• 采矿与岩层控制工程学报2020年第2期全本

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  • 学报2020年第2期引用格式

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  • 煤炭开采与岩层控制的空间尺度分析

    康红普1,2,3

    论述了煤炭开采与岩层控制研究中涉及到的不同空间尺度,从全球尺度到煤体中的纳米级微孔隙。包括全球煤炭资源、煤田、矿区与井田、采掘钻空间、岩石力学试验、煤岩组分与结构、支护与加固材料组分及结构的尺度分布。介绍了不同尺度范围内煤炭开采与岩层控制的主要研究内容及研究方法。指出煤炭开采与岩层控制研究的空间尺度集中分布在10-10~107 m之间,跨17个数量级。不同尺度研究的重点内容不同,研究方法也不同。岩层控制中的一些岩层结构只能出现在一定尺度内。巷道与采场顶板中形成的梁、拱、层、壳等结构的尺度一般为10-1~102 m,远离这些尺度,岩层结构无法形成。岩层控制研究中,有些问题,如软岩遇水软化和膨胀,煤层的渗透性等必须从微观尺度开始研究;有些问题,如研究巷道和采场周围应力场与位移场分布,一般只需了解煤岩层的宏观物理力学性质即可;而还有些问题,如岩石的破裂,需从微观到宏观不同尺度进行研究。目前,从宏观、细观到微观的多尺度研究方法已在煤炭开采与岩层控制研究中得到广泛应用,不同尺度之间的相互联系非常重要。

    2020年02期 023538页 [查看摘要][在线阅读][下载 26871962]
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  • 特厚煤层重复开采覆岩与地表移动变形规律研究

    胡青峰1,2,崔希民3,刘文锴1,2,马唐敬4,耿浩然2

    为研究大同矿区特厚煤层重复开采覆岩与地表沉陷问题,以塔山煤矿8103和8104工作面的地质采矿条件为工程背景,沿倾向主断面建立了二维相似材料模型。反演分析了仅开采上覆侏罗系煤层时覆岩沉陷规律、两煤层重复开采时覆岩沉陷规律、离层发育规律、煤柱群垮塌规律以及地表塌陷规律,揭示了该地质采矿条件下覆岩与地表沉陷机理。研究结果表明:采用刀柱式采煤法开采侏罗系煤层,上覆岩层未发生显著的破坏和变形;在特厚煤层重复采动影响下,覆岩以一定的角度向上垮落和裂隙发育,当侏罗系煤层采空区受到下组煤开采扰动时,采空区中煤柱群受扰损伤,支撑能力降低,导致其上覆岩层沉陷加剧,在弯曲下沉带上方形成新的导水裂缝带,覆岩沉陷呈现“四带”发育特征。结合实测数据,分析了工作面沿倾向方向地表移动变形规律,基于Origin 8.0平台和概率积分法进行了二次开发,对倾向观测线上山方向实测下沉数据进行了拟合求参,获取了部分概率积分预测参数。研究结果可对大同矿区开采沉陷治理工程提供参考。

    2020年02期 023021页 [查看摘要][在线阅读][下载 972422]
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  • 基于层次分析法的软岩巷道支护方案优化及应用研究

    王羽扬1,刘 勇1,王 沉1,2,韩连昌3,冷光海3

    针对土城煤矿运煤上山围岩软弱变形及控制困难的问题,通过现场调研、理论分析、数值模拟等研究手段,揭示软岩巷道的变形破坏特征及破坏原因,认为围岩强度低、自承载能力差、支护设计不合理、复杂应力环境及水力侵蚀作用是巷道失稳变形的主要原因。基于此运用层次分析法建立评价指标体系,提出两种工程类比支护方案,采用FLAC3D模拟两种支护方案的支护效果,最终得出“锚杆索网+灌浆+U型钢”支护方案能够满足顶板及两帮移近量要求。后期现场监测结果表明:新优化方案对巷道围岩整体变形的控制满足预期,45 d后收敛稳定,收敛速率小于0.5 mm/d,整体移近量低于70 mm,满足巷道支护要求,支护效果良好。

    2020年02期 023037页 [查看摘要][在线阅读][下载 5086669]
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  • 受动压影响巷道围岩松动圈测试及支护技术研究

    赵庆冲,付宝杰

    为防止在动压影响下,潘二矿11123工作面开切眼下方的部分底抽巷( 承担胶带运输任务 )的变形失稳。11123工作面初次来压后,在原锚网索支护基础上,采用增加注浆锚索的方式对巷道进行补强加固,并用地质雷达测试巷道围岩松动圈的厚度,以判断支护方案的可行性。地质雷达探测结果表明:第1次测量( 工作面推进50 m时 )、第2次测量( 工作面推进90 m时 )、第3次测量( 工作面推进150 m时 ),松动圈的厚度发育较为迅速;第4次( 工作面推进200 m时 )、第5次( 工作面推进200 m时 )和第3次测量相比,松动圈厚度趋于稳定;底抽巷所形成的松动圈厚度在1.3 m左右,属于中小松动圈,加强支护效果可以满足安全生产的要求。

    2020年02期 023031页 [查看摘要][在线阅读][下载 8445713]
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  • 膨胀软岩顶板回采巷道支护技术研究

    王 普1,张百胜1,王 磊1,林雪瑶1,宋小飞1,郭俊庆2

    膨胀型软岩巷道易变形破坏乃至冒顶,其关键问题是机理认识不清以及支护方案不当。以李家楼煤矿1202轨道巷为背景,采用室内试验、现场实测、理论分析与数值模拟等方法研究了膨胀软岩巷道的冒顶机理及其支护优化方法。研究结果表明:( 1 )1202轨道巷顶板2~4 m有泥岩,泥岩中黏土矿物含量高达70%,其中蒙脱石含量高达25%,因此泥岩极易遇水崩解;( 2 )膨胀软岩巷道冒顶原因为:直接顶有软弱夹层+强降雨与空气潮湿+支护方式不合理,且支护参数较弱;( 3 )膨胀软岩巷道的新型支护方式为:锚杆+金属网+钢筋梯子梁+锚索补强联合支护,应提高其预紧力与锚固力,防止直接顶离层以及基本顶悬吊作用的拉力不够。现场监测发现,随着工作面的推进,巷道顶板总离层量最大为12 mm,围岩稳定性较好。

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  • 基多次采动巷道围岩变形演化规律及支护技术研究

    张 天,王逸良

    为探究多次采动下巷道围岩的变形演化规律,解决巷道围岩大变形问题,以山西襄垣七一新发煤业5101工作面回风巷为工程背景,采用现场调研、数值模拟和工业性试验相结合的方法,对多次采动期间巷道围岩变形及塑性区演化规律进行研究,结果表明:随着采动影响的加剧,巷道围岩变形量增加且所占总变形量比重增加,并呈现明显的非对称变形;巷道围岩塑性区破坏深度延伸,破坏面积加大且巷道右帮塑性破坏区扩展最为明显,其塑性破坏规律大致呈:“巷道右肩角处→巷道右底角处→巷道右帮中部”的动态扩展过程。基于巷道围岩变形特征及规律提出支护方案,现场工业性试验结果表明,支护方案合理,巷道变形满足工作面开采需要,研究结果可为类似地质条件下巷道围岩控制提供借鉴。

    2020年02期 023016页 [查看摘要][在线阅读][下载 807992]
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  • DIC在相似材料模型中的裂隙检测

    柴 敬1,2,欧阳一博1,张丁丁1,2

    为定量描述上覆岩层中裂隙的产生及发育,利用数字图像相关技术( DIC )在相似材料模型中进行了裂隙检测。通过定量研究散斑图案质量及DIC计算参数对检测效果的影响,针对模型局部非均匀变形,提出了子区大小选择的双参数阈值法,确定了裂隙检测所用的子区大小,并合理选择子区间距。然后使用数码相机采集1 200 mm×1 000 mm×50 mm( 长×高×宽 )的二维平面相似材料模型表面的散斑场,获取模型目标图像的应变场和位移场,得出了裂隙产生的位置、张开度和长度等定量特征,并与全站仪同步量测数据进行对照。试验表明,采用子区边长40像素和子区间距10像素的测试参数,得出了该模型3条裂隙的存在及其发育信息,验证了双参数阈值法的可靠性;随着裂隙的逐渐发育,应变局部化带由模糊到清晰,应变曲线分布特征由单峰到双峰,位移曲线逐渐呈阶梯状分布,可从应变场局部化带长度快速估计裂隙发育长度;DIC测量结果与全站仪测量结果的最大相对误差为7.73%。DIC测量系统既能有效地检测裂隙,又能达到较高测量精度。研究结果为进一步应用DIC研究相似材料模型变形提供了试验基础。

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  • 钻孔测井技术探测覆岩结构及其关键层判识

    刘垚鑫1,2,高明仕1,2,3,赵华山4,何双龙4,李振国1,2,张志聪1,2

    关键层对采场覆岩运动起主要控制作用,其破断对工作面矿压显现有较大影响。为了探测工作面顶板覆岩结构并判别覆岩运动中的关键层,基于随钻测振数据与岩石强度耦合关系,在山寨煤矿井下有代表性位置采用钻孔取芯、钻孔窥视、随钻测振3者相结合的方法,通过钻孔窥视和岩样力学试验得到岩石岩性及其强度的精准探测结果,并对钻杆的振动能量与岩石强度进行拟合分析,建立了相关岩体结构识别模型,最终对覆岩中的关键层进行判别。结果表明:岩石静、动弹性模量以及抗压强度3种力学参数都分别与测振能量呈正相关关系,由此可应用KSPB软件对煤层顶板覆岩进行关键层精准判别。

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  • YOLOv2在煤岩智能识别与定位中的应用研究

    张 斌1,苏学贵1,2,段振雄1,常立宗1,王福周1

    综采工作面煤层走向复杂,采用“一刀切”的开采方法会加速滚轮截齿的磨损,同时开采效率也大幅降低,对煤岩的精准识别是解决此类问题、实现智能开采的关键。将基于回归方程的深度学习目标检测算法YOLOv2与线性成像模型相结合并通过该算法对井下采集煤岩图像进行了智能识别与定位,同时与Faster R-CNN,SSD对煤岩图像的识别结果进行了对比。结果显示YOLOv2对煤岩的识别精度达到了78%,检测速度达到了63 frame/s,与Faster R-CNN,SSD相比精度高出7.7%,4.7%,而检测速度高出763%,40%;在矿井测量坐标系中YOLOv2标定的煤层边界框角点的计算坐标与实测坐标相比相对误差在3.0%~4.5%之间,相对误差较小,不会对采煤效率产生影响。研究结果表明,YOLOv2可以对煤岩进行准确快速的识别。

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  • 基于有限元与实测数据的掘进机回转台振动特性分析

    陈建伟

    为探索掘进机振动特性的可靠分析方法,针对掘进机回转台因长期承受较大多变应力-应变而发生断裂的情况,研究了掘进机回转台的振动特性分析方法。将井下实测数据与仿真模型相结合,通过有限元软件,采用软件建模与实际载荷输入结合的方法,对掘进机回转台的振动特性进行分析。首先完成其在截割过程中的受力分析;并通过Pro/E与ADAMS建立掘进机回转台有限元模型,并对掘进机在巷道掘进过程中的载荷数据进行采集,将数据进行选取、处理与组合建立仿真载荷并将其导入模型,得到最接近实际工况的有限元模型;然后通过ADAMS进行振动模态分析,求解了掘进机回转台的前6阶固有频率、振型及振动响应的功率谱密度,同时开展了掘进机回转台的模态试验进行对比。结果表明,该分析方法与试验结果在振型与各阶频率上均保持一致,平均偏差仅为11.83%,最小偏差仅为为2.41%,并分析了出现偏差的原因,证明其可以对掘进机回转台结构修改与动力特性改善提供参考依据。

    2020年02期 026032页 [查看摘要][在线阅读][下载 888722]
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