关键技术。分析了放顶煤工作面与一次采全高工作面智能化开采模式的差异,提出了基于时序控制放煤、自动记忆放煤、煤矸识别放煤等智能化放煤控制逻辑与工艺流程。针对复杂煤层条件,提出了采用局部智能化开采降低工人劳动强度、提高作业环境安全水平的技术思路。

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  • 基于颗粒流的浅埋双煤层斜交开采地表裂缝发育特征

    侯恩科,从 通,谢晓深,魏江波

    陕北浅埋煤层开采引起地面塌陷严重影响了矿区生态环境,与浅埋单煤层开采相比,浅埋双煤层开采所导致的覆岩破坏、裂缝发育更为复杂。以柠条塔煤矿N1206和N1114典型工作面为研究对象,采用颗粒流方法对浅埋双煤层斜交开采的过程及其所致地表裂缝发育特征进行了模拟研究。研究结果表明:浅埋双煤层斜交开采煤柱所在区域的上行和下行裂隙密集发育;各工作面采毕地表下沉曲线呈现宽缓的“W”型;1-2煤采毕与2-2煤采毕裂缝发育速率比值为13~12,地表最大下沉量比值为17;开切眼及终采线位置附近裂缝密集且会导通至地表;地表最大下沉量位于工作面开切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面开切眼位置附近,左侧工作面采毕最大负向位移位于工作面终采线位置,右侧工作面采毕最大负向位移位于1-2煤右侧工作面靠近终采线位置。研究结果可为浅埋双煤层开采的相关研究与工程实践提供理论参考与实际借鉴。

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  • 油井套管对工作面矿压显现规律的影响研究

    肖 江1,2,郝强强1,2,张思达1,2,樊思威1

    针对双马煤矿4-1煤层I0104105综采工作面开采过程由废弃石油井所引发的一系列矿压显现问题,运用理论分析、相似材料模拟试验及现场实测的方法,对无套管和有套管2种情况下工作面矿压显现规律进行探究。以工作面覆岩结构及工作面液压支架承载力为研究对象,详细分析了覆岩破断规律和工作面周期来压规律。研究结果表明:无套管工作面周期来压强度低,顶板回转变形接触底板,形成支架-直接顶-底板铰接结构,降低了工作面支架阻力;有套管工作面中套管对覆岩有锚固作用,周期来压强度高、步距大,顶板回转变形没有接触底板,矿压显现较剧烈。在接近套管时液压支架阻力出现峰值,比无套管工作面高9.4%。

    2020年01期 013522页 [查看摘要][在线阅读][下载 1276K]
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  • 珲春河下近距离煤层开采及对河堤损害影响的研究

    李江华1,2,李宏杰1,2,李在春3,吴作启1,2

    河下采煤易造成的河堤下沉、堤防损坏,将导致河水外溢、河堤失稳,降低行洪能力,从而诱发安全事故。河下采煤应将资源开发利用与河流、河堤的防护协同开展。以珲春河下近距离煤层组开采为例,通过分析井田含水层与地表水的水力联系,得出井田第四系砂砾含水层、煤系风化带含水层与上部珲春河水力联系密切。煤层组顶板为中硬类型,岩石极易软化,泥岩遇水易膨胀、崩解,对裂隙有弥合作用。近距离煤层开采导水裂缝带最大高度为56.95 m,距珲春河较远,波及不到珲春河水体。为使珲春河、第四系砂砾含水层及古近系风化含水带不受开采的影响,在风化含水带下留设防水安全煤岩柱进行保水开采,经计算19b,20煤保水开采上限标高分别为-110,-134 m。采用概率积分法评价近距离煤层工作面相继开采对地表河堤的影响,结果表明,随着采动工作面的增多,采动范围的扩大,河堤下沉范围增大。河堤的最大水平变形值为3.4 mm/m,在允许变形范围之内。但由于受采动影响,河堤局部范围出现一定的沉降,最大下沉值为2.61 m,低于历年最高洪水位,为此提出开采期间河堤的防护措施,可对我国河下近距离煤层开采及河堤防护提供参考。

    2020年01期 013538页 [查看摘要][在线阅读][下载 1218K]
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  • 考虑时间效应的采空区顶板稳定性分析

    汪 杰1,2,张 超1,2,郑 迪1,2,宋卫东1,2,纪晓飞3

    根据红岭铅锌矿采场顶板受力特征,基于Reissner厚板理论,建立了采场顶板的厚板力学模型;根据顶板不同边界条件,推导了固支和简支两种条件下顶板内部最大应力、弯矩和挠度方程;基于Kachanov蠕变损伤理论,构建了采场顶板蠕变损伤模型,并对采场顶板损伤失稳时间进行了深入分析。结果表明:固支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在四边中点处,即四边中点处首先出现损伤,由蠕变损伤模型可知,长边中点损伤孕育时间为110.32 d,短边中点损伤孕育时间为121.19 d,之后损伤逐渐向外侧扩展;简支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在顶板中心处,此时中点处损伤孕育时间为49.89 d,应在此时间之内充填采空区保证顶板稳定性。工程实例分析表明,顶板损伤孕育时间与顶板厚度呈正比关系、与上覆岩层压力呈反比关系,即顶板越厚,损伤孕育时间越长,上覆岩层压力越大,损伤孕育时间越短。

    2020年01期 013011页 [查看摘要][在线阅读][下载 1391K]
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  • 基于离散元方法的深部巷道层状围岩稳定特性研究

    苏士龙1,杜 跃2,朱俊福2,张 力2,赵振龙2,孟 波2

    采用块体离散元方法UDEC,通过细观参数校核及无支护状态的宏观物理-数值模型对比,建立了深部层状围岩巷道模型,分析了4种支护方式对深部巷道层状围岩体承载特性及变形破坏特征的影响。在块体离散元巷道模型基础上,为进一步研究深部矩形巷道层状围岩体承载能力,通过监测模型内部的应力、塑性区分布及顶底板和两帮位移,对不同支护方式的压力拱成拱特性进行了分析。研究结果表明:不同支护方式下深部巷道顶底板及两帮围岩均出现了应力集中区,采用锚杆+锚索+喷射混凝土+工字钢支护后巷道表面收敛程度及围岩的位移均最小,支护效果最明显,对围岩的控制效果最好。研究结果可为实际工程中的矩形巷道层状围岩稳定性控制提供参考。

    2020年01期 [查看摘要][在线阅读][下载 2337K]
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  • 深井巷内预制充填体切顶无煤柱开采技术研究

    杨光辉,王 开,张小强

    针对目前深井高地应力开采环境复杂、煤炭资源采出率低等问题,提出了巷内预制充填体切顶无煤柱开采技术,以山西某矿21214工作面运输巷为研究对象,通过理论分析以及数值模拟仿真方法确定切顶参数、预制充填体合理宽度,并结合工程实例进行了可行性研究,按照设计的施工工艺和参数在21214工作面进行了实施。现场观测结果表明,巷内预制充填体切顶无煤柱开采技术实践效果显著,巷道顶底板最大位移量为120 mm,实体煤帮位移量为145 mm,巷道围岩变形量能够得到很好地控制。

    2020年01期 013038页 [查看摘要][在线阅读][下载 640K]
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  • 含瓦斯抽放钻孔沿空掘巷窄煤柱合理宽度研究

    李 尧1,杜 刚1,2

    以石泉煤业30108综放工作面轨道巷沿空掘巷为背景,通过理论分析计算了最小煤柱宽度,并采用UDEC软件对不同区域——钻孔段、钻孔延伸段(合称钻场内)、不布置钻孔段内不同宽度(5~20 m)煤柱下的弹塑性区和垂直应力分布进行模拟,从而分析了不同条件下围岩稳定性与煤柱承载能力。研究结果表明:① 根据岩体极限平衡理论,煤柱最小宽度为8.94 m;② 在数值模拟中,煤柱宽5,6 m时,3种煤柱内的大部分区域处于破坏状态;煤柱宽10 m以上时,钻场内煤柱顶底板剪切破坏区域相互贯通;在钻场延伸段8,9 m的煤柱应力集中较10 m的明显,在钻场内7~9 m的煤柱边缘拉伸破坏区域较10 m的大。综合理论分析和数值模拟结果,建议煤柱宽度应选为10 m。现场实践验证了煤柱宽度的合理性,并取得了显著的经济效益。

    2020年01期 013007页 [查看摘要][在线阅读][下载 6260K]
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  • 冲击地压煤层水力扩孔掏槽防冲试验研究

    夏永学1,2,鞠文君1,2,苏士杰3,陆 齐1,2,丁国利3,苏 波1,2,陈志杰1,2

    分析了煤层水力扩孔掏槽的防冲机理,研究表明水射流作用在煤岩体表面的内应力与射流压力和喷嘴的直径有关,高压水通过极小射流孔后可形成强大动能对煤岩体表面形成冲击破坏。采用旋转射流器持续冲击煤岩钻孔表面,促使孔壁破坏深度不断增加,同时利用水射流将切割下来的煤渣带出孔外,可使应力集中区内形成体积远大于原卸压孔的巨型空洞,为矿山压力释放提供足够的卸压空间。开发了扩槽孔和排渣孔分离的双孔布置掏槽技术,有效地解决了排渣、卡钻问题,通过对现场3个测点的试验研究表明,掏槽后的空洞大小可达到150 mm钻孔的45~60倍,其有效卸压半径能达到4 m以上。该技术可显著降低巷道冲击致灾隐患。

    2020年01期 013022页 [查看摘要][在线阅读][下载 669K]
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  • 分布式光纤监测的采动断层活化特征实验研究

    张丁丁1,2,李淑军1,张 曦1,杨玉玉1,柴 敬1,2

    为了研究采动影响下断层活化规律,利用分布式光纤传感技术对工作面推进过程中断层面的应力状态进行监测。采用物理相似模型模拟工作面从上、下盘向断层推进的过程,制作2个岩性参数和断层构造相同、推进方向相反的相似材料模型,模型中埋入垂直、倾斜传感光纤,获得了断层面的应力变化、采场覆岩变形以及断层相对滑移实验数据。实验结果表明,工作面从下盘向断层推进时,引起断层面的附加剪应力集中程度远大于工作面上盘推进时,约为上盘推进时的2.2倍;断层面上部岩层先于下部受到工作面采动影响;下盘推进先于上盘推进发生断层活化失稳危险,断层活化失稳危险性最高时工作面与断层距离约为上盘推进时的1.8倍。利用分布式光纤传感技术验证了相比上盘推进,下盘推进时采动影响下断层更易活化的理论推理。断层区域工作面优先布置在上盘,有利于矿压控制,保证安全高效开采。

    2020年01期 013018页 [查看摘要][在线阅读][下载 2292K]
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  • 正断层存在的地表沉陷特殊性规律研究

    徐乃忠1,2,3,高 超1,2

    工作面周边存在较大断层时,一般采用留设断层保护煤柱法,使覆岩移动不直接影响到断层。为分析受正断层影响的地表移动变形规律,通过工作面开采前后地表裂缝与房屋墙体裂缝损坏的现场调查,发现位于常规沉陷影响边界之外至断层露头范围内仍有平行于断层走向的地表裂缝及墙体裂缝性损害;应用FLAC3D模拟研究了正断层影响下的上盘煤层开采时地表沉陷特征及断层带应力变化特征。结果表明:受开采扰动影响的断层带附近原始构造应力得到释放并产生一定变形,反映至地表为非对称性的偏态下沉;建筑物下伏岩层有较大断层时,应在边界角法或沉陷预计法留设地面建筑保护煤柱的基础上,考虑留设合理宽度的断层安全煤柱;同时提出断层带周边的应力变化可作为断层受开采沉陷影响与否的判定依据。

    2020年01期 011007页 [查看摘要][在线阅读][下载 980K]
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