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煤矿安全 2025年第5期 159-171页

作者：李连崇李鑫睿牟文强韩云春张永树东北大学资源与土木工程学院淮南矿业集团有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室

受复杂水文地质条件影响，矿井生产面临严重的水害威胁，涌水、突水事故时有发生，超前区域注浆已经成为防治煤层底板承压水害的主要方法之一，但由于底板岩性的非均质性以及断层、裂隙等地质构造的复杂性，注浆过程中常出现跑浆、漏浆... 详细信息

受复杂水文地质条件影响，矿井生产面临严重的水害威胁，涌水、突水事故时有发生，超前区域注浆已经成为防治煤层底板承压水害的主要方法之一，但由于底板岩性的非均质性以及断层、裂隙等地质构造的复杂性，注浆过程中常出现跑浆、漏浆及局部欠浆等问题，严重影响注浆效果和防水加固的可靠性。基于谢桥煤矿区域治理注浆工程资料，定义断层与注浆孔的垂直空间距离为断层距，对不同断层距条件下的浆液劈裂扩散机理进行了模拟分析，重点围绕浆液在断层附近的扩散路径、劈裂模式、应力场变化及微震监测响应偏差展开研究，揭示了不同断层距对浆液劈裂扩散特征的影响规律、起劈应力方向及微震监测响应偏差特征。结果表明：原位地应力-断层-浆液孔隙压的联合作用下，最大主应力的动态变化，对注浆劈裂扩散方向具有向一侧偏离的诱导作用，且该类型的影响范围存在极限值，受断层迹线长度、倾角、地应力等条件影响；在设计的注浆工程条件下，断层对注浆劈裂扩散的影响距离达到了40 m；在40 m内，断层的存在会使浆液发生偏向断层一侧的优势扩散，对其扩展路径和劈裂模式产生显著影响；断层会影响注浆前驱浆液劈裂I-II复合裂缝的应力强度因子KIC，使其注浆方向和劈裂压力发生改变。

关键词：长钻孔注浆矿井突水断层诱导浆液劈裂偏转微震监测

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煤矿未采区地面水平井全周期施工效果相互作用机制及开发建议

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煤炭科学技术 2025年第3期53卷 356-369页

作者：张寨男杨科华心祝叶春辉叶敏刘文杰池小楼吕鑫安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心安徽淮南232001 淮南矿业集团煤层气开发利用有限责任公司安徽淮南232001

为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异,揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制,结合朱集东矿ZJ2−1与ZJ2−2井施工现状,从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度,分析各段及各层位压裂效果的差异,并与微... 详细信息

为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异,揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制,结合朱集东矿ZJ2−1与ZJ2−2井施工现状,从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度,分析各段及各层位压裂效果的差异,并与微地震监测结果对比验证;分析钻井、压裂效果对气水产出效果的影响及停产诱因,揭示地面水平井钻井、压裂与排采工程全周期之间的相互作用机制,提出煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程面临的关键问题及建议。结果表明:ZJ2−2井较ZJ2−1井与ZJ2−1井的煤层较顶、底板压裂的裂缝打开效果好,而微地震结果显示顶底板压裂较煤层压裂效果好,这是由于压裂效果好不但需要裂缝均匀打开,还需要确保裂缝持久性高。钻井效果体现在钻井轨迹与井筒稳定2个方面,钻井轨迹不仅会直接影响井筒稳定,还会影响压裂效果,压裂施工会降低井筒稳定,而井筒稳定是保障排采工程顺利进行的基础。井筒稳定性受钻井层位、压裂施工、储层岩层与长期浸水等因素的影响均不可忽视,压裂效果好只是排采效果好的必要条件,排采效果的好坏很大程度上还受井筒稳定性与排采制度精细化程度的影响。两口井排采阶段均可划分为返排、上产、稳产、停产和再产气5个阶段,ZJ2−1井的返排率较大且大于1,说明存在邻近水源的侵入,导致压裂效果较好的ZJ2−1井的产气效果较差。最后,从地面水平井瓦斯治理技术优选、钻井轨迹精准控制、井筒稳定性控制、排采制度优化和水赋存环境探测等角度总结了煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程中存在的关键问题,并给出相应的开发建议,以期为煤矿未采区地面水平井瓦斯治理提供思路。

关键词：煤矿未采区地面水平井钻井轨迹分段压裂效果气水产出相互作用机制

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考虑微震数据连通性的煤矿底板注浆效果评价方法研究

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煤炭科技 2025年第2期 87-95页

作者：党保全余国锋朱昌淮贺世芳韩云春周继生张延喜秦广俊张刚淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司

深部煤矿资源开采受“三高一扰动”耦合作用影响，底板水害威胁愈发严重。地面区域超前治理是水害防治的主要手段，采用注浆封堵潜在的导水通道是目前最常用和成熟的技术。受限于监测条件和复杂地质环境，可用于评价注浆的监测数据不足... 详细信息

深部煤矿资源开采受“三高一扰动”耦合作用影响，底板水害威胁愈发严重。地面区域超前治理是水害防治的主要手段，采用注浆封堵潜在的导水通道是目前最常用和成熟的技术。受限于监测条件和复杂地质环境，可用于评价注浆的监测数据不足，如何表征浆液扩散范围及过程一直亟待解决。基于此，根据微震源参数，提出了考虑震源空间属性与震源机制的裂隙连通度指数，形成了微震数据驱动下的煤矿底板注浆效果表征方法。以谢桥煤矿X4孔组的底板注浆项目为试点，建立了用于注浆扩散范围可视化的三维模型。结果表明，大多数微震事件参与了标定浆液扩散范围并形成了清晰的浆液扩散包络和裂隙面。此外，通过XRD测试证明了评价结果的准确性和有效性。研究可推动微震监测技术在地下空间注浆的工程应用，优化评价浆液扩散范围及加固效果提供参考。

关键词：煤矿微震监测注浆裂隙连通度浆液扩散表征

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淮南矿区切顶护巷、留巷及无煤柱模式开采理论及实践

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能源与环保 2025年第4期47卷 266-273页

作者：任帅罗勇肖殿才高翔康志鹏余国锋任波淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司

淮南矿区目前已进入深部开采，平均采深-875 m,深部巷道围岩面临长时蠕变不稳定、变形大等难题，巷道控制困难、返修率高，深部巷道围岩治理亟待解决。基于淮南矿区深井地质条件，采用理论分析、工业性实验、归纳总结等方法，针对淮南... 详细信息

淮南矿区目前已进入深部开采，平均采深-875 m,深部巷道围岩面临长时蠕变不稳定、变形大等难题，巷道控制困难、返修率高，深部巷道围岩治理亟待解决。基于淮南矿区深井地质条件，采用理论分析、工业性实验、归纳总结等方法，针对淮南矿区切顶护巷、留巷及无煤柱模式开采理论开展研究，形成了淮南矿区应力减损调控技术，明确了切顶卸压护巷的实施范围，将护巷分为切顶卸压护已有巷道、切顶卸压护待掘巷道2大类型及5种模式；提出了淮南矿区沿空留巷无煤柱开采的煤巷顶板适用条件，优化了深浅孔交替爆破技术，明确了切顶高度、切顶间距等关键参数的设计方法；设计了实体侧巷帮加固锚索+浅深孔分步多级注浆方法，搭建了淮南矿区切顶卸压护巷的理论与成套技术框架，构建了“深浅孔交替切顶爆破—巷旁支护—巷内补强—煤帮协同支护”四位一体的淮南矿区无煤柱留巷自主创新技术体系。研究结果可为淮南矿区地压治理、巷道围岩控制提供有力支持。

关键词：淮南矿区深部煤层切顶卸压留巷无煤柱开采

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复合顶板煤层采空区自燃“三带”划分技术研究

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煤炭技术 2025年第1期44卷 131-134页

作者：高翔吕士磊陆春辉罗勇余国锋肖殿才任帅淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232000 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232000 平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司安徽淮南232000

针对泊江海子矿113107工作面侏罗系复合顶板易掉顶和暴露煤线,遗煤氧化可能导致煤层自燃的问题,综合运用实验室实验、现场监测和数值模拟等方法,对113107工作面采空区自燃“三带”及防灭火技术进行了研究。研究得到了煤自然发火标志气... 详细信息

针对泊江海子矿113107工作面侏罗系复合顶板易掉顶和暴露煤线,遗煤氧化可能导致煤层自燃的问题,综合运用实验室实验、现场监测和数值模拟等方法,对113107工作面采空区自燃“三带”及防灭火技术进行了研究。研究得到了煤自然发火标志气体及临界值,为煤层自然发火预测提供了预警指标;确定了113107工作面采空区自燃“三带”分布范围;为类似工程的防灭火安全技术研究提供了参考。

关键词：自燃煤层数值模拟标志气体自燃“三带”

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“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制技术研究

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 446-454页

作者：康志鹏罗勇任波段昌瑞肖殿才淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南232001

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,... 详细信息

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,分析巷旁支护体结构参数对于巷道稳定性的影响。结果表明:给顶板提供充足的支护强度以及合适的可缩量,是巷旁充填体整体稳定的前提;高水充填材料单轴加压下的力学行为可分为“均匀压密、弹性变形、动态失稳、劣化破坏”4个阶段;在充填体宽度增加过程中,最大应力表现为先增后减再增的趋势,在充填体1.6 m宽时出现稳定承载应力核;理论计算的切顶最佳高度为10.7 m。工程实践表明,工作面后方60 m范围无大变形和明显应力集中,围岩整体控制效果良好、结构稳定,留巷效果达到设计要求。

关键词：薄煤层沿空留巷高水材料聚能爆破

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大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

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矿业安全与环保 2024年第2期51卷 118-126页

作者：郑群余国锋仇文革陈昊喆刘洋淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232001 成都天佑智隧科技有限公司四川成都610031

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量... 详细信息

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。

关键词：深井软岩巷道数值模拟围岩耗能支护限阻耗能型支护限阻器

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复合顶板倾斜薄煤层小煤柱稳定机理与控制研究

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矿业研究与开发 2024年第9期44卷 40-47页

作者：康志鹏罗勇任波童政段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232001 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南市232001

为解决沿空掘巷大煤柱资源浪费、小煤柱护巷困难的难题,以宏能煤业花草滩煤矿2104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对倾斜煤层开采扰动下小煤柱的合理宽度进行研究,给出梯形巷道沿空掘进高强复合加... 详细信息

为解决沿空掘巷大煤柱资源浪费、小煤柱护巷困难的难题,以宏能煤业花草滩煤矿2104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对倾斜煤层开采扰动下小煤柱的合理宽度进行研究,给出梯形巷道沿空掘进高强复合加固支护方案。结果表明:基于岩体极限平衡理论得出煤柱宽度计算公式,并根据矿井实际数据得出煤柱宽度应大于3.35 m;巷道开挖后,侧向支承应力峰值会运移至煤体深部,其位置会随着煤柱宽度的增加而逐渐远离采空区,煤柱垂直应力峰值会随着煤柱宽度呈现先增加后减小,最终逐渐稳定的趋势;留设煤柱宽度为5 m时,巷道变形稳定,变形量小,煤柱承受的围岩应力减小,煤柱中心无塑性区贯通。现场实践表明,留设5 m煤柱,在采动影响段巷道采用“对穿锚索双向固定+一梁三柱补强支护”的方案,在沿空掘巷段布置穿层锚索深部锚固的支护方案,沿空梯形巷道变形较小,可满足安全生产的需要,经济效益显著。

关键词：复合顶板倾斜薄煤层小煤柱梯形巷道控制方案

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淮南矿区强采动影响下煤巷锚网安全支护与围岩控制技术

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煤炭工程 2024年第11期56卷 29-37页

作者：任帅肖殿才罗勇余国锋任波高翔淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232000 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南232000 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南232000

淮南矿区近年来逐步进入深部开采,围岩应力高、环境复杂、软弱破碎、稳定性差、变形剧烈等工程技术难题日益突出,传统支护技术的局限性日显露,因此本研究基于淮南矿区潘三矿深井地质条件,采用理论分析、数值模拟、工业性实验、现场实测... 详细信息

淮南矿区近年来逐步进入深部开采,围岩应力高、环境复杂、软弱破碎、稳定性差、变形剧烈等工程技术难题日益突出,传统支护技术的局限性日显露,因此本研究基于淮南矿区潘三矿深井地质条件,采用理论分析、数值模拟、工业性实验、现场实测等方法针对深部强采动影响下煤巷围岩控制难题开展系统深入研究,分析了淮南矿区深部强采动煤巷围岩赋存特征,主要为埋深大、岩性变化大、巷道断面大、复合顶板较多、煤体强度较低等问题,根据淮南矿区煤巷围岩赋存特征分析了深部强采动煤巷控制技术难点;针对淮南矿区深部强采动煤巷围岩控制技术难点,建立了“应力优化-围岩改性-锚固强化”一体化协同控制技术体系,创新了“切顶卸压—注浆加固-厚锚固层强化”一体化围岩控制技术;在2121(3)运输巷道开展了工业试验,巷道回采期间运输巷道两帮最大累积变形量为436.6 mm,底板累积最大相对位移量约为390.1 mm,小于原支护方式下变形量的50%;2121(3)运输巷道顶板浅部岩层1.5~1.8 m范围存在离层和裂隙发育,深部顶板岩层完整性较好,具有较好的承载性能,可以较好的维护巷道稳定性,验证了该技术体系在深部强动压煤巷围岩稳定控制上具有较好的维控效果。

关键词：淮南矿区强烈采动影响厚锚固层锚固梯度围岩控制

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特厚煤层低位双硬顶板破断失稳规律试验研究

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矿业研究与开发 2024年第1期44卷 48-53页

作者：康志鹏罗勇段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤碳安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232001 淮河能源控股集团有限责任公司、深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南市232001

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表... 详细信息

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表明:下位坚硬顶板自离层萌生到全部垮落工作面累计推进36m,推进60m时发生初次失稳破断,垮落厚度为4.2m,破断角为60°,顶板断裂线距煤壁5.8m,周期垮落步距约为23~25m;上位坚硬顶板自下分层垮落到完全垮落工作面累计推进23m,破断步距约为55~65m,破断角与上位坚硬顶板一致;位移监测结果显示,下位坚硬顶板与软弱夹层中下部分、上位坚硬顶板与软弱夹层上分层以及其上覆软弱岩层运动规律保持一致;双硬顶板破断失稳在采空区侧形成一定范围的应力升高区,应力峰值为23MPa,应力集中系数为1.57,应力峰值距影响范围为20m;下位坚硬顶板破断形成“短悬臂梁”结构,该结构随工作面回采动态前移形成小周期来压,上位硬顶破断形成“长砌体梁”结构,该结构破断失稳动载作用于下部“短悬臂梁”,使得其提前破断而共同作用于工作面支护体,形成大周期来压。研究结果可为特厚煤层开采多层硬顶条件下的围岩控制提供理论依据。

关键词：特厚煤层双硬顶板相似模拟破断失稳

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