• 《采矿与岩层控制工程学报》2022年第1期全本

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  • 厚煤层沿空巷道主动式超前支护技术与实践

    姚强岭;朱贵伟;郑闯凯;李学华;王烜辉;徐强;

    我国煤矿回采工作面综合机械化水平显著提高并向自动化、少人化与智能化发展,在保障煤炭回采安全性与生产效率的同时,对两巷超前段支护模式提出了新的要求。以枣庄矿区高庄煤矿3_上705不规则工作面辅助运输巷为研究对象,提出了厚煤层沿空巷道主动式超前支护技术思路:巷道掘进期间,基于围岩结构松动圈发育规律对巷道围岩质量进行评估,并结合巷道地质条件设计锚杆(索)主动式超前支护技术参数;工作面回采期间,对试验巷道的矿压显现规律进行动态监测,对围岩松动圈发育程度进行量化分析,验证支护思路的技术可行性。工程应用结果表明:巷道顶板最大移近量为137 mm,两帮最大移近量为452 mm,锚索受力变化量最大为56 kN;主动式超前支护可显著提高围岩结构完整性。该主动式超前支护技术一方面确保了高庄煤矿3_上705工作面回采期间安全,降低了工人劳动强度,并对类似条件下回采巷道超前段支护模式选择具有参考价值;另一方面进一步完善与丰富了煤矿智能化开采技术内涵,利于实现煤炭资源的安全高效可持续开发。

    2022年01期 v.4;No.10 5-15页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 741K]
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  • 浅埋煤层群不同煤柱错距覆岩结构演化规律及煤柱稳定性分析

    杜君武;黄庆享;

    针对浅埋煤层群下部煤层开采时区段煤柱稳定性差和覆岩不均匀沉降等问题,综合采用物理模拟、UDEC数值计算和理论分析相结合的方法,研究了不同区段煤柱错距的覆岩垮落特征、煤柱应力分布特征和地表损害规律,揭示了上部"采空区-遗留煤柱-采空区"的结构演化特征,分析了不同错距时下部煤层区段煤柱的稳定性,给出下部煤层区段煤柱留设位置的优选原则。研究结果表明:下部煤层区段煤柱应力分布及稳定性主要受上部煤层遗留煤柱和间隔岩层协同作用影响;受上部煤层遗留煤柱影响,间隔岩层存在开始破断和完全破断2种临界状态;下部煤层区段煤柱处于上述2种临界状态之间时,覆岩不均匀破坏减弱,地表呈"近平锅底状"下沉盆地。同时,煤柱应力峰值明显减小,安全系数大于1.0,煤柱较稳定。研究结果可为浅埋煤层群下部煤层巷道减压和地表减损提供参考。

    2022年01期 v.4;No.10 16-24页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2914K]
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  • 基于动压巷道围岩控制的临空侧顶板压裂释能参数确定

    余鑫;边俊奇;刘长友;

    为解决煤矿动压巷道围岩控制问题,针对斜沟煤矿18106工作面地质及生产技术条件,分析了强动压巷道的显现特征与影响因素,建立了临空顶板悬臂梁力学模型,得出了临空顶板积聚弯曲弹性能与煤柱峰值应力关系式,结果表明:悬顶积聚能量与煤柱应力随着坚硬顶板的厚度与抗拉强度的增大而增大,随着坚硬顶板弹性模量的增大而减小;分析了顶板压裂厚度对煤柱峰值应力的影响,确定了顶板压裂厚度为10 m。提出了水力压裂方案,并开展了水力压裂现场应用。现场试验结果表明:压裂后顶板出现大量裂缝,悬顶长度减小,临空巷道围岩变形得到了较好地控制。

    2022年01期 v.4;No.10 25-34页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 870K]
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  • 双主动超前爆破预制顶板裂隙断顶卸压护巷技术

    高晓进;张震;徐刚;黄志增;海永夫;

    针对软岩巷道受采动应力长时间高压影响易发生围岩大变形的问题,以风水沟煤矿典型软岩矿井胶带巷为工程背景,采用现场调研、围岩应力及变形监测、数值模拟等手段,分析了软岩动压巷道围岩变形机制。从巷道顶板深部阻断应力传递路径、浅部高强支护角度出发,提出了软岩高应力巷道双主动超前断顶卸压+U型钢支架配合锚索高强支护协同控制技术。在5煤胶带巷未受工作面动压影响前,通过实施煤柱顶板深部长短孔爆破、浅部锚索高强支护方案,优化了巷道围岩应力环境,提高了围岩稳定性。基于围岩应力、电磁波CT、钻孔窥视、围岩位移等监测手段,开发了以保护巷道顶板浅部围岩、破坏深部围岩的综合成套监测技术体系,保证了双主动超前卸压护巷效果。

    2022年01期 v.4;No.10 35-42页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1538K]
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  • 采动覆岩全场变形演化过程分布式光纤监测研究

    朱磊;古文哲;柴敬;马哲;秋丰岐;

    以龙王沟煤矿61601综放工作面为背景,采用分布式光纤传感技术,研究了覆岩变形分布式光纤监测方法,分析了光纤应变曲线变化与采场覆岩变形、破坏、移动过程的对应关系,探讨了采场覆岩导水裂隙带高度和岩层破断角动态发育过程及机理。研究结果表明:光纤应变曲线的变化揭示了各回采阶段上覆岩层的变形过程,曲线的形态主要与光纤和工作面的相对位置以及关键层破断过程有关;垂直光纤应变曲线呈台阶状,凸台位于"三带"交界处,其位置变化代表垮落带和裂隙带高度发育过程;水平光纤应变曲线在模型两侧破断线位置呈双峰状,间距不断变化,表明岩层破断角在采动过程中是动态变化的;通过光纤应变曲线获得导水裂隙带和岩层破断角的动态发育过程,导水裂隙带最终发育至地表,开切眼侧和工作面侧岩层破断角分别为67.6°和65.8°。试验结果可为类似条件下采场覆岩变形移动规律的研究提供参考。

    2022年01期 v.4;No.10 43-50页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1615K]
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  • 综放开采矿压显现与瓦斯运移响应规律

    翟景辉;任帅;王方田;毕寸光;牛滕冲;李哲;

    高瓦斯厚煤层综放工作面矿压显现剧烈,易对瓦斯释放、运移造成影响,为探究其内在联系,以主焦煤矿2303工作面地质生产条件为工程背景,建立了综放工作面顶板破断模型,计算结果表明,顶板首先在采空区中部发生破断,后在煤壁上方垮落;UDEC模拟结果表明,初次来压及周期来压步距分别为30,20 m,超前应力达到39.8 MPa后趋于稳定,集中系数为2.46,塑性区高度、宽度分别为100.2,168.7 m。实测数据显示工作面基本顶在31.0~32.2 m时初次破断,来压时支架应力为37.9~38.6 MPa,集中系数为2.33~2.38;工作面上、下部来压强度较大,中部来压强度较小。正常开采期间管道内瓦斯浓度及压力逐渐趋于稳定,管道内瓦斯浓度为6.0%~16.1%,瓦斯压力为13.0~18.2 k Pa;来压期间抽采管道内瓦斯浓度为23.0%~24.6%,瓦斯压力为25.9~27.8 kPa。瓦斯的析出、运移和矿压显现呈周期性起伏,工作面瓦斯压力和浓度峰值滞后工作面顶板来压平均距离为1.0~1.1 m。据此规律,对瓦斯抽采布置进行优化,加强上隅角、采空区垮落带及裂隙带瓦斯抽采工作,保证工作面安全开采。

    2022年01期 v.4;No.10 51-59页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 1674K]
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  • 微波照射后花岗岩动力响应及破碎特征

    朱清耀;戴俊;贠菲菲;翟惠慧;张敏;冯立人;

    利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对微波加热后的湖北麻山花岗岩进行动态冲击压缩试验,研究了不同含水状态下花岗岩动态力学性质及破碎特征,对比分析了不同微波加热参数对其力学性能的影响,揭示了微波对花岗岩强度弱化的作用机制。研究结果表明:当微波功率小于2.6 kW时,岩石强度降低是由微波生热及岩石内部水分共同作用造成的;当微波功率大于2.6 kW时,热的劣化占主导作用。花岗岩试件在达到应变均匀变化状态时所需时间较长,因此可认为是在近似恒应变率下进行的冲击压缩试验;在一定微波照射功率范围内,花岗岩动态峰值应力随着冲击气压的升高呈增大趋势,且冲击气压每增加0.05 MPa,岩石强度提高10%~20%;在一定微波照射功率范围内,花岗岩动态抗压强度折减程度远小于其静态抗压强度折减程度;在微波加热和荷载的共同作用下,岩石多为轴向拉伸及压碎破坏,且随着微波加热功率及荷载的增大,花岗岩破坏程度增大,碎块愈加细致且均匀。

    2022年01期 v.4;No.10 60-72页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 801K]
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  • 固体充填开采中的矸石粒径级配优化试验

    肖博;王宇轩;王梓旭;易辉;

    针对原生矸石级配较差、在固体充填过程中压缩量大、充实率低等问题,采用理论计算、实验室试验和数值模拟等研究方法,对固体充填开采中矸石粒径级配优化进行了研究。通过分析应变随级配系数的变化规律,得到4种变形最小的级配组合。进一步分析压实破碎前后粒径变化规律和变形模量与应力之间的关系,得出级配组合为D=30 mm,n=0.3时,压实破碎程度最高,变形模量最大。分析数值模拟的固体充填效果得出:以优化级配后的矸石做充填体可以提供更好的围岩应力场和位移场;当D=30 mm,n=0.3时,基本顶下沉量最小,其值比原始级配下降25.3%,煤壁应力峰值最小,充填体支撑效果最好。河沙对细矸有替代性,可有效降低矸石破碎成本。

    2022年01期 v.4;No.10 73-80页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 5020K]
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  • 融合改进YOLOv3与三次样条插值的煤岩界面识别方法

    孙传猛;王燕平;王冲;许瑞嘉;李新娥;

    YOLOv3是一种兼具检测精度与速度的深度学习目标检测算法。针对煤矿智能化开采的关键技术瓶颈——煤岩界面识别难题,利用深度可分离卷积改进YOLOv3算法,有效提升煤岩界面识别的精度和效率;针对煤岩界面连续和贯穿的特点导致的传统目标检测评测指标无法准确评价算法识别准确性的问题,建立了新的煤岩界面识别准确性评测指标;利用三次样条插值算法对煤岩界面识别预测框中点进行拟合,获得了接近真实的煤岩界面曲线。相关试验结果表明,改进YOLOv3的训练参数规模减少了约80%,测试时间减少了约5%;采用新的评测指标,在x和y方向上的准确率分别提高了5.85%和16.99%;提取的煤岩界面曲线较真实值误差控制在4.1%以内。

    2022年01期 v.4;No.10 81-90页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 777K]
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  • 基于Sentinel-2的荒漠化矿区生态环境监测

    吴群英;苗彦平;陈秋计;侯恩科;李继业;

    随着我国能源战略西移,西部荒漠化地区正成为重要的煤炭生产基地。快速准确地获取矿区生态环境信息,为绿色矿山及区域生态文明建设提供数据支撑,成为当前迫切需要解决的关键问题之一。以榆林某矿区为研究范围,基于当前空间分辨率较高的民用卫星Sentinel-2数据,通过波段运算、缨帽变换等方法,提取研究区土壤亮度指数(SBI)、植被绿度指数(GVI)、湿度指数(WET)等生态环境因子,选择综合指数法计算遥感生态指数(RSEI),监测研究区2016—2019年的生态环境质量变化。研究结果表明该矿区的RSEI值较低,总体生态环境质量较差;矿山建设与开发导致局部地区生态环境出现退化,需要在绿色矿山建设中采取有针对性的措施,减少土地损害,提升矿区植被覆盖度。所提出的信息提取方法及评价模型方便快捷,可以为大范围的矿区可持续发展提供有效的技术支撑。

    2022年01期 v.4;No.10 91-98页 [查看摘要][在线阅读][HTML全文][下载 2579K]
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