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“采场围岩控制”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“采场围岩控制”主题论文。

行业视野: 采矿
类别; 187个
关键词; 165位
专家; 47篇
论文; 64741IP
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基于深度学习的大采高工作面矿压预测分析及模型泛化

作者(Author)：赵毅鑫, 杨志良, 马斌杰, 宋红华, 杨东辉

摘要：综采工作面矿压显现的分析与预测对于复杂地质下工作面顶板管理，保证矿井生产安全具有重要意义。采用关系型数据库储存液压支架工作阻力数据以及利用工作面推进过程中矿压显现的时序特性，采用SQL语言，运用长短时记忆网络(Long Short Time Memory，LSTM)深度学习方法，以红庆河矿31101大采高综采工作面矿压规律为研究对象，对工作面支架工作阻力、支架不平衡力、支架安全阀开启情况及初次来压与周期来压等矿压显现规律进行分析;基于建立的数据库，预测了红庆河大采高工作面矿山压力，预测结果表明LSTM方法较BP神经网络预测更具准确性。为进一步讨论本研究采用的LSTM网络模型的泛化能力，在采用布尔台42103大采高工作面、上湾矿12401大采高工作面少量矿压数据的前提下，使用迁移学习方法，对矿压数据进行预测检验，结果表明:LSTM模型具有很好的泛化能力，相比于不使用迁移学习方法，迁移学习可提高模型的泛化能力。最后，探讨了模型在3个大采高工作面矿压预测表现的差别，发现数据量本身对模型预测行为影响较大，增大数据量可弥补原始数据缺失等问题。在预测模型基础上设计了周期来压预警模型，集成形成相应矿压分析与预警系统，经工程验证判定预警系统分析效果良好。

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煤炭学报

2020年第01期

1313

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采动覆岩卸荷膨胀累积效应

作者(Author)：许家林, 秦伟, 轩大洋, 朱卫兵

摘要：地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源，研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究，揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制，上覆岩层由下向上成组破断运动，关键层破断前，阻断了上覆载荷向下方岩层的传递，导致其因卸荷而产生膨胀，包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加，覆岩卸荷高度同步增大，因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用，从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应，进而建立了其理论模型，并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明，采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响，如影响覆岩关键层下离层量，影响覆岩关键层贯通破断的高度，影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识，该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%，覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”，而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间，该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。

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煤炭学报

2020年第01期

1705

823
基于弹性理论的煤帮极限平衡区宽度确定方法探讨

作者(Author)：于远祥, 柯达, 王京滨, 王赋宇, 陈宝平

摘要：回采巷道开挖后，其围岩应力重新分布，两侧煤体在上方集中应力的作用下产生变形后形成极限平衡区，其理论宽度是合理确定巷道煤帮支护方案及其参数的重要依据,目前，计算煤帮极限平衡区的主要方法有:利用松散介质平衡理论建立煤帮应力平衡微分方程来求解极限平衡区宽度;或考虑工程扰动程度和煤体地质强度，运用非线性摩尔-库伦准则建立极限平衡区宽度方程。本文在总结现有研究成果的基础上，建立了回采巷道煤帮在高支承压力作用下体的力学计算模型，运用弹性力学理论分析了帮部任一点煤体的应力应变分量。基于弹塑性界面煤体在峰值支承压力发生片帮的柱条模型，确定该界面上发生最大水平拉应变的单元煤体位于距离底板0.65倍巷道高度处，进而提出了该单元煤体极限拉应变与煤帮极限平衡区及其破裂区宽度的理论计算公式。分析表明,煤帮极限平衡区宽度不仅取决于煤体的极限拉应变、泊松比及弹性模量，而且与原岩应力大小及巷道开挖后发生重分布的最大支承压力及煤帮弹性区宽度密切相关。具体表现为煤帮极限平衡区宽度随巷道埋深增大而不断增加，但随煤体弹性模量及其极限拉应变的增加却快速减小。在此基础上，利用所提出的理论公式计算了百良矿14501工作面运输巷350～400 m区段的煤帮极限平衡区和破裂区宽度，进而优化了巷道帮部锚杆支护参数，取得了良好的支护效果。结果表明，上述研究成果能够较好地进行深埋煤层巷道煤帮极限平衡区的预测分析。

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煤炭学报

2019年第11期

1087

604
回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制

作者(Author)：冯龙飞, 窦林名, 王晓东, 靳德武, 蔡武, 许刚刚, 焦彪

摘要：坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一，针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制，运用理论分析结合现场监测手段，对垮落带内的顶板悬臂梁结构，建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型，推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解。对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构，建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式，并进行讨论得到结论:加快回采速度使顶板悬臂梁的悬臂长度L和峰值应力集中系数a增加，使峰值距煤壁位置x0减小，3者均能造成顶板弯曲变形能增大，释放弹性能增加，且悬臂长度L和应力集中系数a影响效果更为明显;高速回采造成采空区充填程度低，促使关键块B的回转角增大，造成关键块A的破断步距增大，破断释放的能量也大幅增加，甚至促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构，其破断释放的弹性能更大，大能量矿震产生的动载易叠加高静载煤体诱发冲击，同时使超前段顶煤支护失效，造成冒顶事故;通过对关键层及围岩结构的判别，证实了两种坚硬顶板的破断模式，且微震监测表明坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性，并得到坚硬顶板条件大采高工作面临界回采速度为4 m/d，科学指导了胡家河矿的开采强度优化。

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煤炭学报

2019年第11期

1388

699
大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

作者(Author)：于斌, 杨敬轩, 刘长友, 高瑞

摘要：特厚煤层开采形成的采场空间大，覆岩扰动范围广，采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂，顶板破断块体间的作用力及方向多变，导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理，在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上，基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型，揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的“煤体-支架”协同承载模型，得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明，特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的“低-中-高”层位结构特征，是采场复杂矿压显现的直接诱因，“中-低”位顶板结构失稳形成采场大小周期来压，高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约，是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下“煤体-支架”协同承载，所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性，验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。

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煤炭学报

2019年第11期

1328

618
大倾角伪俯斜采场顶板运移规律实验研究

作者(Author)：解盘石, 田双奇, 段建杰

摘要：为研究大倾角伪俯斜采场顶板垮落运移及其与支架相互作用关系。采用大比例三维物理相似模拟实验和数值计算相结合的研究手段,深入分析了伪俯斜采场初采阶段和正常回采阶段顶板应力演化与变形破坏规律,垮落顶板充填特征以及“支架-顶板”相互作用规律。结果表明,大倾角伪俯斜采场顶板应力分布与位移具有非对称性,顶板具有非对称“O-X”破断特征,且具有明显的时序特征,其中“O”破断顺序为:采空区侧边界—采煤工作面侧边界—上部边界—下部边界;“X”破断顺序为:工作面倾斜上方基本顶先发生破坏,随后基本顶沿顺时针方向依次破断。顶板周期性来压与垮落均具有分区特性与时序性,沿走向工作面各个区域顶板的垮落位置与支架相对位置不同,其中,工作面倾斜中部支架直接受到垮落顶板的作用,具体为“砸—压—推”,而倾斜上部与下部垮落顶板仅在下滑过程中对支架产生倾向向下的推力,未出现明显的砸、压现象,上部作用最弱,破断顶板使支架发生不同程度的“倒”、“扭”现象;垮落顶板对采空区的充填可分为4 个阶段,各个阶段交替转化的过程对工作面中、下部支架的稳定性产生了影响,矸石堆积区最终沿走向形成充填稳定区域与动态运移区域。为大倾角煤层伪俯斜采场岩层控制提供科学依据,也丰富了大倾角煤层采场岩层控制理论。

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煤炭学报

2019年第10期

1157

625
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

1062

644
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

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