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“煤矿岩层智能控制与绿色开采”专题

来源：煤矿安全

专题来自于《煤矿安全》2024年05期，共5篇研究成果。

行业视野: 智能化
类别; 27个
关键词; 27位
专家; 5篇
论文; 551IP
点击量; 61次
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废弃采空区封存CO₂地表形变特征模拟研究

作者(Author)：郭庆彪, 谢扬, 汪锋, 郑美楠

摘要：为探究超临界CO2注入废弃采空区引起的地表形变特征，利用FLAC3D模拟研究了地表形变一般特征与演变过程，并从形变范围、形变量等5个方面探讨了孔隙率、CO2注入速率和封存深度对地表形变特征的影响。结果表明：CO2注入废弃采空区后引起的地表形变呈“倒碗”形隆起形态，并经历孕育阶段、活跃阶段和稳定阶段的演变过程；随着地表点远离采空区，其在孕育阶段和稳定阶段的位移量占比逐渐增大；地表变形范围随着CO2封存深度的增加明显减小，受孔隙率和CO2注入速率变化影响较小；地表位移量随着孔隙率和CO2封存深度的增大而逐渐减小，受CO2注入速率变化影响较小；地表形变持续时间与孔隙率和CO2注入速率正相关，与CO2封存深度负相关；地表点在孕育阶段和稳定阶段的位移量占比与所需时步数与孔隙率和封存深度正相关，与CO2注入速率负相关。

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煤矿安全

2024年第05期

95

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采空区顶板垮落摩擦诱发瓦斯爆炸试验研究

作者(Author)：母军, 米建强, 刘振文, 陈宝红, 赵平平, 张鑫源, 汪锋

摘要：大采高工作面采空区顶板垮落时岩体相互撞击摩擦产生火花已成为诱发采空区瓦斯爆炸事故的主要隐患。为研究砂岩摩擦速度、摩擦力、瓦斯体积分数、SiO2含量等因素对砂岩摩擦诱发瓦斯爆炸的机制，采用岩石摩擦效应引燃瓦斯试验系统对各因素进行定量试验研究。结果表明：瓦斯体积分数为7.0%~11.5%时，砂岩摩擦诱发瓦斯爆炸时间随瓦斯体积分数增加先缩短后延长；砂岩摩擦高温热表面是诱发瓦斯爆炸的主要原因；摩擦诱发瓦斯爆炸分为砂岩摩擦面燃烧瓦斯与瓦斯爆炸扩散2个阶段；摩擦诱发瓦斯爆炸时间随摩擦力增大而缩短，随砂岩中SiO2含量增大而缩短；摩擦低于最低临界速度不会诱发瓦斯爆炸，高于最低临界速度且低于最高临界速度时最大摩擦速度与摩擦诱发瓦斯爆炸时间呈负相关。

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煤矿安全

2024年第05期

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瓦斯压力对采场支承压力的影响及突出-冲击协同防控

作者(Author)：赵龙, 贺虎

摘要：随着煤炭开采深度和强度的增大，部分矿井面临煤与瓦斯突出与冲击地压双重灾害威胁，突出-冲击复合灾害成为值得关注的科学与工程难题，含瓦斯煤体采动支承压分布规律对于揭示该类型灾害机理具有重要意义。通过研究瓦斯压力变化对采动支承压力分布的影响，建立了含瓦斯煤体支承压力计算模型，得到了含瓦斯压力变化的切向应力以及塑性区半径计算公式；基于典型突出-冲击矿井工程地质条件，采用数值模拟得到了瓦斯压力对采场支承压力分布的影响特征。结果表明：随着瓦斯压力减小，巷道周边切向应力增加，而塑性区半径减小，即切向应力峰值距离煤壁更近；采场支承压力峰值与瓦斯压力负相关，峰值距煤壁距离与瓦斯压力呈正相关，均表现为二次曲线关系。现场监测数据表明，随着瓦斯抽采的进行，煤体破裂震动频次上升，当出现瓦斯压力持续下降、而震动频次急剧上升趋势时，冲击危险性较高。基于瓦斯压力变化对冲击危险的影响，建立了海石湾煤矿突出-冲击协同防控技术体系，在瓦斯治理过程，利用瓦斯压力-震动频次预警冲击危险，并优化防冲卸压工程的起始位置与强度，实现突出-冲击协同防控。

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煤矿安全

2024年第05期

113

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应力扰动路径对煤岩力学性能的影响试验研究

作者(Author)：刘成勇, 王翰秋, 刘治成, 吴继飞, 赵萌烨, 张新福, 刘雪峰, 张进鹏

摘要：在利用废弃矿井抽水蓄能过程中，煤柱不仅受到单调荷载的影响，而且会遭受频繁的应力扰动。以陕西省河畔煤矿煤岩为研究对象，研究了单调荷载（路径1）、多级等幅循环荷载（路径2）、多级增幅循环荷载（路径3）影响下试样的强度、变形特征以及破坏模式。试验结果表明：循环荷载作用下，试样的应力-应变曲线形成了明显的滞回环，且随着应力水平增加，滞回环面积显著增加；与轴向应变相比，环向应变对应力路径的敏感性更强；单调荷载作用下煤样的峰值强度和峰值应变最大，多级循环荷载作用下试样的强度和峰值轴向应变分别降低了22.12%、18.35%（路径2）、5.30%、10.34%（路径3）；应力路径2作用下的试样割线模量明显高于其他应力路径；应力路径对试样宏观破坏模式的影响甚微，但多级循环荷载使得试样表面裂纹数量和尺寸变大。

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煤矿安全

2024年第05期

90

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营盘壕煤矿深部多煤层开采地表移动变形规律及最优错距研究

作者(Author)：张国建, 付连龙, 郭广礼, 卫伟, 高鑫, 李怀展, 郭庆彪, 杨向升

摘要：鄂尔多斯东胜煤田为侏罗系含煤地层，诸多深部矿区2-2煤层和3-1煤层全区可采，并且煤层间距较小。以营盘壕煤矿为地质原型，通过FLAC3D和UDEC数值模拟软件构建研究区域数值模型，围绕2-2煤层和3-1煤层开采引起的地表移动变形及应力场演化规律进行研究。结果表明：多煤层重复采动将引起沉陷盆地中心投影向下煤层采空区方向移动，进而逼近煤层初采中心投影，并最终越过之；两煤层连续开采后，地表最大下沉值小于两煤层单独开采最大下沉值之和，煤层复采下沉系数小于初采下沉系数；煤柱错距与地表移动参数关联密切，错距系数与地表下沉系数、水平移动系数和主要影响角正切分别呈对数正态函数、凹抛物线和凸抛物线函数关系，并且与宽深比作为共同因子对煤层初采及复采表征参数的比值产生耦合影响；另外，同时随着错距的增大，地表沉陷盆地范围先减小后增大的趋势发展，水平移动近盆地等值线由椭圆形向梭子形演化；综合卸压错距经验公式、地表损伤程度及煤柱卸压效果确定的研究区域多煤层开采最优错距为30 m。

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煤矿安全

2024年第05期

115

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