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煤炭行业青年科学家论坛（2021年）

来源：煤炭科学技术

专题来源于《煤炭科学技术》2021年第2期。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 144个
关键词; 166位
专家; 30篇
论文; 15530IP
点击量; 26108次
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工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

作者(Author)：徐刚 , 黄志增, 范志忠, 卢振龙, 张震, 薛吉胜, 王传朋, 王元杰, 陈法兵, 李岩, 刘前进, 李正杰, 苏波, 李春睿, 张春会

摘要：长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位，是困扰煤矿安全生产的主要难题。开展顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析，结果表明：我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因：片帮冒顶多发生于松软煤岩体，采煤方法不合理及工作面管理不当的工作面；顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致；大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治，建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构，即采用微震监测系统监测远场顶板活动，采用矿压监测系统监测近场顶板运动，采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化，通过监测数据系统分析，动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况，实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系，在工作面开采前确定合理采煤方法，合理工作面布置，科学开采参数及优化设备选型配套，这是防治顶板灾害的核心技术；在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术，进而实现工作面顶板灾害防治。

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煤炭科学技术

2021年第02期

829

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厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制与防控技术

作者(Author)：杨科, 刘文杰, 李志华, 刘钦节, 池小楼, 魏祯

摘要：针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题，通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明：在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期，围岩塑性破坏主要集中在煤壁和底板岩层；邻近工作面区域煤岩体位移表现出煤壁挤出位移量>底板鼓起位移量>顶板下沉位移量的特征；由于厚硬顶板的存在，随工作面推进距离的增大，煤壁挤出位移量逐渐增大，煤壁片帮失稳的概率倍增。根据厚硬顶板下大倾角软煤开采围岩位移和变形破坏特征，结合现场观测提出厚硬顶板下大倾角软煤开采2种灾害模式，一是以“片帮-冒顶”为主导，诱发“支架-围岩”系统发生大范围失稳的动态互馈的时发性灾害，二是厚硬砂岩破断诱发冲击动力显现的瞬发性灾害。基于厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制，采用厚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术，控制厚硬顶板运动；采取煤壁注浆加固、支架防倒防滑以及“铺金属网+工字钢”辅助液压支架管理破碎直接顶等措施，防治煤壁片帮和破碎顶板漏冒，保证“支架-围岩”系统的稳态工作。通过对支架工作阻力和煤壁片帮统计分析发现，11513工作面采取系列防治措施后，煤壁得到有效控制，初次来压时，支架工作阻力较为富裕，安全阀开启较少且支架无明显倾倒滑移现象，实现了厚硬顶板下大倾角软煤的安全高效开采。

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煤炭科学技术

2021年第02期

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工作面回采与支架回撤协同作业新技术

作者(Author)：王志强, 王树帅, 苏泽华

摘要：基于现有采区最后1个走向工作面与煤柱采出工作面开采衔接时间长、工艺复杂、煤炭采出率低以及支架回撤巷道掘进工程量大等问题，结合梧桐庄矿2号煤层三采区182312（简称312）走向工作面及182312外（简称312外）煤柱采出工作面地质生产情况，采用理论分析、工业性试验等研究方法，提出了工作面回采与支架回撤协同作业新技术：在312工作面回采过程中完成312外工作面生产系统，312工作面贯通三采右翼出煤巷，利用支架对出煤巷进行留巷，在312外工作面推至支架留巷段，边推进工作面边回撤支架。研究表明：由极限平衡区公式计算得支承应力峰值叠加区宽度为7.2 m，在压力拱载荷作用下，由不同支架控顶距计算得煤柱宽度为6.6～7.7 m，最终确定了贯通前让压煤柱宽度为8 m；分析了312工作面在贯通出煤巷前基本顶不同断裂形式及其让压调节机理，计算分析得基本顶预断裂位置超前合理断裂位置1.4 m，因此采用支架高阻力停采等压16 h；在312工作面距出煤巷50 m前完成了巷内补强支护；312工作面距终采线14 m进行挂绳铺网，并在距终采线2.4～13.0 m铺设风筒布；312工作面贯通出煤巷后，制定了支架留巷工艺；支架留巷完成后，开始回采312外工作面，在312外工作面推至支架留巷段，采用“掩护式迈步台阶支架拆除法”边推进工作面边回撤支架。此技术实现了出煤巷的“一巷三用”，提高了煤炭回收率，简化了工作面衔接及支架回撤工艺，节省了巷道工程量及支护费用，最终实现了工作面回采与支架回撤的协同作业。

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煤炭科学技术

2021年第02期

656

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强动压“三软”煤层巷道“卸-转-固”围岩控制技术

作者(Author)：徐佑林, 刘德成, 吴旭坤, 曹佐勇, 高永雄, 张仁松, 周泽, 周波, 许猛堂, 张辉

摘要：针对强动压影响下三软煤层巷道围岩控制难的问题，以仲恒煤矿三软煤层115-101回风巷为工程背景，通过现场调查、围岩松动和地应力测试，采用UDEC数值软件根据实际建立数值模型，研究了巷道变形破坏原因，并基于应力控制原理，提出受强动压影响的三软煤层巷道卸-转-固围岩综合控制理论。研究结果表明：115-101回风巷围岩松动圈范围0～5 m，应力峰值在深入围岩5～6 m处，采用卸-转-固围岩控制技术，在原有的29U型钢支护条件下，降低支护排距，根据煤层倾角及厚度设计并施工爆破卸压孔，在孔底连线安装炸药，利用自制的封孔设备将加固材料通过高压风压入钻孔进行封孔，实施爆破。爆破后，围岩应力重新分布，重新形成破碎区、塑性区和弹性区，并使应力集中的弹性区转移到围岩更深处，降低巷帮及底板浅部围岩应力集中，在巷道周围表层一定范围内形成低应力卸压圈，而在围岩深部形成了应力集中的自承载圈，集中应力主要由该自承载圈的岩体承担。该自承载圈的岩体处于围岩深部，基本处于三向应力状态，降低集中应力对巷道的破坏作用，稳定性得到很大提高。巷道围岩顶底板移近速率降低了79.43%，两帮移近速率下降了54.17%，巷道围岩变形量明显减少，有效控制了强动压影响下三软煤层巷道围岩变形。

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煤炭科学技术

2021年第02期

665

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张拉预紧式锚杆支护系统高能强化锚固机理研究

作者(Author)：王襄禹, 张卫东, 王广辉, 吴博文, 李军臣, 郑哲

摘要：目前传统转矩式锚杆预紧力损失大、锚杆主动性利用率较低，难以满足深部复杂困难巷道的支护要求，因此提出了张拉式高预紧锚杆支护技术，开发了张拉预紧式锚杆锁具及相关构件，并对系统在实验室进行了锚杆拉伸试验，结果表明：在锚具锥度为6°时，整个锚杆拉伸过程直至锚杆破断后锁具都可实现自锁，锚杆破断时，锚索总后退距离平均为3.3 mm，验证了锁具系统的安全性、匹配性及稳定性。而后采用数值模拟的方法建立了巷道锚固分离体模型，对比了低、高预紧力下锚固体的变形破坏特征与能量演化机制，最终得出高预紧力锚杆比低预紧力锚杆更能提高锚固体强度，减小锚固体受载变形的破坏程度，高预紧力产生的高储能可有效提高锚固体破坏峰值，减小破坏时的总耗散能，有效提高锚固体峰后残余能量。基于理论分析结果，在王庄煤矿91采区运输大巷进行了张拉预紧式锚杆与普通转矩式锚杆的对比试验，据矿压监测结果显示采用张拉预紧式锚杆的巷道段两帮最大移近量减少了32.6%，证明了提高预紧力构建高储能锚固支护体系可以有效减小巷道变形。

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煤炭科学技术

2021年第02期

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超深保护层开采巷道围岩控制技术研究

作者(Author)：张德飞, 张庆林, 张洪伟, 卢志国, 郑仰发, 范明建

摘要：华丰煤矿1 300 m超深保护层回采巷道稳定性控制是影响矿井安全高效生产的关键问题。基于现场地质力学综合测试、围岩非均匀性破坏机理研究，提出了超高强热处理预应力锚杆-锚注联合支护方案。研发了700 MPa级超高强热处理锚杆，其破断强度达850 MPa，冲击吸收功达100 J，并首次在1 300 m埋深煤矿巷道进行了工业性试验。开展了巷道锚杆支护力、顶板四点离层与围岩钻孔应力等多参量变化在线监测，分析得出：超深巷道在爆破开挖扰动下，距离掘进工作面80 m后围岩整体变形基本稳定，但围岩深部应力仍然长期蠕变且呈现大幅值增降循环规律。试验结果表明，相比较于同巷顶板全锚索支护方式，锚杆-锚注联合支护下回采超前段巷道变形量整体降低了50%，掘进支护效率提高了20%。

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2021年第02期

463

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冲击地压矿井采区下山保护煤柱合理宽度研究

作者(Author)：刘金海, 郑学军, 刘虎, 王永, 卢绪涛, 王维斌

摘要：留设合理宽度的采区下山保护煤柱是防范采区下山发生冲击地压的关键。为探讨冲击地压矿井采区下山保护煤柱宽度的确定方法，以李楼煤矿采区下山保护煤柱合理的宽度确定为工程背景，运用矿压理论研究了工作面向采区下山推采过程中覆岩运动规律、支承压力演化特征、冲击地压类型及其发生机制，分析了现场工作面推采过程中的微震监测数据和应力动态监测数据，综合确定了李楼煤矿工作面采动影响范围，提出了以防范各类冲击地压为原则的采区下山保护煤柱宽度的综合确定方法，并进行了工程验证。结果表明：①随着工作面向采区下山推进，采区下山保护煤柱宽度逐渐减小，工作面超前支承压力与采区下山侧向支承压力及两翼工作面超前支承压力将发生叠加、集中，震动附加应力与采区下山侧向支承压力叠加程度逐渐增大；②采区下山可能发生静动载叠加型、应力叠加型和蠕变型等3类冲击地压；③工作面超前、滞后采动影响距离为235 m，侧向采动影响距离为110 m；④从防范采区下山动静载叠加型、应力叠加型和延后蠕变型冲击地压的角度，综合确定李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱宽度应≥235 m。回采后期现场监测结果与收尾情况初步验证了当前李楼煤矿采区下山一侧保护煤柱240 m的合理性。

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煤炭科学技术

2021年第02期

678

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红土膏体充填材料及其物理特性试验研究

作者(Author)：余伟健, 万幸, 刘芳芳, 王直

摘要：充填开采是实现矿山安全绿色开采的重要途径，但要求充填材料来源广泛、成本低，且必须能满足充填工艺要求，因此，许多学者和技术人员投入了大量精力来研究和开发新型膏体充填材料。以广西百色州景煤矿为工程背景，使用取材方便、成本较低的红土代替粉煤灰，将其与煤矸石，胶结材料混合制成红土膏体充填材料。通过试验测量不同固体材料质量比，不同干料质量分数的红土膏体充填材料的坍落度、扩展度、泌水率，并使用RYL-600剪切流变仪进行单轴压缩试验，测其抗压强度与弹性模量，进而分析红土膏体充填材料的强度特性,以及材料配比与干料质量分数对其性能的影响规律。研究结果表明：同等条件下与传统粉煤灰型充填材料相比，红土型充填材料强度差别不大，并且红土具有成本低、取材方便以及对环境无污染等优势；干料质量分数对充填体强度影响最大，当为80%时性能最优；随着红土掺量增加，充填体强度会降低，数据显示，红土与水泥质量比在1∶1、1∶2、2∶1时均满足充填要求，矸石、红土、水泥质量比为6∶2∶1时，充填材料既符合膏体充填工艺要求，又能减少充填成本。用红土制备膏体充填材料能合理利用资源，降低成本，对充填开采具有一定借鉴价值。

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煤炭科学技术

2021年第02期

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