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采礦與巖層控制工程學報

期刊英文名:Journal of Mining and Strata Control Engineering

  《采礦與巖層控制工程學報》由康紅普院士擔任主編,國家煤礦安全監察局主管,煤炭科學研究總院主辦,天地科技股份有限公司開采設計事業部(煤炭科學研究總院開采研究分院)承辦,更名自《煤礦開采》,創刊于1991年。
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  • 采礦與巖層控制工程學
    采礦與巖層控制工程學
  • 作者(Author):張丁丁李淑軍張曦楊玉玉柴敬
    關鍵詞(KeyWords):正斷層分布式光纖傳感相似模擬實驗覆巖運動活化

    摘要:為了研究采動影響下斷層活化規律,利用分布式光纖傳感技術對工作面推進過程中斷層面的應力狀態進行監測。采用物理相似模型模擬工作面從上、下盤向斷層推進的過程,制作2個巖性參數和斷層構造相同、推進方向相反的相似材料模型,模型中埋入垂直、傾斜傳感光纖,獲得了斷層面的應力變化、采場覆巖變形以及斷層相對滑移實驗數據。實驗結果表明,工作面從下盤向斷層推進時,引起斷層面的附加剪應力集中程度遠大于工作面上盤推進時,約為上盤推進時的2.2倍;斷層面上部巖層先于下部受到工作面采動影響;下盤推進先于上盤推進發生斷層活化失穩危險,斷層活化失穩危險性最高時工作面與斷層距離約為上盤推進時的1.8倍。利用分布式光纖傳感技術驗證了相比上盤推進,下盤推進時采動影響下斷層更易活化的理論推理。斷層區域工作面優先布置在上盤,有利于礦壓控制,保證安全高效開采。 
  • 作者(Author):徐乃忠高超
    關鍵詞(KeyWords):開采沉陷正斷層偏態下沉應力變化斷層安全煤柱

    摘要:工作面周邊存在較大斷層時,一般采用留設斷層保護煤柱法,使覆巖移動不直接影響到斷層。為分析受正斷層影響的地表移動變形規律,通過工作面開采前后地表裂縫與房屋墻體裂縫損壞的現場調查,發現位于常規沉陷影響邊界之外至斷層露頭范圍內仍有平行于斷層走向的地表裂縫及墻體裂縫性損害;應用FLAC模擬研究了正斷層影響下的上盤煤層開采時地表沉陷特征及斷層帶應力變化特征。結果表明:受開采擾動影響的斷層帶附近原始構造應力得到釋放并產生一定變形,反映至地表為非對稱性的偏態下沉;建筑物下伏巖層有較大斷層時,應在邊界角法或沉陷預計法留設地面建筑保護煤柱的基礎上,考慮留設合理寬度的斷層安全煤柱;同時提出斷層帶周邊的應力變化可作為斷層受開采沉陷影響與否的判定依據。
  • 作者(Author):肖江郝強強張思達樊思威
    關鍵詞(KeyWords):油井套管礦壓顯現覆巖結構周期來壓

    摘要:針對雙馬煤礦4-1煤層I0104105綜采工作面開采過程由廢棄石油井所引發的一系列礦壓顯現問題,運用理論分析、相似材料模擬試驗及現場實測的方法,對無套管和有套管2種情況下工作面礦壓顯現規律進行探究。以工作面覆巖結構及工作面液壓支架承載力為研究對象,詳細分析了覆巖破斷規律和工作面周期來壓規律。研究結果表明:無套管工作面周期來壓強度低,頂板回轉變形接觸底板,形成支架-直接頂-底板鉸接結構,降低了工作面支架阻力;有套管工作面中套管對覆巖有錨固作用,周期來壓強度高、步距大,頂板回轉變形沒有接觸底板,礦壓顯現較劇烈。在接近套管時液壓支架阻力出現峰值,比無套管工作面高9.4%。
  • 作者(Author):夏永學鞠文君蘇士杰陸齊丁國利蘇波陳志杰
    關鍵詞(KeyWords):沖擊地壓水射流煤層卸壓擴孔掏槽防沖機理試驗研究

    摘要:分析了煤層水力擴孔掏槽的防沖機理,研究表明水射流作用在煤巖體表面的內應力與射流壓力和噴嘴的直徑有關,高壓水通過極小射流孔后可形成強大動能對煤巖體表面形成沖擊破壞。采用旋轉射流器持續沖擊煤巖鉆孔表面,促使孔壁破壞深度不斷增加,同時利用水射流將切割下來的煤渣帶出孔外,可使應力集中區內形成體積遠大于原卸壓孔的巨型空洞,為礦山壓力釋放提供足夠的卸壓空間。開發了擴槽孔和排渣孔分離的雙孔布置掏槽技術,有效地解決了排渣、卡鉆問題,通過對現場3個測點的試驗研究表明,掏槽后的空洞大小可達到150mm鉆孔的45~60倍,其有效卸壓半徑能達到4m以上。該技術可顯著降低巷道沖擊致災隱患。
  • 作者(Author):王國法龐義輝任懷偉
    關鍵詞(KeyWords):煤礦智能化開采模式開采工藝協同控制智能放煤

    摘要:基于煤礦智能化發展現狀與要求,系統闡述了煤礦智能化開采模式的定義、技術內涵與特征。針對不同煤層賦存條件,提出了薄及中厚煤層智能化無人開采模式、大采高工作面智能耦合人機協同高效綜采模式、綜放工作面智能化操控與人工干預輔助放煤模式、復雜條件機械化+智能化開采模式等4種煤礦智能化開采模式。根據截割工藝、工序與裝備的差異,將薄及中厚煤層智能化無人開采模式細分為刨煤機智能化無人開采模式、滾筒采煤機智能化無人開采模式,詳細闡述了滾筒采煤機定位導航與智能調高技術、半截深高速截割工藝等薄及中厚煤層智能化開采模式關鍵技術。分析了大采高工作面智能化開采的主要技術瓶頸,論述了基于液壓支架與圍巖耦合關系的圍巖智能耦合控制邏輯、重型裝備群的分布式協同控制邏輯等大采高智能化開采模式關鍵技術。分析了放頂煤工作面與一次采全高工作面智能化開采模式的差異,提出了基于時序控制放煤、自動記憶放煤、煤矸識別放煤等智能化放煤控制邏輯與工藝流程。針對復雜煤層條件,提出了采用局部智能化開采降低工人勞動強度、提高作業環境安全水平的技術思路。 
  • 作者(Author):汪杰張超鄭迪宋衛東紀曉飛
    關鍵詞(KeyWords):采空區頂板Reissner厚板理論撓度蠕變損傷損傷孕育時間

    摘要:根據紅嶺鉛鋅礦采場頂板受力特征,基于Reissner厚板理論,建立了采場頂板的厚板力學模型;根據頂板不同邊界條件,推導了固支和簡支兩種條件下頂板內部最大應力、彎矩和撓度方程;基于Kachanov蠕變損傷理論,構建了采場頂板蠕變損傷模型,并對采場頂板損傷失穩時間進行了深入分析。結果表明:固支條件下,頂板最大彎矩及應力出現在四邊中點處,即四邊中點處首先出現損傷,由蠕變損傷模型可知,長邊中點損傷孕育時間為110.32 d,短邊中點損傷孕育時間為121.19 d,之后損傷逐漸向外側擴展;簡支條件下,頂板最大彎矩及應力出現在頂板中心處,此時中點處損傷孕育時間為49.89 d,應在此時間之內充填采空區保證頂板穩定性。工程實例分析表明,頂板損傷孕育時間與頂板厚度呈正比關系、與上覆巖層壓力呈反比關系,即頂板越厚,損傷孕育時間越長,上覆巖層壓力越大,損傷孕育時間越短。
  • 作者(Author):蘇士龍杜躍朱俊福張力趙振龍孟波
    關鍵詞(KeyWords):塊體離散元巷道圍巖支護方案成拱特性

    摘要:采用塊體離散元方法UDEC,通過細觀參數校核及無支護狀態的宏觀物理-數值模型對比,建立了深部層狀圍巖巷道模型,分析了4種支護方式對深部巷道層狀圍巖體承載特性及變形破壞特征的影響。在塊體離散元巷道模型基礎上,為進一步研究深部矩形巷道層狀圍巖體承載能力,通過監測模型內部的應力、塑性區分布及頂底板和兩幫位移,對不同支護方式的壓力拱成拱特性進行了分析。研究結果表明:不同支護方式下深部巷道頂底板及兩幫圍巖均出現了應力集中區,采用錨桿+錨索+噴射混凝土+工字鋼支護后巷道表面收斂程度及圍巖的位移均最小,支護效果最明顯,對圍巖的控制效果最好。研究結果可為實際工程中的矩形巷道層狀圍巖穩定性控制提供參考。 
  • 作者(Author):李堯杜剛
    關鍵詞(KeyWords):窄煤柱寬度鉆孔數值模擬沿空掘巷圍巖穩定性

    摘要:以石泉煤業30108綜放工作面軌道巷沿空掘巷為背景,通過理論分析計算了最小煤柱寬度,并采用UDEC軟件對不同區域——鉆孔段、鉆孔延伸段(合稱鉆場內)、不布置鉆孔段內不同寬度(5~20 m)煤柱下的彈塑性區和垂直應力分布進行模擬,從而分析了不同條件下圍巖穩定性與煤柱承載能力。研究結果表明:① 根據巖體極限平衡理論,煤柱最小寬度為8.94 m;② 在數值模擬中,煤柱寬5,6 m時,3種煤柱內的大部分區域處于破壞狀態;煤柱寬10 m以上時,鉆場內煤柱頂底板剪切破壞區域相互貫通;在鉆場延伸段8,9 m的煤柱應力集中較10 m的明顯,在鉆場內7~9 m的煤柱邊緣拉伸破壞區域較10 m的大。綜合理論分析和數值模擬結果,建議煤柱寬度應選為10 m。現場實踐驗證了煤柱寬度的合理性,并取得了顯著的經濟效益。 
  • 作者(Author):侯恩科從通謝曉深魏江波
    關鍵詞(KeyWords):淺埋煤層雙煤層斜交開采地表裂縫地面塌陷顆粒流

    摘要:陜北淺埋煤層開采引起地面塌陷嚴重影響了礦區生態環境,與淺埋單煤層開采相比,淺埋雙煤層開采所導致的覆巖破壞、裂縫發育更為復雜。以檸條塔煤礦N1206和N1114典型工作面為研究對象,采用顆粒流方法對淺埋雙煤層斜交開采的過程及其所致地表裂縫發育特征進行了模擬研究。研究結果表明:淺埋雙煤層斜交開采煤柱所在區域的上行和下行裂隙密集發育;各工作面采畢地表下沉曲線呈現寬緩的“W”型; 1-2煤采畢與2-2煤采畢裂縫發育速率比值為1:3~1:2,地表最大下沉量比值為1:7;開切眼及終采線位置附近裂縫密集且會導通至地表;地表最大下沉量位于工作面開切眼位置附近,地表最大水平正向位移位于工作面開切眼位置附近,左側工作面采畢最大負向位移位于工作面終采線位置,右側工作面采畢最大負向位移位于1-2煤右側工作面靠近終采線位置。研究結果可為淺埋雙煤層開采的相關研究與工程實踐提供理論參考與實際借鑒。 
  • 作者(Author):楊光輝王開張小強
    關鍵詞(KeyWords):深井高地應力切頂卸壓充填體無煤柱開采

    摘要:針對目前深井高地應力開采環境復雜、煤炭資源采出率低等問題,提出了巷內預制充填體切頂無煤柱開采技術,以山西某礦21214工作面運輸巷為研究對象,通過理論分析以及數值模擬仿真方法確定切頂參數、預制充填體合理寬度,并結合工程實例進行了可行性研究,按照設計的施工工藝和參數在21214工作面進行了實施。現場觀測結果表明,巷內預制充填體切頂無煤柱開采技術實踐效果顯著,巷道頂底板最大位移量為120 mm,實體煤幫位移量為145 mm,巷道圍巖變形量能夠得到很好地控制。
  • 作者(Author):李江華李宏杰李在春吳作啟
    關鍵詞(KeyWords):河下采煤近距離煤層保水開采河堤防護

    摘要:河下采煤易造成的河堤下沉、堤防損壞,將導致河水外溢、河堤失穩,降低行洪能力,從而誘發安全事故。河下采煤應將資源開發利用與河流、河堤的防護協同開展。以琿春河下近距離煤層組開采為例,通過分析井田含水層與地表水的水力聯系,得出井田第四系砂礫含水層、煤系風化帶含水層與上部琿春河水力聯系密切。煤層組頂板為中硬類型,巖石極易軟化,泥巖遇水易膨脹、崩解,對裂隙有彌合作用。近距離煤層開采導水裂縫帶最大高度為56.95 m, 距琿春河較遠,波及不到琿春河水體。為使琿春河、第四系砂礫含水層及古近系風化含水帶不受開采的影響,在風化含水帶下留設防水安全煤巖柱進行保水開采,經計算19h,20煤保水開采上限標高分別為-110,-134 m。采用概率積分法評價近距離煤層工作面相繼開采對地表河堤的影響,結果表明,隨著采動工作面的增多,采動范圍的擴大,河堤下沉范圍增大。河堤的最大水平變形值為3.4 mm/m,在允許變形范圍之內。但由于受采動影響,河堤局部范圍出現一定的沉降,最大下沉值為2.61 m,低于歷年最高洪水位,為此提出開采期間河堤的防護措施,可對我國河下近距離煤層開采及河堤防護提供參考。 

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