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岩层移动及控制理论与技术

来源：煤炭科学技术

本专题涉及复杂条件下遗煤开采岩层控制理论与关键技术、煤矿岩层移动建模方法、煤矿“短充长采”科学开采模式、大比尺采场模型试验液压支架模拟系统等。

行业视野: 采矿
类别; 60个
关键词; 54位
专家; 14篇
论文; 12991IP
点击量; 16785次
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采场顶板关键层“横U-Y”型周期破断特征的试验研究

作者(Author)：朱卫兵, 于斌, 鞠金峰, 刘文兵, 齐祥瑞

摘要：针对部分坚硬顶板矿井采动导水裂缝带处于8～15倍采高的高位关键层，“横O-X”破断运动引发工作面动载矿压甚至压架、临采空侧回风平巷超前100～200 m底鼓大变形等动力灾害的问题，采用自制的大尺度三维物理模拟实验平台，研究高位关键层的破断运动特征。结果表明：关键层发生横向破断时，首先，关键层板正面两侧长边和反面中部长轴方向同时形成破断裂隙；其次，关键层板正面两侧短边形成弧形裂隙，而反面沿中轴线端点同步形成八字形破断裂隙；再次，在板正面形成“O”形裂隙的同时反面形成“X”形裂隙，正面形成“U”形裂隙的同时反面形成“Y”形裂隙；最后，正反面裂缝贯通形成“横O-X”型初次破断和“横U-Y”型周期破断，在工作面上方形成“弧形三角板”和巷道上方形成“梯形板”的破断块体结构。统计发现，“横O-X”初次破断步距与“横U-Y”周期破断步距长度基本一致；横向破断形成的“弧形三角板”块体角度为75°～78°，与腰线和弧形切线形成的夹角72°～82°基本相等，近似于一个等角的“弧形三角板”。砌块模型试验结果表明，“弧形三角板”块体大幅回转过程中，因其顶点易与“梯形板”结构发生回转变形失稳而出现脱离现象，导致“弧形三角板”滑落失稳从而会引发工作面强矿压。研究成果为大采高开采工作面强矿压灾害防治提供试验基础。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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关键层对特厚煤层综放开采地表沉陷规律的影响研究

作者(Author)：高超, 徐乃忠, 何标庆, 邓伟男

摘要：特厚煤层综放开采一次性采全高，其采放煤层厚度大，垮落带和裂隙带高度亦相应增大，使得覆岩“两带”发育直接波及到覆岩上部、对地表沉陷起重要控制的厚硬关键层，其移动变形与地表沉陷特征密切相关。为从覆岩内部岩层移动变形角度探究关键层对特厚煤层综放开采地表沉陷的控制影响作用，应用工程类比法与数值模拟综合确定了东坡煤矿914工作面“两带”高度发育情况，通过关键层理论计算了各亚关键层和主关键层破断距与层位，应用3DEC模拟了关键层对地表沉陷规律的控制影响作用。研究结果表明：应用工程类比法结合数值模拟塑性分区法可综合确定“两带”高度发育情况；上覆岩层及地表的移动变形受厚硬岩层的影响控制，表现为上覆岩层破断特征具有组合移动性、传播至地表呈突陷性；关键层内岩梁破断长度越短，地表沉陷盆地边缘越平缓、地表沉陷影响范围越大；受关键层破断距与破断形式差异的影响，地表下沉盆地开切眼侧较陡、终采线侧相对较缓。

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煤炭科学技术

2019年第09期

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充填开采不同充填率覆岩破坏特征相似模拟研究

作者(Author)：贾林刚

摘要：为了研究充填开采过程中覆岩破坏、应力、位移等特征，根据某矿充填工作面地质采矿条件，采用相似模拟试验方法开展了不同充填率对覆岩移动特征的影响研究。结果表明：覆岩变形破坏剧烈程度与充填率密切相关，充填率较低时，裂隙分布范围扩大，出现纵、横交错裂隙，充填率较高时，裂隙只在低位岩层出现，覆岩整体比较完整；采动影响距离与充填率之间呈幂函数关系，集中应力程度随充填率增加而线性减小；充填率较低时，岩层垂直位移分化明显，充填率较高时，岩层位移集中发生在直接顶及附近岩层，各岩层位移曲线在稳定沉陷区黏合在一起，呈现整体弯曲变形移动特征。充填率是控制地表变形的重要因素，该研究成果对指导充填开采实践具有重要意义。

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煤炭科学技术

2019年第09期

637

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保水采煤研究30年回顾与展望

作者(Author)：范立民, 马雄德, 蒋泽泉, 孙魁, 冀瑞君

摘要：煤炭是我国工业化过程中最重要的能源，在我国经济发展中一直发挥着重要作用。但所有工业化国家所面临的一个主要问题是矿区环境退化，短期的经济利益都是以巨大的环境损失为代价获得的。保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中出现的环境问题而提出的科学采矿思路与方法，在过去20多年的时间中有了长足的发展。回顾了煤田发现历程，分析了其资源特征，重点强调了煤炭开发过程中出现的突出环境问题，如土地荒漠化和水资源供需矛盾。简述了保水采煤问题的提出和发展过程，解释了保水采煤的概念及科学内涵。以CNKI文献检索结果为准，详细梳理了围绕保水采煤问题而开展的科研项目、发表的论文、论著及学术会议，并指出了该领域主要关键科学问题。进一步介绍了矿区生态水位及阈限研究、浅埋煤层岩层控制、导水裂隙带发育高度、保水开采条件分区、保水采煤技术及地下水监测网建设等方面取得的主要成果。保水采煤是维护和提升矿山生态系统功能和环境质量的重要手段，必须长期坚持，持续实施。今后保水采煤技术工程实施，需要深入贯彻落实“山水林田湖草是一个[JP]生命共同体”重要理念，推广试点工程成功经验和实践模式，全方位推进国土空间的生态保护修复。

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煤炭科学技术

2019年第07期

1876

1624
煤矿“短充长采”科学开采模式研究

作者(Author)：祁和刚, 张农, 李剑, 郑忠友, 朱磊, 管增伦

摘要：随着我国煤炭持续高强度开发，开采条件逐渐恶化，传统开采方法带来一系列资源、安全与环境问题。基于“岩层低损伤”，“无煤柱开采”和“固废零排放”的思路，提出了以煤矿井下采区内就近分选矸石为主形成的固体废弃物充填带取代区段煤柱的“短充长采”科学开采构想及其技术原理。探索了“采-选-充-留”关键技术路径，统筹研究解决遗留煤柱的资源浪费、固废排放的环境污染、传统开采的技术瓶颈和深部开采的安全风险。建立了“短充长采” 固体废弃物充填带能量缓释理论和低损伤岩层控制理论。阐述了5项关键技术：“短充长采”系统设计方法，井下智能干法轻量模块化分选系统，自成巷前进高效采充技术与装备，沿充填带留巷技术与装备，“短充长采”系统集成控制技术。现场应用结果表明：“短充长采”科学开采模式在葫芦素煤矿和刘庄煤矿井下矸石直接充填能力分别达到200万 t/a 和100万 t/a，利用有限的的固废资源集成解决了煤炭开采的资源、安全和环保问题，可以实现井下无煤柱、地面固废零排放。该模式创新了绿色开采新理论、新技术、新方法，构建了我国新型绿色开采的科学开采体系。

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煤炭科学技术

2019年第05期

2107

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特厚煤层综放开采矿压显现规律的采厚效应研究

作者(Author)：樊克松, 申宝宏

摘要：针对特厚煤层综放工作面矿压显现规律强烈，且对于矿压显现与煤层采厚间关系的认识不足的问题。以芦子沟煤矿3106特厚煤层综放工作面为背景展开研究，首先对采厚为17 m和30 m两种特厚煤层条件下矿山压力进行了现场实测，研究结果表明：2种条件下矿压显现规律具有一定的相似性。通过室内物理相似模拟试验建立了2种采厚条件下大空间采场覆岩结构力学模型，并分析了其对矿压显现的作用机制，指出采厚30 m时覆岩呈“下位直接顶悬臂梁-上位直接顶简支梁-基本顶铰接岩梁”的结构特征，使得直接顶和基本顶回转变形对支架作用力不增反减，导致矿压显现规律并没有随煤层厚度增加而变得强烈。

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煤炭科学技术

2019年第03期

693

1680
采场覆岩空间破裂与采动应力场分布关联性研究

作者(Author)：韩刚, 李旭东, 曲晓成, 朱磊, 刘立新

摘要：针对上覆多层坚硬砂岩组破断时释放的动载荷耦合集中静载荷区弹性应变能易诱发冲击地压显现的问题，采用现场监测、统计分析的方法，探索了覆岩空间破裂与采动应力场关联性对冲击地压显现的影响，对覆岩空间破裂分布特征及采动应力场分布特征进行了监测分析，依据研究结果对临空巷道超前支护方式进行了优化与实践验证。研究表明：纳林河二号矿井31102工作面覆岩破裂剧烈区位于3-1煤层顶板上方30.3 m，厚度为14.85 m的细粒砂岩层内，并超前工作面30～40 m;超前支承压力影响距离至工作面前方254~280 m，峰值点距工作面小于66 m。覆岩破裂剧烈区与采动应力场峰值区(两区)相距较近，易诱发冲击地压灾害，在超前工作面0~40 m两区下方的临空巷道采用垛式液压支架超前支护顶板，可有效防治冲击地压。

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煤炭科学技术

2019年第02期

490

645
采场空间结构模型及相关动力灾害控制研究

作者(Author)：文志杰, 景所林, 宋振骐, 蒋宇静, 汤建泉, 赵仁乐, 肖庆华, 张同俊, 王洪涛, 赵洪宝, 孙国权, 张桐桐, 孔超

摘要：基于社会对煤炭行业安全生产的重视，煤矿灾害事故控制研究显得愈发重要，尤其现阶段煤矿灾害事故多发，安全形式愈发严峻。为了有效控制预防煤矿动力灾害事故，提出了采场空间结构模型；探讨了采场空间结构模型中应力分布和结构发育的力学特征，以及采动时上覆岩层的运动变化规律和矿压显现特征；以采场空间结构模型和采动应力孕育力学特征为基础，提出了采场顶板、巷道顶板控制、冲击地压、顶板水害，以及地表沉陷等煤矿灾害事故致灾条件及其控制措施，构建了相关采场灾害控制结构力学模型。建立的采场空间模型解释了"裂断拱"和"应力拱"结构演化规律以及采动应力与覆岩空间结构演化的相关性；指出了导水裂隙带高度与"裂断拱"高度范围基本一致，是顶板水害治理依据；建立了基于"应力拱"拱外岩梁下沉预测地表沉陷的方法；提出了对直接顶采取"给定载荷"控制方式，对基本顶采取"给定变形"和"限定变形"控制方式的支护方案；预测了冲击地压可能发生位置并提出了控制措施；提出了透水判据和不发生透水事故的合理工作面长度和开切眼位置的计算方法；建立了以开采工作面长度和覆岩裂断步距相关性为核心的采动沉陷模型，从力学的角度解释并计算分析了地表沉陷范围。实践证明，正确建立决策模型是实现煤矿灾害事故控制的基础，模型的建设有效实现了煤矿灾害事故控制从定性到定量的发展，可为煤矿灾害事故的有效预测和科学控制提供指导。

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煤炭科学技术

2019年第01期

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757