《煤炭科学技术》采矿科学与工程栏目2022年最受关注论文TOP20

2022年,《煤炭科学技术》“采矿科学与工程”栏目共刊登论文70余篇，涵盖矿井建设、巷道围岩控制、矿山压力、冲击地压、岩石力学等领域。为了协助读者了解煤矿开采领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作,我们根据论文的下载、引用等指标，整理了20篇《煤炭科学技术》2022年“采矿科学与工程”栏目最受关注论文。

行业视野: 采矿
类别; 99个
关键词; 112位
专家; 20篇
论文; 9418IP
点击量; 29752次
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云贵地区煤矿ＴＢＭ施工技术应用研究

作者(Author)：代恩虎, 王勇, 鲁义强, 邱洪登, 闫少宏, 杨拓

摘要：云贵两省是我国南方重要的煤炭生产基地，初步探明贵州省南、北盘江腹地煤炭储量达330亿t，其中可就近通过水运的煤炭储量达到92亿t，急需高效、安全地开采煤炭。近年来，TBM（全断面隧道掘进机，Tunnel Boring Machine）因其高程度智能化、安全高效的优点已逐渐应用于煤矿巷道的掘进，尤其是中东部众多矿区。在立足于国内煤矿针对TBM施工进行了大量的应用研究工作之上，进行了大量调研，分析了TBM施工技术与煤矿常用的传统钻爆法和综掘法在现代化煤矿的不同类型巷道中的适用性与先进性，发现TBM施工技术因其高效的破岩方式在运输大巷等硬岩巷道施工中优势更加明显，掘支平行作业程度高，破岩时对围岩扰动较小，有利于围岩稳定，同时在长距离开拓巷道掘进时综合成本优势十分显著，且施工一次成硐，可实现一巷三用，但是对地质条件适应性较差。以贵能公司聚鑫煤矿+1 095 m运输大巷的掘进工程为工程实例，提出了满足全断面掘进机快速施工煤矿硬岩巷道特点与要求的巷道支护型式和施工技术，研发的“贵能二号”TBM在实际工程中实现了“小断面、大坡度、小转弯半径”的成功应用。将常规隧道TBM与不同采掘深度和服务年限特点的煤矿巷道相结合，开发出适用于不同类型煤矿巷道且具有特色的矿用TBM，大幅提高了矿井建设的高效性和安全性，研究对TBM施工技术在煤矿领域的发展具有重要的推广和借鉴意义。

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煤炭科学技术

2022年第10期

193

678
分段水力压裂弱化采场坚硬顶板围岩控制技术研究

作者(Author)：牛同会

摘要：针对神东矿区布尔台煤矿42煤层覆岩存在坚硬顶板，回采生产中采空区顶板大范围悬顶不垮落诱发的强矿压显现限制了矿井安全生产这一现状，通过理论分析以及现场工业试验，对坚硬顶板覆岩结构简化力学模型进行分析，分析了坚硬顶板悬顶受力特征及其对矿压显现的影响；进一步提出了对工作面顶板施工定向水力压裂措施来弱化坚硬顶板岩层，控制其垮落，揭示了水力压裂弱化坚硬顶板降低回采期间矿压显现的机理；结合42202工作面现场工程条件，确定了顶板坚硬岩层层位，并对水力压裂方案、参数进行优化设计，并在施工中监测水力裂缝扩展、水压及注水量变化，分析水力压裂技术对坚硬顶板岩层的控顶效果。综合研究结果表明：对42202工作面覆岩粉砂岩层施工水力压裂措施后，顶板岩层有效弱化，压裂卸压影响区域内工作面来压强度整体降低，尤其是来压峰值压力降幅明显，降低约10%；来压步距降低4%；来压前支架平均阻力降低2.6%；来压时支架平均阻力降低6.8%；动载系数降低4%；工作面煤壁片帮得到遏制；同时，辅运巷道两帮及顶底变形量分别减小100、30 mm；〖JP3〗辅运巷道浅部及深部围岩应力分别降低2.5、1 MPa，锚杆、锚索受力分别下降29、22 kN，反映出对坚硬顶板施工定向水力压裂能有效降低工作面矿压显现，避免形成强烈冲击，可满足安全生产要求。

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煤炭科学技术

2022年第08期

195

762
邻近厚松散层既有立井井筒地面注浆地层加固技术

作者(Author)：刘孝孔, 绪瑞华, 赵艳鹏, 程桦, 彭世龙, 周均民

摘要：为解决厚松散层既有立井井筒地面注浆加固技术难题，以山东巨野矿区郭屯煤矿厚松散层偏斜井筒地面注浆治理为工程背景，针对井筒偏斜特征，采用现场钻孔压水试验与地面高压注浆试验方法，分析不同注浆深度与注浆层段受注点试压水与注浆表头最大压力比值，获得了受注点注浆压力与该点静水压力比值，并得到了厚松散层主含水层的可注性及其注浆技术参数，最终确定了厚松散层偏斜井筒地面注浆治理方案设计原则与施工方案；研发了单井多层段注浆新型套管，形成了“注-泄”联合间歇注浆加固技术。研究结果表明：①当注浆压力达到静水压力的2.0～2.5倍时，水泥浆可顺利注入；②松散层深度越深，地层的单位吸浆量越小，同一注浆段，在相同压力情况下，压水流量是注浆量的2倍；③按注浆试验确定的设计注浆量与实际注浆量误差在27％以内，随着注浆孔的注浆，其邻近泄压孔出现孔管口出水、孔管口内返浆和串浆等现象，实现了泄压目的，且对邻近既有井筒受力变形影响较小；④注浆后，主、副、风井井筒表土段井壁淋水明显减小，且有回正的趋势。研究成果在郭屯煤矿厚松散层偏斜井筒地面高压注浆治理工程得到了成功应用。

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煤炭科学技术

2022年第07期

201

394
煤矿巷道围岩卸压技术及应用

作者(Author)：康红普, 姜鹏飞, 冯彦军, 赵凯凯

摘要：煤矿巷道围岩控制方法主要分为支护加固法和卸压法，卸压法是高应力、强采动巷道围岩控制的有效手段。目前，我国煤矿已形成包括巷道布置法、巷道围岩近场卸压法及远场卸压法在内的巷道围岩卸压技术体系。介绍了巷道卸压法分类及卸压机理、影响因素和适用条件。巷道布置法的实质是将巷道布置在采空区下方、上方、边缘及采空区内等应力降低区，是首选的、有效的卸压法。巷道围岩近场卸压主要包括切缝、钻孔、爆破及掘卸压巷等方法，卸压机理是在浅部围岩形成一定的变形空间，减小围岩向巷道空间的位移，并将浅部围岩高应力转移到深部。巷道围岩远场卸压法主要有深孔爆破、水力压裂法，通过切断或弱化巷道上方的顶板，减小回采工作面采动对巷道稳定性的影响。近年来，水力压裂技术得到广泛应用，成为回采工作面坚硬顶板弱化、强采动巷道围岩卸压的有效措施。在实例分析中，介绍了区域水力压裂和局部水力压裂卸压技术的应用情况，包括地质与生产条件、压裂设计及卸压效果。最后，分析了巷道卸压法存在的问题，对今后的技术发展进行了展望。

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煤炭科学技术

2022年第06期

1526

3340
高水材料充填沿空留巷应力控制与围岩强化机理及应用

作者(Author)：柏建彪, 张自政, 王襄禹, 徐营, 闫帅, 徐军

摘要：高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷，形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践，以应力控制与围岩强化为主线，分析了充填留巷围岩在巷道掘进、工作面超前采动影响、留巷围岩调整稳定和邻近工作面复用4个阶段的应力与变形特征，提出了“基本顶二次破断”的覆岩顶板运动特征。以青龙同昌煤矿15102工作面沿空留巷为背景，数值模拟研究了留巷过程中围岩应力和塑性区分布特征，揭示了充填留巷覆岩基本顶的旋转下沉是留巷巷道所受外力的主要来源；在此基础上，提出了充填留巷围岩控制的关键区域，根据高水材料固结体的较强塑性变形特性，提出了高水材料充填沿空留巷围岩分时分区强化机理，确定了合理的高水材料充填体支护阻力计算式、留巷顶板离层计算式和实体煤帮的支护强度计算式，给出了高水材料充填沿空留巷围岩控制关键参数设计方法，关键参数包括充填体支护阻力（充填体宽度和强度）、顶板支护强度（巷内支护和临时支护）、实体煤帮支护强度。介绍了山西高平青龙同昌煤业15号煤层和赵庄煤业9号煤层高水充填沿空留巷围岩控制2个应用实例，留巷围岩变形控制效果良好。最后，提出了高水充填沿空留巷围岩控制技术的发展方向。

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煤炭科学技术

2022年第06期

609

2022
复杂条件下巷道围岩控制技术研究进展

作者(Author)：李桂臣, 杨森, 孙元田, 许嘉徽, 李菁华

摘要：煤炭资源开采正不断向深部迈进，面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加，而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果，梳理了当下巷道围岩控制面临的主要复杂条件，划分了工程地质条件和开采技术条件2类巷道复杂条件。阐明了各类复杂条件下巷道围岩的变形破坏特征，指出了围岩应力、围岩性质和支护结构是巷道围岩控制的3类基本对象，明确了围岩应力环境恶化、围岩性质劣化和支护体性能弱化3种失稳形式，在此基础上揭示了不同地质环境与采掘时空关系下回采巷道的失稳机制。分析了现阶段困难巷道围岩控制基本机理：改善围岩应力环境、改良围岩性质与强化围岩承载结构；详述了基于卸压、改性、支护与协同控制的围岩控制技术在不同复杂条件巷道的阶段性理论研究与技术应用现状。同时，分析了泥质采动巷道渗流失稳与围岩控制的典型工程案例，揭示了该类复杂困难条件的巷道围岩失稳机理，提出了疏水泄压、泥岩置换、分级注浆、高强度封层支护结构与底板结构等多种方法协同作用的高强度综合修复与控制技术体系。最后，基于上述4方面研究，结合工程实践，展望了未来复杂条件下巷道围岩控制技术的发展趋势。

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煤炭科学技术

2022年第06期

667

2512
基于光纤光栅技术的巷道支护锚杆受力监测

作者(Author)：彭泓, 刘亚飞

摘要：锚杆支护效果决定了巷道支护的质量和效率，现实生产中一直存在锚杆崩断导致支护失效的问题，给煤矿生产带来了安全隐患。目前国内对锚杆监测主要应用锚杆（索）测力计、表贴式传感器，但是测力计无法实现对锚杆杆体服役状态的监测与分析，表贴式传感器虽可以测量杆体受力但其工业应用效果较差。提出一种针对锚杆杆体受力进行监测的矿用光纤光栅锚杆传感器技术，本传感器利用光栅体积小且抗拉的优势，将多个Bragg光栅链式连接并将其埋入锚杆，实现了对杆体受力变化规律的分析及对杆体破裂的预报预警功能。通过工业试验对系统进行测试，在工作面前方200 m的位置安装32组锚杆传感器共160个数据采集点，应用自主研发的32通道解调设备对光栅数据进行采集存储，结合工作面推进速度对数据进行分析验证。结果表明：在工作面回采对锚杆杆体受力的影响范围约为60 m，在60 m以外影响微弱，而进入50 m以后锚杆杆体受力变化显著增加，同时区段平巷两帮部分位置出现变形；处于内帮的锚杆杆体变化要比同一断面上位于外帮的变化更为明显，外帮杆体局部受力变化量约为30 kN，内帮杆体局部受力变化可达150 kN。单个锚杆杆体受力呈现非线性变化状态，锚杆受力变化最大位置随着工作面的推进而产生变化，受力主要集中在锚杆靠近托盘处的位置以及埋入巷帮中较深的部位；锚杆杆体变形受到轴向拉伸和径向剪力的双重作用；从锚杆单日受力分析得出，杆体并非处于一直变形过程中，在完成一次变形后杆体会进入稳定状态直至下一次压力或扰动到来。

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煤炭科学技术

2022年第06期

353

6018
地面定向孔超前预注浆掩护巷道穿断层破碎带关键技术

作者(Author)：童仁剑, 郑士田, 吴燕军, 史永理

摘要：深部巷道过断层破碎带往往应力集中、围岩变形大，是掘进、支护的重大安全隐患。为提高围岩的抗变形能力和强度，减轻巷道锚固支护压力，以淮北矿区巷道过大断层为例，分析了掘进支护过程中矿压大、围岩稳定性差、支护难度大的主要工程问题，采用地面定向孔超前预注浆改性巷道围岩后，顺利掘进通过了断层破碎带。总结提出了基于钻探施工关键技术和高压预注浆关键技术的定向孔掩护巷道过断层关键技术体系，应用四开成孔结构避免了非治理段注浆干扰以及四段注浆分段法实现了断层破碎带精准注浆，并从压水试验、岩性探查、注浆量、注浆扩散距离、物探验证以及掘进支护效果分析方面评价了注浆加固效果。工程实践表明：地面定向孔具有长距离探查巷道岩性、超前高压预注浆的显著优势，改善了软弱围岩力学性质，有效控制了巷道围岩变形，巷道最大底鼓量降比超过62.6%，为巷道支护提供了安全保障，具有重要的推广应用价值。

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煤炭科学技术

2022年第06期

195

489