《煤矿安全》煤炭科学技术研究院有限公司安全分院专栏

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《煤矿安全》煤炭科学技术研究院有限公司安全分院专栏

来源：煤矿安全

专题来自于《煤矿安全》2024年12期，共7篇研究成果。

行业视野: 类别; 34个
关键词; 35位
专家; 7篇
论文; 71IP
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冲击地压煤层智能安全高效开采系统架构与关键技术

作者(Author)：邓志刚, 李云鹏, 赵善坤, 王寅, 李少刚, 孔令海, 蒋军军, 苏振国, 李一哲, 秦凯

摘要：目前煤矿冲击地压防治工作依托于对应力、能量、位移等数据的监测及人工分析，并据此实施针对性的防治措施。经过近百年不懈的研究与实践，该领域在理论深度、技术创新和装备升级等方面取得了显著进步。然而，在源头治理和智能防控的研究领域，仍面临诸多挑战与难题。在2023年中国科协十大产业技术问题评选中，专家组一致将“如何实现冲击地压煤层智能安全高效开采？”推荐入选，为煤矿冲击地压灾害防治的未来发展指明了方向。冲击地压煤层的智能开采不仅是一个技术难题，更是一个复杂的系统工程问题。基于40余年的理论积淀与工程实践，提出了煤层智能安全高效开采系统架构与关键技术。首先利用数字孪生技术构建精细的数字模型，深入探测和解析矿井所在区域的地质构造，精确测量区域地应力场特性和煤岩物理力学属性，并依托先进算法对地层变化信息进行工程展布，实现地质信息的“透明化”；其次，在数字模型中依据矿井开采设计方案，模拟井筒、巷道和工作面的开掘过程，同时结合井上、井下各类监测系统的实时数据，对矿井数字模型进行动态更新和计算，既能够回顾和分析历史工程效果，又能够预测和推演未来工程活动的影响；再次借助深度学习和AI技术让计算机自主学习矿井的全息数据，根据监测数据和工程活动的实时变化，自主决策开采和防治工程措施，同时构建标准化的通信技术体系，实现矿井内各类设备的互联互通，打造智能化的矿山生态系统；最后开发智能化的采煤装备控制模块，在计算机智能决策的指导下，实现对全矿井各类设备动作的智能控制。通过自主调节采煤和卸压解危的时序，优化采煤、运输、提升等设备的运行速度，全面实现冲击地压煤层的智能开采，为煤矿安全生产和高效运营提供有力保障。

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煤矿安全

2024年第12期

26

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坚硬厚顶板岩层定向长钻孔水力压裂防冲技术及应用

作者(Author)：赵善坤, 王炳钦, 苏振国, 李少刚, 史月, 桑辛成, 刘安, 韩伟歌

摘要：随着陕蒙地区煤炭资源的大量开发，冲击地压逐渐成为影响煤矿安全生产的重要问题，针对冲击地压煤层硬厚顶板卸压防冲难题，以某矿23301工作面为工程背景，采用ABAQUS数值模拟软件对定向长钻孔水力压裂工艺进行模拟研究。模拟结果表明：裂缝主要朝射孔方向拓展，在压裂层周围产生密集缝网且随拓展半径的增大有生成单一主裂缝的趋势，证明了压裂作业能有效实现顶板卸压目的。于该矿23301工作面进行了定向长钻孔分段压裂防冲应用，依据关键层理论确定目标层位并设计了顶板高−低位布孔方案，聚焦于2-1孔结果探讨了压裂效果。应用结果表明：裂缝以水平缝为主且缝网形态复杂的特点，压裂期间注液压力曲线在裂缝拓展区间呈锯齿状波动且拓展充分持续，压裂作业显著降低回采期间的巷道变形量，实现了工作面的安全高效回采。

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2024年第12期

6

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多源煤基固废制备矿用充填胶凝材料研究

作者(Author)：刘志飞, 吴维, 毕忠伟, 付兴玉, 郎叶青, 侯清利, 贾新果

摘要：为了降低煤矿充填开采成本，实现多源煤基固废协同利用，以粉煤灰、气化炉渣、脱硫石膏等固体废弃物为主要原料，制备充填专用胶凝材料；通过正交试验，确定胶凝材料中各组分最佳配比，并采用Tessier五步法，对胶凝材料的重金属元素赋存及溶出特征开展研究。结果表明：胶凝材料的最佳配比为，粉煤灰质量分数39.1%，炉底灰质量分数23.4%，气化炉渣质量分数15.6%，水泥熟料质量分数10.9%，脱硫石膏质量分数4.7%，生石灰质量分数6.3%；胶凝材料养护7 d，水化产物主要以针状存在，通过团絮状、丝状产物相联结；养护龄期到达28 d，水化产物间主要以团状或块状物质形式存在，水化产物黏结得较紧密，7 d 和 28 d 胶凝材料净浆强度分别达到 1.83、2.44 MPa；采用粉煤灰等固废制备的充填胶凝材料可以有效固化重金属，对采空区地下环境无重金属污染危险。

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煤矿安全

2024年第12期

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复合厚硬顶板深孔爆破与快速装药工艺实践

作者(Author)：毕慧杰, 莫云龙, 李少刚

摘要：为控制复合厚硬顶板条件下工作面动压显现情况，以鄂尔多斯某矿为例，通过理论分析阐明厚硬顶板小煤柱巷道失稳主要分为变形失稳和冲击失稳，结合微震监测和地表岩移观测分析覆岩运动对动压显现的潜在影响，明确高位顶板预卸压的必要性，在此基础上设计顶板高低位加强爆破方案，并将机械化装药设备投入实践。结果表明：采用机械化装药后，单组装药人数由6人减为3人，超深孔单孔装药时长控制在50 min以内；33109工作面二次“见方”区域微震活动呈现低频低能的趋势，微震事件超前分布范围由238 m降低至168 m，超前影响区域缩小29.4%；支架末阻力整体呈降低趋势，尤其在工作面中部到回风巷一侧范围内下降较为明显；顶板垮落在回风巷一侧能够紧跟端头支架，在运输巷一侧悬顶长度一般不超过5 m。

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煤矿安全

2024年第12期

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不同煤体高度煤岩组合体的蠕变扰动特性及强度极限邻域研究

作者(Author)：黄子康, 李准, 王继超, 马世纪, 杨雨默

摘要：为了研究不同煤体高度煤岩组合体的蠕变扰动特性，运用岩石流变扰动效应试验系统，进行了煤岩组合体的单轴压缩蠕变扰动试验，并采用ABAQUS对试验结果进行了数值模拟验证；结果显示，煤体与岩体高度比1∶4、1∶2和2∶1的3种组合体进入强度极限邻域内的阈值分别为30、25、20 MPa，对应的强度极限右邻域阈值宽度分别为5、3、2 MPa。试验结果表明：低应力水平下，外界扰动不会对煤岩组合体的整体破坏产生较大影响，而在高应力水平下，组合体受外界扰动影响较大；组合体长期强度随煤体高度增加不断减小，且随扰动次数增加，组合体整体逐渐由脆性破坏转变为延性破坏；只有进入强度极限邻域内时，煤岩组合体才对外界扰动较为敏感，且煤体高度越高，扰动次数越多，组合体整体进入强度极限邻域内的阈值越低，强度极限右邻域阈值宽度也越小。

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2024年第12期

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高强度开采邻空工作面覆岩裂隙及能量演化规律研究

作者(Author)：令春伟, 陈清通, 郭文砚, 吴海军, 吕英华

摘要：西部矿区高强度开采导致工作面上覆岩层结构及地表严重破坏，进而导致地表生态环境恶化。以大柳塔矿为工程背景，通过现场监测和理论分析研究了高强度开采邻空工作面覆岩裂隙及能量演化规律；采用FLAC3D数值模拟分析得出邻空12下203工作面垂直应力、覆岩破坏范围和能量积聚特征及不同回采阶段关键层能量演化规律。研究结果表明：初次来压后地表开裂并产生塌陷，裂缝可见深度为0.1~0.7 m，周期来压步距为7~17 m，平均步距12 m；12下203工作面上覆岩层破坏范围随回采速度增大，覆岩裂隙发育范围、地表破坏范围均与工作面推进速度呈正相关关系，回采速度对邻空工作面覆岩破坏范围影响较大；区段煤柱应力随回采速度增大而增大，工作面前方50 m仍受较高静载应力作用，巷道易冲击失稳；12下203工作面邻空端头处能量密度值及能量积聚区域，采场围岩扰动强烈，覆岩能量积聚来不及释放，易造成顶板围岩冲击失稳。

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煤矿安全

2024年第12期

8

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水浸泥岩基底内排土场边坡稳定性分析

作者(Author)：赵汝辉

摘要：为了揭示水浸泥岩基底内排土场边坡失稳机理，采用室内试验探究了泥岩弱层抗剪强度参数随含水率的损伤演化规律，结合数值计算软件分析了含水率对内排土场边坡位移、滑移破坏特征及安全系数的响应特征。结果表明：随着泥岩弱层含水率的增加，黏聚力和内摩擦角呈非线性减小的二次函数分布规律；边坡最大水平位移、最大垂直位移和最大剪应变与含水率均呈正相关关系，边坡以水平运动为主，主要呈现沿排土场基底接触面的滑移破坏；边坡安全系数与含水率呈负相关关系，为保证边坡稳定，泥岩弱层含水率不超过30%。

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煤矿安全

2024年第12期

5

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