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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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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

1165

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

983

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

1075

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特厚坚硬煤层超大采高综放开采支架-围岩结构耦合关系

作者(Author)：许永祥, 王国法, 李明忠, 张金虎, 韩会军

摘要：针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题，探讨了机采割煤高度6.0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性，分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系，在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上，提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度，阐释了支架-围岩支护系统“小结构”初次耦合主动支撑和“大结构”二次耦合被动承载概念和理论，分析了围岩“大、小结构”耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响，指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足“小结构”支护系统适应“大结构”周期性破断失稳形成的强动载矿压外，还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响，通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出，提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法，分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理，讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响，研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响，以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用，提出了强力放煤机构结构改进和优化策略，并对破煤机理和效果进行探讨，以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。

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煤炭学报

2019年第06期

1153

1338
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

1238

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

1226

431
采场全生命周期及其应力的时空演化特征分析

作者(Author)：郑建伟, 鞠文君, 赵曦, 吴建星, 任硕, 赵朋朋, 王帅

摘要：井工开采过程中采场应力的分布及演化规律对于回采巷道及工作面围岩的稳定性控制至关重要。本文将开切眼到停采的全部过程称之为采场全生命周期，且将采场应力分为工作面超前支承应力和工作面顶板应力两部分，基于材料力学建立了采场全生命周期内覆岩结构模型得到了不同阶段超前支承应力的力学函数;借助UDEC软件来分析采动过程中覆岩结构的时空演化过程和超前支承应力的动态演化特征，得到了工作面超前支承应力和工作面顶板应力的协调非同步演化特征，认为单个周期来压内超前支承应力峰值会在空间和时间上超前于工作面顶板应力峰值出现，且二者均表现出周期来压前大于来压后的规律，在采场全生命周期内在采动达到非充分采动和充分采动交界点阶段先后达到极值，因此依据采场应力的演变规律将采场全生命周期分为发生期(Ⅰ)、发育期(Ⅱ)、稳定期(Ⅲ)3个阶段:发生期(Ⅰ)对应的是开切眼至基本顶初次来压，采场应力保持稳定的缓慢增长;发育期(Ⅱ)对应的是周期来压至非充分采动与充分采动阶段的交界点，采场应力保持不同的增长速率;稳定期(Ⅲ)对应的是充分采动直到停采阶段，采场应力保持着较为稳定的波动;通过对采场全生命周期及其应力的演化特征分析及划区可以预先对回采过程中的高位应力区进行判定，及早采取相应的措施，为采场的安全提供保障。

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煤炭学报

2019年第04期

1337

455