《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; 9420IP
点击量; 29752次
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超大采高综采工作面回撤通道支护技术研究

作者(Author)：彭林军, 岳宁, 安亮, 李申龙, 蔡逢华, 冯振华, 李明辉

摘要：为实现榆神矿区8.2 m超大采高工作面大型设备安全高效回撤，以金鸡滩煤矿12-2108工作面回撤通道为工程背景，采用理论计算、数值模拟和现场矿压实测的方法，研究工作面末采阶段基本顶周期来压规律与顶板断裂位置，得出末采阶段基本顶周期来压步距19.3 m，工作面推进距主回撤通道7.9 m时受动压影响剧烈，在贯通前2 m处来压结束，运用停采等压技术证明工作面与回撤通道贯通时无须等压，同时确定基本顶下一次周期来压断裂位置位于主、辅回撤通道中间煤柱约4.8 m处，工作面最终实现了无来压贯通。基于采场矿压规律研究，回撤通道创新性地提出采用恒阻大变形锚索+钢带十字链接按A,B、C三个不同应力分区支护整体受力的新设计方法，通过现场实测应用得出： C区域的锚索伸长量大于B和A区域，越靠近工作面侧锚索下沉量越大，位于回撤通道中部(C区)靠近回采侧恒阻锚索最大延伸量达到180 mm，而垛式支架撤出后大断面巷道一侧邻空成悬臂梁，此时恒阻大变形锚索完全受力，回撤通道顶板整体向采空区倾斜的现象,证明支架撤出过程中恒阻锚索能够保持顶板临时稳定性，保证了顶板没有出现冒顶现象，底板、抹角、帮角基本没有变形，回撤通道围岩控制效果很好。8.2 m综采支架12 d完成设备整体撤架，实现了超大采高综采设备的安全高效回撤，为类似矿井提供了可靠的参考依据。

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煤炭科学技术

2022年第06期

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我国厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带发育高度区域分布规律

作者(Author)：张玉军, 申晨辉, 张志巍, 李友伟

摘要：收集了国内厚及特厚煤层综放和大采高综采条件下导水裂缝带高度实测数据，共计179组，其中坚硬覆岩51组，中硬覆岩100组，软弱覆岩28组。在此基础上按照我国14大煤炭基地分布分别列出了不同覆岩类型条件下的导水裂缝带高度和裂采比的范围,绘制了我国煤矿导水裂缝带高度分布图，以此数据为基础回归了导水裂缝带高度（简称“裂高”）预计公式，并重点分析了3个典型矿区导水裂缝带高度分布特征和主要影响因素,以及实测导水裂缝带高度数据之间存在较大差异性的原因，取得以下研究成果:从全国区域来看，实测平均裂采比随着岩性由软弱、中硬到坚硬依次递增，坚硬覆岩的平均裂高分别是中硬覆岩和软弱覆岩的1.52倍和2.29倍，中硬覆岩平均裂高是软弱覆岩的1.5倍；不同覆岩岩性的导水裂缝带高度都随着采厚的增加而增加，且坚硬覆岩条件下增加的速率明显要高于中硬和软弱覆岩；裂采比则随着采厚的增加而降低，且减小速率随着采厚达到一定厚度有趋于稳定的趋势。黄陇基地永陇-彬长矿区属于中硬覆岩类型，导水裂缝带高度和裂采比明显高于我国东部矿区，工作面长度大于170 m时导水裂缝带发育高度受工作面长度影响较大，其高度及裂采比随着工作面长度增加，呈增高增大趋势。蒙东（东北）基地扎赉诺尔矿区属于极软弱类覆岩，针对该类型覆岩条件，依据导水裂缝带发育高度长期实践数据，最小裂采比仅为5，采厚达到16 m时仅为全国软弱覆岩平均裂采比的68%，并提出采用趋势分析方法来预计极软弱覆岩条件下的导水裂缝带发育高度。神东基地浅埋矿区具有埋深浅、基岩薄、土层厚、高强度开采的特点，实测获得的导水裂缝带高度差异性极大，裂采比集中在19～28，最大达到35，明显高于全国尤其是东部矿区中硬覆岩条件的裂采比；但是部分矿井由于厚层红土层赋存对导水裂缝带发育具有明显抑制作用，实测裂采比7.16～7.78，较类似软弱顶板条件下开采裂采比仍降低了15%～53%。由实测数据回归得到的导水裂缝带预计公式具有较好的适用性，可为全国不同覆岩类型条件下厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带高度计算提供依据。

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煤炭科学技术

2022年第05期

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巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律研究

作者(Author)：刘辉, 左建宇, 苏丽娟, 程桦, 朱晓峻, 张鹏飞, 王保国

摘要：巨厚含水松散层复杂地质采矿条件下开采地表移动变形规律存在一定的特殊性。为了研究巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律，明确巨厚含水松散层对地表移动变形影响，以菏泽矿区为研究区域，在分析某矿1308工作面地表移动变形实测数据的基础上，采用FLAC3D数值模拟软件，流固耦合计算模拟了巨厚含水松散层下开采地表移动变形，分别制定了动态固结沉降方案、无含水层方案、含水层位置方案，量化计算了巨厚含水松散层渗流固结沉降量占比，总结了巨厚含水松散层渗流固结沉降动态规律，对比分析了有无含水层情况下煤层开采地表移动变形差异，研究了松散层内含水层位置对地表移动变形的影响。研究结果表明：某矿巨厚含水松散层采矿条件下受采动引起的渗流固结沉降占地表总下沉量的8.5%；随工作面推进，开挖变形和渗流固结沉降增量的变化可划分为同步增长期、动态变化期、同步减缓期3个阶段。巨厚松散层内含水层受采动影响产生的疏水渗流固结现象会导致地表移动变形增大、地表移动影响范围扩大，但最大曲率和最大水平变形的减小说明下沉盆地的整体形状更为平缓。地表变形参数与巨厚松散层内含水层位置之间存在相关性，通过相关性分析，建立了地表移动变形参数与松散层内含水层位置之间的关系模型。

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煤炭科学技术

2022年第05期

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突出厚煤层沿空掘巷煤柱留设宽度优化研究

作者(Author)：周礼杰, 陈亮, 程志恒, 艾国, 孔德中, 王蕾, 王宏冰, 郭凯

摘要：突出煤层开采中存在开采时遗留过多煤柱与消突工程量投入巨大的问题，这和现阶段煤炭开采的理念有差异，合理的煤柱宽度以及安全的巷道布置范围不仅能保证煤炭合理安全的开采，还能提高煤炭资源的采出率、降低突出煤层中防突消突的投入量和工程量。以新集二矿1上煤230102工作面作为研究对象，采用理论分析和计算得出煤层开采过程中邻空煤体的应力分布规律以及极限平衡区宽度范围；采用钻孔测力计实测煤层开采过程中邻空煤体内垂直应力的变化情况，并结合数值模拟模拟工作面推进情况以及结合邻空、实体两侧煤体瓦斯含量确定了突出厚煤层采动卸压影响范围；基于FLAC3D软件模拟不同煤柱尺寸下巷道掘进的情况，结合卸压范围以及工程实践中关注的问题进而确定了合理的煤柱宽度。研究结果表明:①随工作面持续推进，在工作面邻空煤体内的支承应力随距采空区深度的递增呈现先增高至峰值后降低至原岩应力水平的规律，其支承应力峰值会出现在煤壁深入9.18 m附近；②在突出厚煤层开采中，邻空煤体0～25 m为卸压影响区，其卸压区和塑性区为邻空煤体0～9.5 m；③留设宽7～9 m煤柱时，能提高突出厚煤层煤炭资源采出率，降低突出厚煤层沿空掘巷消突工程量，利于巷道围岩控制，保证安全生产。

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煤炭科学技术

2022年第03期

292

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煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

作者(Author)：张俊文, 宋治祥, 刘金亮, 董续凯, 张杨, 齐庆新, 赵善坤, 秦凯, 陈见行, 颜廷杰, 王龙, 赵宁

摘要：煤矿冲击地压灾害频发依然严重制约煤炭深部安全高效开采，冲击地压灾害研究需将发生机理、监测预警及综合防治相互关联，建立深部开采冲击地压综合防治体系。以冲击地压防治为目的，提出了冲击地压灾害防治的结构调控理念、科学内涵以及冲击地压结构调控技术路线，分析认为煤岩体结构是导致围岩应力场演化的根源，系统结构变化是引起应力变化及转移的根本原因，应力仅是系统结构变化的外在显现形式，冲击地压灾害防治应从调控煤岩体结构出发。通过对冲击地压灾害机理及防治有关问题的梳理，提出了深部冲击地压灾害结构调控核心科学问题，包括扰动作用下冲击性煤岩体应力场时空演变、深部冲击地压多元前兆信息耦合辨识及预警、深部高应力煤岩体的结构调控及减冲机制。在此基础上，提出了应力-电磁辐射-地音-微震监测构成的多元监测预警体系，以实现对采区范围内巷道、采场及覆岩结构破裂的多尺度监测。根据由区域子系统和局部子系统组成的深部开采冲击地压灾害结构调控技术路线，提出由保护层+负煤柱开采、水力压裂、深孔爆破及大直径钻孔组成的结构调控体系来实现降低冲击地压灾害发生的危险性。结构调控体系已在山东某矿埋深1 300 m的4号煤层成功应用，验证了该体系防治冲击地压灾害的可行性及科学性。

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煤炭科学技术

2022年第02期

1039

2169
再论露天矿群开采-采排复一体化协同采矿技术

作者(Author)：赵红泽, 郭锦桦, 刘元旭, 杜海瑞, 林泽辰

摘要：我国大型矿田上一般同时存在多个相邻露天矿，针对相邻露天矿山独立开采时常存在边帮压煤、内排土场空间不足，以及土地复垦滞后等诸多问题，基于笔者提出的露天矿群协调开采技术，通过运用露天采矿学的基本原理，引入协同理论，提出了露天矿群开采-采排复一体化协同采矿技术的概念，详细阐述技术理念及内涵，重点研究了露天矿群开采、排土、复垦3个环节及协同作业的关键技术内容，并将其用于卡布其露天矿群。具体包括：借助3DMine软件构建卡布其露天矿群三维地质模型，根据卡布其矿区三矿开采推进的时空关系，确定露天矿群协调开采模式为同向协调开采，平行布置工作线，贯通相邻采场，优化总平面布局，让压帮煤随工作线推进顺利回采，合理分配与利用排土空间，提出共享排土场的方法以减少剥离物外排，缩短运距；在露天矿群开采方案的基础上制定协同复垦方案，建立露天矿群分期开采-内排-土地复垦一体化时空模型。实例证明：卡布其矿群在运用露天矿群开采-采排复一体化协同采矿技术后可有效增加煤炭资源采出率，降低剥采比，增加内排空间，实现矿群采剥工程与复垦工程的协调统一，降低复垦成本，提高露天矿直接经济效益。

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煤炭科学技术

2022年第02期

427

489
大倾角近距离煤层群长壁采场顶板破断机理

作者(Author)：解盘石, 屈利利, 伍永平, 张颖异, 闫壮壮, 冯坤, 杨广兵, 吉峰

摘要：大倾角近距离煤层群开采时，下层煤采场顶板受到重复加-卸载作用，其覆岩运移和矸石充填特征较单一煤层开采时更为复杂。以东峡煤矿大倾角近距离煤层群为研究对象，采用物理相似材料模拟试验、理论分析和现场实测相结合的手段，通过建立基于下层煤采场顶板的两端固支梁模型，确定了采场顶板易发生弯曲破断的位置，研究了大倾角近距离煤层群长壁采场顶板破断垮落特征。结果表明，上层煤采空区垮落顶板的堆积沿倾向具有不均衡性；垮落顶板与顶板残垣轮廓的接触程度存在差异性，沿垂直岩层方向可将垮落覆岩划分为完整倾斜砌体区域与倾斜砌体缺失区域。上层煤工作面底板受载沿倾向表现为分区特征，根据采空区的非对称充填特征将其划分为受近似点载荷的无矸石充填区和受非均衡作用的中、下部矸石充填区。下层煤开采时，采场倾斜中上部顶板（顶煤）先破坏下滑、充填至下部采空区，致使下部区域工作面顶板弯矩较小、倾斜中上部顶板弯矩较大，其中倾斜中上部顶板更易发生破断。由于采空区充填程度不同，下层煤采场来压呈现中部较大、上部次之、下部无明显来压的基本特征。相对于单一煤层开采，下煤层开采时周期性来压的强度较低且规律性不强。研究可为大倾角煤层群长壁采场顶板稳定性控制提供一定的理论支撑。

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煤炭科学技术

2022年第02期

475

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弱胶结砂质泥岩注水软化与渗流特性试验研究———以神东矿区为例

作者(Author)：张凯, 郭俊廷, 滕腾

摘要：神东矿区基岩弱胶结特性显著，岩体遇水后的软化和渗流特性是煤炭地下开采顶板注水软化治理、突透水事故防治、煤矿地下水库建设等工程领域的共性和基础性难题。针对神东布尔台矿弱胶结砂质泥岩，系统开展了岩石吸水、单三轴压缩、巴西劈裂和渗流等试验，获得了自然和饱水状态下的砂质泥岩力学参数与拉压变形、渗流曲线及其特征。研究结果表明，神东矿区弱胶结砂质泥岩的水岩固体软化效应、流体传质效应显著，在相关的地下工程中必须充分考虑，具体如下：① 弱胶结砂质泥岩吸注水后塑性明显增强，软化效果显著，岩石抗压强度减小29%～57%，围压越小，软化效果越明显；不同围压下弹性模量均减小25%～30%，随着围压的增大弹性模量的减小量有增大趋势；在低围压下，泊松比增大效果显著，在高围压下，泊松比变化不大；岩石三轴压缩破坏峰后跌落应变增大12%，且随围压的增大而减小；单轴抗拉强度下降66%;② 试验所用神东矿区布尔台矿顶板砂质泥岩的抗拉强度与抗压强度的比值约为1/10，且岩石吸水后该比值基本保持不变;③ 弱胶结砂质泥岩的水渗过程易导致裂缝通道局部的崩解，渗透率随注水压力梯度的增大而增大，随围压的增大而减小，渗透率随裂缝通道的崩解而瞬时减小。研究结果为揭示神东矿区弱胶结砂质泥岩水岩耦合力学特性和开展相关工程实践提供了一定的理论依据。

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煤炭科学技术

2022年第02期

307

518