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采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 704-713页

作者：李云鹏张宏伟苏怀瑞赵善坤马富武李海涛李杨孙德全黄春慧煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250100 煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院北京京100013 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250100

本文开展复杂坚硬岩层井上下联合水力压裂控制技术研究,基于板壳力学理论,揭示了坚硬岩层失稳临界弯曲应变能特征,提出了基于弯曲应变能指标的压裂目标层确定方法,建立了井上下联合水力压裂控制技术体系。以大同矿区石炭系特厚煤层综放... 详细信息

本文开展复杂坚硬岩层井上下联合水力压裂控制技术研究,基于板壳力学理论,揭示了坚硬岩层失稳临界弯曲应变能特征,提出了基于弯曲应变能指标的压裂目标层确定方法,建立了井上下联合水力压裂控制技术体系。以大同矿区石炭系特厚煤层综放开采矿井为工程背景,确定了井上下联合水力压裂技术方案,并进行了现场工业性试验。通过分析微震、液压支架工作阻力、巷道变形量监测数据和回采巷道超前支护形式等方面,验证了井上下联合控制技术的适用性和有效性。结果表明:井上下联合水力压裂控制技术可在坚硬岩层中形成明显裂缝,破坏了复杂坚硬岩层的整体性及其强度,平均来压步距减小了34.6%,平均液压支架工作阻力降低了约15.1%,平均超前巷道变形量减小了约35.0%。研究成果为复杂坚硬岩层控制开辟了新路径,可为复杂坚硬岩层的精准控制提供技术支撑。

关键词：坚硬岩层特厚煤层板壳理论水力压裂微震监测液压支架工作阻力

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硬厚岩层下覆岩裂隙演化特征及其致灾机理分析

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煤炭工程 2023年第2期55卷 93-97页

作者：马富武李杨苏怀瑞孙德全梁开华山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250100 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250104

针对上覆岩层赋存硬厚岩层,采用相似材料模拟试验的方法,制作了工作面上覆硬厚岩层的相似模型,研究了硬厚岩层下覆岩结构和裂隙演化特征,分析了硬厚岩层破断致灾成因。研究结果表明,工作面推进后,上覆岩层走向断面上逐渐形成梯形结构,... 详细信息

针对上覆岩层赋存硬厚岩层,采用相似材料模拟试验的方法,制作了工作面上覆硬厚岩层的相似模型,研究了硬厚岩层下覆岩结构和裂隙演化特征,分析了硬厚岩层破断致灾成因。研究结果表明,工作面推进后,上覆岩层走向断面上逐渐形成梯形结构,硬厚岩层的存在屏蔽了梯形结构的纵向发育;硬厚岩层下最大离层裂隙发育呈跳跃式上升,占据了煤层开采的大部分空间,为瓦斯积聚创造了空间;破断裂隙和离层裂隙相互贯通,在工作面侧和切眼侧的形成了双向互通的竖向破断裂隙区,为瓦斯运移提供了路径。开采煤层附近释放的瓦斯顺着两侧竖向破断裂隙区进入上覆岩层最大离层裂隙,最终积聚在占据了煤层开采大部分空间的硬厚岩层下最大离层裂隙。硬厚岩层破断后瓦斯空间急剧减小,瓦斯压力快速上升,瓦斯经两侧竖向破断裂隙区涌向工作面,易诱发瓦斯突涌等灾害。

关键词：硬厚岩层相似模拟裂隙演化破断裂隙区瓦斯突涌岩层控制

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煤质工业分析测井解释及三维建模研究

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煤炭技术 2021年第9期40卷 71-75页

作者：刘同庆山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室济南250104 山东省煤田地质局第五勘探队济南250100

通过对煤质成分对测井响应特征的原理及段家地井田勘探阶段煤层测井资料物性特征及煤质工业分析实际数据的分析,得出了研究区煤水分、灰分、挥发分与自然伽马、密度、三侧向电阻率及声波时差的相关关系,以两者间相关性为依据,通过SPSS... 详细信息

通过对煤质成分对测井响应特征的原理及段家地井田勘探阶段煤层测井资料物性特征及煤质工业分析实际数据的分析,得出了研究区煤水分、灰分、挥发分与自然伽马、密度、三侧向电阻率及声波时差的相关关系,以两者间相关性为依据,通过SPSS软件进行多元线性回归分析,得出了煤质工业组分,测井资料预测模型,根据该模型,利用Petrel软件平台,采用随机模拟的方法构建煤层工业分析物性参数三维地质模型。通过比对测试数据与预测数据发现,由测试离散数据构建的预测连续剖面数据更加符合正态分布,构建的三维地质模型也更加细致。

关键词：煤质工业分析测井解释回归分析三维建模

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复杂坚硬岩层条件下特厚煤层综放开采矿压分级预测

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煤炭学报 2021年第S01期46卷 38-48页

作者：李云鹏赵善坤李杨王寅秦凯孙德全李一哲赵阳煤炭科学研究总院深部开采与冲击地压研究院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250100 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250100 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

顶板事故发生起数和死亡人数长期以来在我国煤矿各类事故中占有很大比例,特别是覆岩存在多层坚硬岩层时,其覆岩结构具有系统性、复杂性,易造成强烈的矿山压力显现,甚至诱发矿井动力灾害。因此,亟需提出适用于复杂坚硬岩层条件下矿压分... 详细信息

顶板事故发生起数和死亡人数长期以来在我国煤矿各类事故中占有很大比例,特别是覆岩存在多层坚硬岩层时,其覆岩结构具有系统性、复杂性,易造成强烈的矿山压力显现,甚至诱发矿井动力灾害。因此,亟需提出适用于复杂坚硬岩层条件下矿压分级预测方法,为坚硬岩层控制提供理论支撑。基于复杂坚硬岩层条件下特厚煤层综放开采矿压显现特征,确定了不同空间位置坚硬岩层具有不同的矿压控制作用,即低位坚硬岩层控制小周期来压、中位坚硬岩层控制大周期来压、高位坚硬岩层控制强矿压显现;基于板壳力学、塑性力学理论,结合不同空间位置坚硬岩层的控制作用,建立了坚硬岩层“多层位板式结构”系统模型,根据结构形式将坚硬岩层划分为近场悬臂结构和远场砌体结构,揭示了复杂坚硬岩层破断运动过程具有渐进、复合等特征;建立了一套坚硬岩层破断尺度判据,形成了复杂坚硬岩层条件下的矿压分级预测方法。以大同矿区石炭系特厚煤层综放开采矿井为工程背景开展了矿压分级理论预测,通过分析现场矿压监测、微震监测数据,证实了复杂坚硬岩层条件下的矿压分级预测方法的适用性。研究成果一定程度上实现了复杂坚硬岩层的可知、可控,但不同坚硬岩层控制的结构破断时能量是如何传递至采场范围并引起动力显现的机理尚未完全阐明,该问题的研究可为坚硬岩层的精准控制提供理论支撑。

关键词：坚硬岩层特厚煤层综放开采结构破断板壳理论塑性力学

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基于VMD和SVM的煤厚预测方法研究

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煤田地质与勘探 2021年第6期49卷 243-250页

作者：曾爱平张嘉玮任恩明刘涛姜飞刘兴金苏怀瑞山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250104 山东省煤田地质局物探测量队山东济南250104 中国矿业大学资源学院江苏徐州221116 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250104

煤厚变化对煤炭安全高效开采具有重要的影响。针对三维地震数据中含有噪声时,易导致煤厚预测结果具有较大误差的问题,提出一种利用变模态分解(VMD)和支持向量机(SVM)方法结合进行煤厚预测的方法。首先,构建煤厚楔形模型并对其进行地震... 详细信息

煤厚变化对煤炭安全高效开采具有重要的影响。针对三维地震数据中含有噪声时,易导致煤厚预测结果具有较大误差的问题,提出一种利用变模态分解(VMD)和支持向量机(SVM)方法结合进行煤厚预测的方法。首先,构建煤厚楔形模型并对其进行地震正演模拟,当煤层厚度较薄时,振幅属性和频带宽度属性与煤厚之间具有较好的正相关性,而瞬时频率属性与煤厚具有较好的负相关性;对正演地震记录增加噪声,结果表明噪声对利用地震属性进行煤厚预测具有较大影响。利用VMD进行去噪之后,基于SVM进行煤厚预测,实际地震资料的煤厚预测结果与已有钻孔揭露的煤层信息较为吻合,预测煤厚最小绝对误差仅为0.02m,最大绝对误差0.52m,验证了方法的可行性和有效性。研究成果可为低信噪比区的煤厚反演提供参考。

关键词：变模态分解支持向量机煤厚地震属性

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近距离煤层群半煤岩上保护层开采卸压增透效应研究

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采矿与岩层控制工程学报 2022年第2期4卷 31-39页

作者：邓兆睿孙德全任仲久宋卫华辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250104 山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250104 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

基于保护层开采是治理低渗透率高瓦斯突出煤层最有效措施,针对薄煤层和极薄煤层保护层的开采,提出了截割软弱底板以增加开采高度的半煤岩保护层工作面开采方法。以中兴煤矿3203保护层工作面为工程背景,通过滑移线场理论分析计算了3203... 详细信息

基于保护层开采是治理低渗透率高瓦斯突出煤层最有效措施,针对薄煤层和极薄煤层保护层的开采,提出了截割软弱底板以增加开采高度的半煤岩保护层工作面开采方法。以中兴煤矿3203保护层工作面为工程背景,通过滑移线场理论分析计算了3203上保护层工作面开采后底板岩体的最大破坏深度,并采用数值模拟方法对半煤岩上保护层开采卸压增透效应进行讨论。研究结果表明:3203保护层工作面开采后,底板岩体最大破坏深度h_(max)达20.74 m,底板最大破坏深度距离工作面煤壁的水平距离为13.99 m;3203被保护层的卸压率为0.58,在3203工作面对应区域膨胀变形率均大于6‰;残余瓦斯含量为4.57 m^(3)/t,可解吸瓦斯量W_(j)为0.68 m^(3)/t,煤层透气性系数由0.0437 m^(2)/(MPa^(2)·d)增加至1.08 m^(2)/(MPa^(2)·d),孔隙率由3.5%增加至4.05%,残余瓦斯压力为0.31 MPa,实现了高瓦斯矿井突出煤层高效、安全、经济生产的目的。

关键词：近距离煤层群半煤岩上保护层卸压增透底板破坏深度

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高抽巷抽放速率对采空区复合灾害防治的影响研究

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矿业安全与环保 2021年第2期48卷 44-48,54页

作者：王红梅金珠鹏赵善友李俊志翟光顺侯沣峻山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250104 山东省煤田地质局第四勘探队山东潍坊261201 黑龙江科技大学矿业工程学院黑龙江哈尔滨150027 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250104

为研究高瓦斯矿井采用高抽巷防止采空区复合灾害的发生,以山西大同塔山矿13190工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等手段,对13190工作面的风量分布、瓦斯治理效果和氧化带宽度进行了风险分析。结... 详细信息

为研究高瓦斯矿井采用高抽巷防止采空区复合灾害的发生,以山西大同塔山矿13190工作面工程地质条件为背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等手段,对13190工作面的风量分布、瓦斯治理效果和氧化带宽度进行了风险分析。结果表明:随着抽放速率的提高,可有效保证通风稀释瓦斯的安全性,但同时漏风量的增加使得氧化带宽度增大。通过对采空区CH_(4)体积分数、漏风量和氧化带分布变化进行风险评估,确定合理的抽放速率为180 m^(3)/min,并通过现场工业性试验进行了验证。研究成果可为类似条件工作面回采过程中高抽巷抽放速率的优化调整提供依据。

关键词：高抽巷抽放速率数值模拟瓦斯灾害煤体自燃

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大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力影响研究

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煤矿安全 2022年第1期53卷 79-84页

作者：李小彦孙德全谢风华陈蓥王兆义侯唐业山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250104 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250104 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 梁宝寺能源有限责任公司山东济宁272404

为研究大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力的影响作用,利用厚壁理论模型建立实验室试验与现场围岩强度变化的对应关系,为实验室测试提供理论基础;利用数值模拟分析了大直径钻孔对围岩强度的影响作用,得到梁宝寺煤矿3320工作面煤壁钻孔卸... 详细信息

为研究大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力的影响作用,利用厚壁理论模型建立实验室试验与现场围岩强度变化的对应关系,为实验室测试提供理论基础;利用数值模拟分析了大直径钻孔对围岩强度的影响作用,得到梁宝寺煤矿3320工作面煤壁钻孔卸压后的围岩强度减弱了20%~25%;通过实验测试,得到了现场使用的锚杆和锚固剂的力学性能;选用PVC、6061铝和20#钢不同材质的套筒分析了不同径向刚度对锚杆锚固力影响,锚固力大小介于55.4~110 kN之间;依据等效径向刚度公式,确定了直径为150 mm的卸压钻孔使锚杆锚固力弱化约为10%,为保持等效的围岩控制程度,支护强度应设计为无卸压钻孔时的1.10倍。

关键词：大直径钻孔卸压围岩厚壁理论锚固力巷道支护

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地球物理测井在大南湖煤田北露天煤矿区的应用

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能源与环保 2020年第12期42卷 95-98页

作者：梁开华山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250000 山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250000

大南湖煤田北露天煤矿区位于新疆自治区哈密市南部,地处天山—兴安岭地层区大南湖坳陷内,具有良好的成煤地质条件。由于研究区以往研究程度较低,同时煤层较多且较为复杂,制约了煤田的综合开采。采用地球物理测井对研究区开展研究工作,... 详细信息

大南湖煤田北露天煤矿区位于新疆自治区哈密市南部,地处天山—兴安岭地层区大南湖坳陷内,具有良好的成煤地质条件。由于研究区以往研究程度较低,同时煤层较多且较为复杂,制约了煤田的综合开采。采用地球物理测井对研究区开展研究工作,对矿田西山窑组中段16、18、19、20、21、22、22下、23、25、27、28、29、30等主要煤层进行对比、解释,同时利用地球物理测井曲线对ZK5-6的构造形态进行研究,发现在19煤层与21上煤层间存在落差为15 m的正断层,在22煤层与25煤层间也存在落差为10 m的正断层,为煤层开采提供了重要依据。

关键词：地球物理测井煤层对比构造形态大南湖煤田新疆

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哈密大南湖北露天矿区烧变岩赋存特征研究

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能源与环保 2023年第3期45卷 178-182页

作者：许蓬王明山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250000 山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250000

烧变岩是煤层自然形成的一种特殊类型岩体,由于其良好的导水性和富水性,其中储存的地下水往往对煤田开采造成危害,其赋存特征研究是烧变岩水文地质特征的重要研究内容。新疆哈密大南湖煤田北露天矿田南部及中部分布Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共3个互不... 详细信息

烧变岩是煤层自然形成的一种特殊类型岩体,由于其良好的导水性和富水性,其中储存的地下水往往对煤田开采造成危害,其赋存特征研究是烧变岩水文地质特征的重要研究内容。新疆哈密大南湖煤田北露天矿田南部及中部分布Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共3个互不相连的火烧区,均为死火区。通过利用物探、钻探、测井等手段,控制火烧区边界,查明火烧区烧变岩的厚度、分布范围、烧蚀煤层层位,为查明火烧区地下水赋存特征及火烧区的水力联系提供地质依据。

关键词：大南湖矿区北露天矿区烧变岩赋存特征

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