采场围岩控制专题_中国煤炭行业知识服务平台

采场围岩控制专题

本专题共43篇论文。我国煤矿采场岩层控制的研究经历了实用经验阶段、显性理论与数值模型阶段，核心问题是矿压显现机理及控制，具有极强的混沌性、动态性与非线性特征。岩层控制目前总体上仍然处于“静态”和“试误”的分析阶段，即采用静态的数学力学模型，基于静态开采边界与地质力学条件，获得静态的岩层控制方案，以及通过调试不同的岩层控制方法或控制参数，直至大体满足采场岩层控制和安全生产的需要。

行业视野: 采矿
类别; 160个
关键词; 143位
专家; 40篇
论文; 49009IP
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浅埋煤层采场围岩力链演化规律及工程应用

作者(Author)：谢广祥, 范浩, 王磊

摘要：浅埋煤层回采过程中,矿山压力显现剧烈,压架事故时有发生。针对回采过程中易突发剧烈的矿压现象,系统研究了煤层围岩力学特征及支护结构的受力状态。首先采用颗粒元计算软件模拟分析采场围岩力链演化特征,随后分别建立了覆岩强力链拱失稳前、后力学模型,工作面支架受力模型,推导出强力链拱迹线方程,获得强力链拱在失稳前、后支架荷载的计算表达式,并在此基础上结合现场实测对工作面支架荷载进行了分析。研究结果表明:煤层开挖前,煤岩体受力架构由力链网络组成,围岩的承载作用主要来自于强力链,广泛分布的弱力链仅对围岩起辅助承载作用; 煤层开挖后,强力链集结成束形成力链拱,力链拱是承载采场上方煤岩体重量的主要力系,工作面支架仅承担位于强力链拱下方的煤岩体重量;且随工作面的推进,强力链拱不断调整,先后经历了“形成—扩展—稳定—破断” 的动态演化过程。随强力链拱拱顶的不断发育,当其承担荷载超过自身强度极限后便会失稳破断,导致剧烈的矿压现象,工作面支架荷载大幅增加,强力链拱的失稳断裂是工作面产生强动载现象的本质原因。研究成果合理解释了浅埋煤层工作面突发的剧烈矿压现象,为煤层的安全高效开采提供借鉴。

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煤炭学报

2019年第10期

1061

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大倾角煤层走向长壁开采支架稳定性力学分析

作者(Author)：罗生虎, 伍永平, 解盘石, 王红伟, 张浩

摘要：大倾角煤层走向长壁工作面安全高效开采的关键是对围岩的有效控制,而围岩控制的难点在于“支架-围岩”系统的稳定性控制。在综合厘定与研究工作面“顶板-支架-底板”系统相互作用关系的基础上,采用理论分析方法,将底板假设为弹性地基,构建支架倾向力学模型,研究顶板载荷作用下支架的行为响应,并探讨采高、底板物理力学属性和架间作用等因素对支架稳定性的影响。结果显示,在大倾角煤层走向长壁开采中,工作面顶板在其自重及上覆岩层载荷作用下,沿着渐进于重力方向的曲线处于非连续运动状态中;受工作面顶板非连续运动影响,其对支架的作用载荷处于渐进累积过程,支架亦会随着顶板的运动而运动,且其运动幅度处于非连续渐进累积过程; 支架稳定性随着顶板法向载荷的增大、顶板切向载荷的减小、顶板载荷偏载程度的减小、底板硬度的增大、采高的减小和支架侧护板千斤顶刚度的增大而增强;顶板法向载荷、底板地基系数、采高和支架侧护板千斤顶刚度仅能在一定程度上增大或减小支架的运动幅度,而顶板切向载荷和顶板载荷作用位置不仅能影响支架的运动幅度,亦会改变其运动方向,且较其它因素而言,其对支架稳定性影响较显著。严控工作面倾斜中上部区域顶板稳定并及时调整支架位态,以减小工作面顶板对支架的切向载荷和顶板载荷的偏载程度,是控制支架稳定的有效途径。

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煤炭学报

2019年第09期

786

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煤壁柔性加固工艺参数优化试验研究

作者(Author)：杨胜利, 杨毅

摘要：近年来,工作面煤壁柔性加固技术的提出丰富了煤壁破坏防治技术理论。为了进一步揭示煤壁柔性加固技术中柔性棕绳的作用机制,明确浆液和柔性棕绳的耦合关系,降低柔性加固技术的技术成本和应用难度,通过物理实验、理论分析、设备开发、工程应用等研究手段,优化了煤壁柔性加固工艺。通过三维相似模拟实验,对比研究了煤壁无加固、煤壁注浆加固和煤壁柔性加固条件下煤壁的破坏特征,从宏观上揭示了煤壁柔性加固机理和柔性棕绳作用机制;将钻孔直径与柔性棕绳直径的比值定义为孔径比,通过“柔性棕绳、浆液、煤体”拉拔试验,研究了孔径比、浆液类型对柔性加固效果的影响,从而确定了浆液和柔性棕绳的数量耦合关系,开发了低成本的柔性加固注浆材料;通过设备开发,研制了半环形注浆管。研究表明:煤壁采用柔性加固可有效提高煤体的整体性并减小煤壁破坏深度;当孔径比介于1.6~1.9时,煤壁柔性加固效果最佳,且越接近 1.9,柔性加固效果越好;采用“超细水泥、矿粉、水玻璃”混合材料作为柔性加固注浆材料,矿粉添加量不超过 30% ,水玻璃的添加量不超过 10% ,可降低柔性加固技术应用成本;研制的半环形注浆管可有效减小所需钻孔直径,降低技术应用难度;最后通过在瑞隆煤矿仰斜开采工作面应用煤壁柔性加固技术,有效的缓解了煤壁破坏的发生,提高了煤壁的稳定性。本文通过一系列实验研究,系统的优化了煤壁柔性加固工艺,为煤壁柔性加固技术的科学应用提供了借鉴。

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煤炭学报

2019年第09期

1162

419
多关键层跨煤组远程被保护层煤壁片帮机理及防治

作者(Author)：杨科, 刘帅, 唐春安, 魏祯, 池小楼

摘要：煤壁片帮是制约大采高软煤综采工作面安全、高效回采的主要因素之一。基于淮南矿区A组煤、B组煤煤系地层禀赋及下保护层开采生产条件，针对潘二矿11224工作面煤壁片帮破坏特点，采用现场实测、物理模拟、理论分析、工业试验等方法，研究了多关键层结构跨煤组远程下保护层开采覆岩采动裂隙发育规律和被保护层大采高软煤综采工作面煤壁失稳力学过程，揭示了回采前已受采动影响的煤壁片帮机理并提出控制措施。结果显示:① 被保护层煤壁破裂形式主要为不规则滑移体沿破裂面的滑移运动，同时伴有区域多发性及倾向蔓延性，片帮迹线观测到贯穿煤层的节理弱面;② 物理模拟显示，受下保护层开采影响，远程被保护层11224工作面处于覆岩“三带”中弯曲下沉带内，并出现大量随机分布的法向节理裂隙;③ 薄板模型极限挠度分析显示，采高、关键层空间结构、垮落带和断裂带岩层碎胀系数是决定“三带”发育高度的主控因素，理论计算所得“三带”发育特征与物理模拟一致;④ 基于煤壁片帮形式和受扰动影响特征，建立被保护层煤壁单元受力简化模型，给出考虑围压作用任意形态三棱柱体剪切破坏判据;⑤ 三棱柱体破裂后形成滑移体，主控弱面控制滑移体的摩擦滑动，提出滑移体沿结构面摩擦滑动失稳判据;⑥ 提高支架阻力和护帮力、采用“棕绳+注浆”柔性支护以及工字钢辅助铺网加强支架支护，可显著提高煤壁单位稳定性。

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煤炭学报

2019年第09期

1079

504
深部近距离煤层群采动力学行为探索

作者(Author)：彭高友, 高明忠, 吕有厂, 张瑞皋, 谢晶, 刘强, 何志强, 陆彤, 杨本高

摘要：我国深部近距离煤层群赋存开采比重大，采动力学机理不清，导致开采效率低，安全事故频发。深部煤岩体所表现出的物理力学特性及变形破坏特征较浅部有着本质差异，尤其在深部近距离煤层群开采条件下，临近工作面扰动影响将导致更加复杂的采动应力重分布过程。针对深部近距离煤层群采动影响下巷道围岩控制难题，依托平煤十二矿己14和己15深部近距离煤层群工程实践，在己15-31030工作面进风巷内开展了巷道收敛变形、锚索应力现场原位监测试验，理论计算了近距离煤层群底板破坏范围并推导得出了巷道围岩变形速度公式，初步揭示了深部近距离煤层群采动力学行为。研究表明:己14煤层底板破坏深度理论值约21.24~30.88 m，上覆煤层采动影响导致本煤层采场边界改变，巷道顶底板及左右帮收敛量约400 mm，巷道收敛变形量随采煤工作面推进呈现阶梯式缓慢增长与指数式快速增长两阶段模式，其中指数式快速增长阶段为巷道变形的主要阶段;锚索应力随采煤工作面推进呈现“近线性增长—跃阶式降低”两阶段演化模式，顶板锚索应力平均变化率、峰值应力均显著高于巷帮相应参数，巷道顶板采动效应较巷帮更为明显;锚索应力峰值点滞后最大收敛变形位置约40m，采动影响时效相比单一煤层开采大幅延长约35m，采动应力变化率及其峰值分别降低约53.5%，24.5%，己15煤层采动影响范围约105 m;巷道围岩变形速率与距采煤工作面距离呈现反比例函数关系，在此基础上，进一步推导得出深部近距离煤层群距采煤工作面不同距离处围岩变形速度预测公式，并对比现场原位监测数据验证了该公式的合理性。研究成果可为同类深部近距离煤层群的巷道围岩变形速度预测、巷道支护及采矿技术优化等工程问题提供参考。

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煤炭学报

2019年第07期

982

483
浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型及应用

作者(Author)：尹希文

摘要：针对浅埋煤层矿压显现强烈，易于发生切顶压架事故的问题，以神东矿区浅埋煤层为例，统计分析了7个矿、30余个综采工作面矿压数据，结果认为，与普通埋深及深部煤层相比，浅埋煤层工作面液压支架载荷大、周期来压步距短、动载系数大。采用钻孔位移计实测分析了上湾矿88 m超大采高工作面覆岩破断及地表岩移特征，破断位置位于工作面后上方，各层位测点呈整体同时破断，破断范围快速波及地表，当工作面推进11 m后，距顶板26 m处测点最大下沉量227 mm，当工作面推进296 m后，地表最大下沉量589 m。对比分析覆岩破断与液压支架工作阻力的对应关系，认为覆岩破断后没有直接与采空区矸石接触，而是形成某种结构并产生缓慢下沉现象。采用相似模拟方法分析了上湾矿88 m超大采高工作面覆岩破断及运动规律，认为正常情况下，呈整体同时破断的块体能够相互铰接并形成结构，当支护质量不足或者遇到地质异常区时，结构易发生整体滑落失稳，导致工作面压架事故。基于以上认识，提出了浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型，分析了切落体结构的稳定条件及失稳类型，认为浅埋煤层覆岩呈整体切落式破断，形成以滑落失稳为主的铰接结构。研究得到了液压支架合理工作阻力计算公式，并以上湾88 m工作面为例进行了验算，结果表明，基于“切落体”结构计算的支架工作阻力能够满足工作面顶板支护要求。“切落体”结构为浅埋煤层液压支架合理工作阻力确定提供了理论依据，丰富了浅埋煤层开采岩层控制理论。

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煤炭学报

2019年第07期

1069

505
超千米深部矿井采动应力显现规律

作者(Author)：吕有厂, 何志强, 王英伟, 代志旭, 王玉杰

摘要：我国浅部煤炭资源逐渐耗竭，开采深度逐渐进入1 000~2 000 m水平，常常伴有大量的工程灾害，其根本原因是深部采动应力场的显现规律与响应规律不清楚。以平煤十二矿超千米深己15-31030工作面为研究基地，开展了不同开采速率下超千米煤层采动应力显现规律及响应特征研究，并集成“锚杆应力-钻孔应力-钻孔裂隙窥视”等研究手段进行现场原位测试。结果表明:随着采煤工作面的不断推进，超前支承压力峰值先是交替上升，回采距离超过80 m时，由于埋深较大导致支承压力峰值增长变缓并最终在85 MPa左右波动，应力集中系数达3.3，高于一般浅部工作面集中系数;同时上覆岩层在采动影响下形成垮落带、断裂带、弯曲下沉带的三带结构;其次，随着开采速度增大，超前支承压力峰值逐渐增大，峰值点距采煤工作面的距离相应减小，基本顶断裂形成的岩块长度也越长;工作面支架压力随着采煤工作面持续推进呈现出周期上升的趋势。在采动影响下，由于扰动后应力重分布及能量释放，锚杆应力呈现出先增长后降低的趋势，得出工作面采动影响范围大约为85 m，距采煤工作面75 m左右时进入采动影响范围，钻孔应力值开始上升，而后进入支承压力降低区，应力开始出现小幅度下降;随着采煤工作面不断推进，强烈的开采扰动导致裂隙不断发育，裂隙逐渐发育成纵横交错的破碎带，并向顶板上方发展。

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煤炭学报

2019年第05期

1236

567
深部开采中的强扰动特性探讨

作者(Author)：彭瑞东, 薛东杰, 孙华飞, 周宏伟

摘要：深部岩体具有高地应力、高地温、高渗压的独特赋存环境，其采动影响远较浅部复杂。通过将深部岩体的赋存环境和深部开采的扰动特征两方面相结合，系统分析了深部岩体开采中的强扰动特性。首先对扰动激励的动静组合特点进行了分析。根据深部开采中的应力变化路径，给出了不同深度类型下原岩应力状态以及扰动应力状态的分布区域，揭示了深部开采中应力变化更加复杂的必然性，并初步给出了考虑赋存深度、开采工艺、岩体重度、残余应力以及采动速度影响的岩体卸荷速率计算公式。根据深部开采中的动力扰动类型和波动传播规律，分析指出了深部岩体中的流体压力传播特征，揭示了深部动力扰动时间延长和扰动范围扩大的特点。然后基于扰动状态概念(DSC)对扰动影响水平进行了分析。通过对深部岩体能量蓄积、能量耗散以及释放规律的分析，定义了基于能量特征的扰动函数，可以籍此构建基于DSC的深部岩体统一本构模型，并定量描述深部岩体扰动的大小。最后定性描述了深部岩体开采中开挖扰动区的分布特点以及相应的应力应变状态，将其划分为原岩弹性区、开挖损伤区(EDZ)以及开挖破碎区，其中开挖损伤区又可分为峰前损伤区、塑性流变区、外部损伤区。并初步给出了开挖损伤区大小的计算公式，讨论了各项参数的意义及影响因素。研究表明，深部岩体的高应力状态以及复杂的多场多相耦合环境使其在更大范围内受到扰动的影响，EDZ的范围将显著增大，并表现出复杂的时空演化特征。利用扰动状态概念(DSC)建立的扰动函数，以及基于能量分析建立的开挖损伤区(EDZ)大小计算公式，可以定量刻画深部扰动的程度，分别反映了深部扰动激励增大和扰动影响增大的特点。

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煤炭学报

2019年第05期

1219

431