"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”专题

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"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”专题

来源：《煤炭学报》2020年第5期

专题来源于2017年国家重点研发计划“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”。专题发表于《煤炭学报》2020年第5期。

行业视野: 安全
类别; 88个
关键词; 93位
专家; 20篇
论文; 27839IP
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急倾斜特厚煤层水平分段综放开采冲击矿压机理

作者(Author)：何江, 窦林名, 曹晋荣, 吴江湖, 曹立

摘要：我国急倾斜特厚煤层开采冲击矿压越发凸显，且灾害显现特殊。为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压机理，建立覆岩力学模型，分析了覆岩运动、能量释放、煤层应力分布等规律;采用工作面液压支架工作阻力监测数据，分析了工作面支架工作阻力与动载系数分布规律;利用微震监测得到的矿震空间分布，分析了岩层运动和能量释放规律。研究结果表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采，顶板倾向破断步距与煤层倾角呈非线性正相关关系，当煤层倾角大于60°时，破断步距出现陡增;覆岩下位坚硬岩层破断后在倾向上可暂时形成平衡结构，随着下位分段开采和放煤，平衡结构可发生破断旋转、断块跌落、结构挤压俯冲等3种类型的失稳冲击过程，对工作面形成动态冲击;在顶底板夹持作用下，工作面煤体靠近顶底板侧将形成非对称倾向支承压力分布，靠近顶板侧为封闭夹持状态，应力集中程度高，靠近底板侧为开放夹持状态，煤体易破坏卸压而处于塑性状态，在非对称支承压力作用下，工作面中部至顶板侧底煤受强烈剪切应力作用，且处于底板弹塑性交界区，易于失稳冲击;急倾斜特厚煤层水平分段综放开采，覆岩破断步距大，顶板破断和失稳冲击的瞬间释放能量强，扰动底煤高应力区诱发冲击矿压显现，揭示了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采夹持冲击型冲击矿压机理。工作面液压支架工作阻力监测表明工作面中部至顶板侧动载系数最大达到3.25，表明覆岩形成了悬空式结构失稳;矿震监测结果表明工作面中部至靠近顶板侧底煤容易积聚弹性变形能，底板侧容易释放能量，顶板活动易形成动载扰动。研究结果得到了监测验证。

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煤炭学报

2020年第05期

1411

629
煤与瓦斯复合体受载变形破坏特征及微震-电荷感应规律

作者(Author)：朱小景, 潘一山, 王爱文, 李祁, 王凯兴, 罗浩

摘要：针对冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害预测手段欠缺、前兆信息监测方法不完善这一工程现状，利用自主研发的高频微震全波形实时监测系统和电荷感应监测系统开展了煤与瓦斯复合体受载变形破坏试验，分析了不同瓦斯压力下煤与瓦斯复合体变形破坏特征及微震信号和电荷感应信号显现规律的关系，以及瓦斯压力对3者的影响。结果表明:煤与瓦斯复合体变形破坏可分为3个阶段，即弹性阶段、屈服强化阶段和破坏阶段，随着瓦斯压力的增大，煤与瓦斯复合体的抗压强度、弹性模量和软化模量减小，冲击倾向性降低，弹性和屈服强化阶段持续时间缩短;煤与瓦斯复合体变形破坏过程中有微震信号和电荷感应信号产生，且两种信号的峰值振幅均出现在煤与瓦斯复合体的破坏阶段;随着瓦斯压力的增大，微震信号和电荷感应信号数量增加且越来越分散，振幅增大，峰值振幅对应的应力降速率增大，同时，微震信号峰值振幅所在波形的起始振幅增大，峰值振幅前移，且越来越接近起始振幅。煤与瓦斯复合体中瓦斯压力越大，越容易发生冲击地压-煤与瓦斯突出复合动力灾害，通过微震信号和电荷感应信号的监测能够在一定程度上判断复合体所处的变形破坏阶段，结合瓦斯压力大小可预判复合动力灾害的类型和危险性。

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煤炭学报

2020年第05期

1295

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不同节理夹角煤单轴压缩力学和声发射响应及影响机制

作者(Author)：牟宏伟, 何学秋, 宋大钊, 李振雷, 邱黎明, 苏东方, 殷山

摘要：煤岩的力学特性和声发射响应规律对冲击地压监测预警至关重要，为研究加载方向与节理面夹角(α)对煤样力学特性、裂纹扩展方式及声发射响应的影响，对不同加载方向与节理面夹角的煤样进行单轴压缩试验，并分析了力学和声发射信号响应规律。结果表明:加载方向与节理面夹角对煤样力学特性和声发射响应规律有显著影响。随α增大，峰值载荷和破坏时间均呈先微降后增大的趋势，峰后破坏时间从0°到30°出现陡降趋势。α≤45°煤样的应力-应变在峰值或峰值后出现震荡起伏现象，单轴抗压强度和应变量均小于α＞45°的煤样。α＞45°煤样的应力-应变曲线在峰值或峰值后无震荡起伏现象;α≤45°的煤样受力以平行节理面应力分量为主，更容易产生沿节理面的滑移破坏，振铃累计值陡增和大能量声发射信号主要集中在峰后阶段，声发射信号与应力降具有很高的相关性。α＞45°的煤样受力以垂直节理面应力分量为主，更容易产生挤压摩擦破坏，在应力稳定上升阶段就伴随着大量的声发射信号，大能量声发射信号主要集中在峰前阶段;随α增大，煤样表现出的冲击倾向性越强，声发射信号以45°为界表现出不同的峰前峰后特征。因此，鉴定煤冲击倾向性和利用声发射进行冲击地压监测预警时，需充分考虑煤层节理面与现场受力情况。

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煤炭学报

2020年第05期

1471

720
磨料空气射流破煤冲蚀模型研究

作者(Author)：刘勇, 李志飞, 魏建平, 张慧栋

摘要：进行预抽煤矿瓦斯时，采用水力化增透措施容易出现抱钻、塌孔等现象，降低瓦斯抽采率。为此，提出磨料空气射流破煤增透措施，提高钻孔利用率。为明确磨料空气射流破煤参数，采用ANSYS Fluent软件中的离散相模型对磨料粒子在喷嘴中的加速效果进行了计算，分析了空气压力、磨料密度和磨料粒径对磨料加速的影响，考虑了反弹磨料二次冲蚀作用，建立了磨料空气射流冲蚀能量方程;基于有限元和光滑粒子模型，采用LS-DYNA对磨料空气射流冲蚀煤岩体进行数值模拟，分析了射流扩散角和磨料的形状特性对煤岩体冲蚀的影响规律，建立了磨料空气射流冲蚀能量转化率方程;采用高压磨料空气射流实验系统，使用(Laval)喷嘴，在不同气体压力条件选用标准的180 μm石榴石磨料对煤体、砂岩、灰岩和花岗岩进行磨料空气射流冲蚀实验，获取了单位能量破碎体积参数，建立了磨料空气射流冲蚀模型;采用控制变量法，进行磨料空气射流冲蚀灰岩的实验，利用不同影响因素对冲蚀效果的影响实验数据对冲蚀模型进行了修正;进行磨料空气射流冲击煤体实验，验证了冲蚀模型的准确性。对磨料空气射流冲蚀煤体体积模型进行了分析，结果表明影响冲蚀效果的因素权重依次为:气体压力>扩散角>磨料密度>磨料粒径>磨料形状;磨料空气射流破煤的最优射流参数为180 μm石榴石、气体压力15 MPa、扩散角10.52°。在进行模型建立过程中，未将受压条件放入模型中，今后将会进行相关实验，把受压条件作为修正系数，进一步完善该冲蚀模型。

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煤炭学报

2020年第05期

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