检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭科学技术 2025年

作者：杜涛涛鞠文君卢志国潘俊锋夏永学中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司开采设计事业部煤矿灾害防控全国重点实验室冲击地压室

岩石水力压裂力学性质劣化程度准确测定是水力压裂卸压机理揭示和压裂效果评估的基础，为揭示岩石水力压裂力学特性劣化规律，分别设计了真三轴水力压裂物模实验和岩石力学测试实验两阶段方案，利用CT扫描重构裂缝三维形态，通过真三轴... 详细信息

岩石水力压裂力学性质劣化程度准确测定是水力压裂卸压机理揭示和压裂效果评估的基础，为揭示岩石水力压裂力学特性劣化规律，分别设计了真三轴水力压裂物模实验和岩石力学测试实验两阶段方案，利用CT扫描重构裂缝三维形态，通过真三轴水力压裂物模实验，制备含水力压裂裂缝的岩石试件；对制备的含水力压裂裂缝的岩石试件开展了岩石力学性质单轴、三轴压缩试验和巴西劈裂实验。研究结果表明，刻槽能够有效降低裂缝破裂压力，增大槽的宽度，有利于提高裂缝起裂概率，但槽间距太小裂缝易合并；压裂液粘度越高，泵注压力起压越快，裂缝破裂压力越高；排量越低，液体滤失所占比重越大，裂缝破裂压力越小，排量升高后，裂缝起裂压力显著增大，起裂所需时间越短。水力压裂后，岩石内摩擦角、内聚力、抗拉强度的折减系数分别为0.313、0.706和0.295；得到了弹性模量折减系数关系式，随围压增大，两种试样弹性模量均呈增大趋势，且增长速率逐渐减缓，而折减系数随围压增大呈降低趋势，但降低速率减缓；试样抗拉强度压裂后降幅70.49%，降低量达压裂后试样的2.39倍，试样抗拉强度显著降低表明压裂使试样内部产生裂隙，发生损伤，压裂前后标准差增大1.87倍，表明压裂过程使试样内部产生大量非均匀分布裂隙，微裂隙数量及分布特征存在较大差异，造成试样力学性能差异较大。

关键词：水力压裂压裂裂缝力学特性劣化规律折减系数

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煤层顶板“人造解放层”采动响应规律相似模拟研究

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采矿与岩层控制工程学报 2025年第2期 5-21页

作者：潘俊锋邬建宏贺海鸿高家明马小辉杜涛涛吕大钊中煤科工开采研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室冲击地压室陕西彬长矿业集团有限公司

通过地面“L”型井压裂厚硬顶板,在煤层上方形成“人造解放层”,可以显著降低冲击地压风险性。针对工程现场因手段受限而难以揭示“人造解放层”形成后覆岩在工作面回采过程中结构与载荷的变化特征,基于OFDR分布式光纤、压力盒以及三维... 详细信息

通过地面“L”型井压裂厚硬顶板,在煤层上方形成“人造解放层”,可以显著降低冲击地压风险性。针对工程现场因手段受限而难以揭示“人造解放层”形成后覆岩在工作面回采过程中结构与载荷的变化特征,基于OFDR分布式光纤、压力盒以及三维光学数字散斑监测等技术,开展厚硬顶板区域预裂形成“人造解放层”后覆岩结构与载荷采动响应规律相似模拟研究。结果表明,压裂使厚硬岩层的整体性及其强度得到有效弱化,工作面推进过程中覆岩能够及时、有序垮落,悬臂面积和悬臂长度减小,由未压裂条件下的长悬臂梁“F”形结构转变为压裂后的短悬臂梁“F”形结构;压裂后岩层破断不再满足于极限破断步距公式,而是受压裂裂缝影响控制,压裂层及附近上下关键层都将提前破断;压裂裂缝受采动应力作用再次发育,顶板局部覆岩出现裂缝超前缓慢发育现象,覆岩破断块体沿压裂裂缝切落,致使来压步距减小,压裂后来压步距降低了17%;同时,压裂后未出现因中高位关键层和基本顶同时破断,导致顶板覆岩出现大面积垮落的现象;工作面推进过程中,顶板压裂形成的“人造解放层”起到隔层作用,阻断了上层与下层的载荷硬传递,同时,压裂层内部裂隙发育,在由三向承载向两向承载转换过程中,结构不断劣化,丧失了大面积悬臂能力,从而降低了工作面超前覆岩变形和煤体应力集中度。

关键词：厚硬顶板区域卸压人造解放层采动响应光纤监测岩层活动

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煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性

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煤炭科学技术 2024年第9期52卷 137-149页

作者：潘俊锋马宏源贺海鸿闫耀东马小辉马文涛中煤科工开采研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室冲击地压室陕西彬长矿业集团有限公司

冲击危险性巷道围岩遭受外界动载荷扰动，常导致冲击地压发生。为了探索煤层大直径预卸压钻孔在动载扰动条件下的防冲卸压作用，综合采用理论分析、实验室试验以及数值模拟等方法，开展煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性研究。结... 详细信息

冲击危险性巷道围岩遭受外界动载荷扰动，常导致冲击地压发生。为了探索煤层大直径预卸压钻孔在动载扰动条件下的防冲卸压作用，综合采用理论分析、实验室试验以及数值模拟等方法，开展煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性研究。结果表明：大直径钻孔卸压区内的煤体形成弱结构，增大了衰减动载的能力，降低了冲击发生的可能性。低动载扰动下，孔洞裂隙扩展，声发射累计事件随着扰动周期增加呈上升趋势；较高动载扰动下，钻孔煤样损伤破裂程度加剧，声发射事件以高能量为主。随着动载能级和扰动周期增加，应力集中区、弹性高能区与钻孔之间的距离缩短，影响范围增大，围岩运动趋势增强，弹性能集聚程度增加；在低动载能级扰动下，钻孔发挥耗能卸压防冲的作用，能够维护围岩的稳定性，在高能级动载扰动驱动下，大直径钻孔防冲失效，钻孔孔壁易发生动力失稳破坏，造成围岩失稳。总体上大直径卸压钻孔存在弱化结构，能够耗能减冲，降低动载扰动程度，但在高能、高频动载扰动下，卸压钻孔围岩运动趋势增强，破裂响应程度剧烈，防冲效能存在极限性。

关键词：冲击地压大直径卸压钻孔动载响应卸压极限性冲击地压防治

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陕西煤矿冲击地压发生规律与分类防治

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 95-105页

作者：潘俊锋刘少虹马文涛夏永学王书文冯美华中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤矿灾害防控全国重点实验室(冲击地压防控分实验室) 北京100013 国家能源集团国源电力(神东电力)公司北京100033 中国中煤能源集团有限公司北京100120

随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移,西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省,煤炭开发供应规模稳居全国前列,但冲击地压灾害尤为突出,为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头,并为类似条件矿区冲击... 详细信息

随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移,西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省,煤炭开发供应规模稳居全国前列,但冲击地压灾害尤为突出,为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头,并为类似条件矿区冲击地压防治提供借鉴,通过分析陕西煤矿10年来的24座矿井、85起冲击地压案例,基本厘清了冲击地压发生规律,并开展了基于主控因素的分类防治研究。研究结果表明:陕西省煤矿冲击地压具有灾害矿井集中、灾害程度严重、多灾害叠加影响显著、防治难度大等特点;冲击地压监测技术、防治技术与地方法规建设历程几乎同步,达到了起步晚,起点高,示范效应强的结果;基于冲击地压主控因素,将陕西省冲击地压划分为3大类,分别为:坚硬顶板主导型、地质构造主导型和宽煤柱主导型,并针对主控因素提出弱化坚硬顶板、转移煤柱高集中应力、释放构造应力的防治方法。通过10年来的工程实践,不断优化矿井开采设计,探索煤层厚硬顶板千米顺层钻孔区域压裂新技术,加大防冲卸压技术的落实,冲击地压显现逐年减少,成果显著。

关键词：冲击地压陕西煤矿冲击地压监测冲击地压防治主控因素分类防治

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不同松散层第四含水层水压条件下关键层破断力学机理研究

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第5期6卷 129-144页

作者：于美鲁王中文刘瑜李春元李政岱王鲁瑀安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 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京100013 煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室北京102211 香港理工大学土木与环境工程系中国香港九龙999077

针对松散层第四含水层突水灾害防治问题,以岩层控制的关键层理论和中厚板理论为基础,对松散层第四含水层水压与主关键层之间的破断运移规律进行研究。统计并分析了6个典型厚松散层矿区的18个矿井松散层第四含水层水压、松基比及松散层... 详细信息

针对松散层第四含水层突水灾害防治问题,以岩层控制的关键层理论和中厚板理论为基础,对松散层第四含水层水压与主关键层之间的破断运移规律进行研究。统计并分析了6个典型厚松散层矿区的18个矿井松散层第四含水层水压、松基比及松散层厚度之间的关系,发现松基比和松散层厚度与松散层第四含水层水压之间呈显著的正相关。通过中厚板理论分析了不同松散层第四含水层水压条件下关键层破断力学机理,得出随着松散层第四含水层水压的增大,关键层破断力学因素由拉破断转化为剪破断。数值模拟分析验证了,随着水压的增加,剪应力占比逐渐增大,且关键块之间的结构也由连续且稳定砌体梁结构转换为非连续易失稳的台阶岩梁结构。松散层第四含水层水压的增大可能促使采空区原本稳定的砌体梁结构转化为台阶岩梁结构,促进导水裂隙带的发育。同时,在关键层岩块结构中出现了砌体梁与台阶岩梁共存的现象。不同松基比岩移边界线具有明显的“类指数曲线”特征,随着松基比的增加,岩移边界线由“直线”转化为“类指数曲线”,且工作面推进过程中的覆岩运移具有明显的分区特征。

关键词：不同水压中厚板理论岩层移动松基比关键层

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强扰煤岩体蠕变过程中跨尺度非连续结构演化研究进展

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煤田地质与勘探 2024年第10期52卷 47-59页

作者：张良王来贵 REN Ting 李祥春高科李海涛赵善坤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京100013 河南省瓦斯地质与治理重点实验室−省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 School of Civil Mining and Environmental EngineeringUniversity of WollongongWollongong NSW 2522Australia 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤矿灾害防控全国重点实验室北京100013

【目的和方法】巷道围岩时效变形破坏、蠕变型冲击地压等灾害是深井面临的重大威胁,加之深部采动与结构变化的影响,亟需研究强扰煤岩体蠕变过程中跨尺度非连续结构演化规律,系统回顾煤岩体力学性质的尺度效应、非连续结构与多物理场效应... 详细信息

【目的和方法】巷道围岩时效变形破坏、蠕变型冲击地压等灾害是深井面临的重大威胁,加之深部采动与结构变化的影响,亟需研究强扰煤岩体蠕变过程中跨尺度非连续结构演化规律,系统回顾煤岩体力学性质的尺度效应、非连续结构与多物理场效应,以及煤岩体长时稳定性、蠕变演化规律与力学模型。【结果和结论】强调不同尺度(细观-宏观-工程尺度)、不同尺寸(REV范围内)煤岩变形破裂过程中非连续结构(包括裂隙和矿物)与物理力学性质存在密切的关联特征。指出煤岩体跨尺度非连续结构导致应力场非均匀分布,造成力学各向异性、尺度效应及尺寸效应,进而出现非协调宏观破裂现象。透明解析与推演煤岩变形破裂过程中跨尺度非连续结构与多物理场演化规律,是认识煤岩灾变内禀机制的关键。明确指出现有蠕变实验与蠕变模型在煤岩表面变形及破裂方面具有优势,但无法预测煤岩内部变形与非连续结构;为此提出了全尺寸CT扫描重构、数字体图像相关(DVC)、跨尺度等效岩体-等效晶质建模(SRM-GBM)相结合的破解方法。对扰动煤岩体蠕变前沿问题进行了讨论,阐明了非连续结构与应力引起内部变形损伤诱发蠕变这一新观点,指出非连续结构和应力是煤岩非协调蠕变的主控因素,最后建立了强扰煤岩体蠕变过程中跨尺度非连续结构与多物理场演化的精细化建模及透明解析新方法。研究成果为相关矿山灾害的发生机理、预警与防控提供理论基础。

关键词：强扰煤岩体蠕变本质跨尺度非连续结构内部应变场损伤演化透明解析 CT扫描与数字重构精细化建模

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上遗留边界煤柱影响下巷道应力异常段围岩控制技术研究

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煤炭工程 2021年第8期53卷 49-55页

作者：杨增强孙凯华李丰硕李岗伟任长乐支艺翔江苏建筑职业技术学院江苏徐州221116 山东省深部冲击地压灾害评估工程实验室山东济南250104 中煤科工生态环境科技有限公司北京100013 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

基于煤层群开采期间上遗留边界煤柱对于底板煤岩体的影响特征为工程背景,通过理论分析、精细化数值模拟分析、工业性试验和矿压监测等研究方法,对上遗留边界煤柱影响下巷道应力异常段围岩控制技术进行研究。结果表明:理论计算得知在遗... 详细信息

基于煤层群开采期间上遗留边界煤柱对于底板煤岩体的影响特征为工程背景,通过理论分析、精细化数值模拟分析、工业性试验和矿压监测等研究方法,对上遗留边界煤柱影响下巷道应力异常段围岩控制技术进行研究。结果表明:理论计算得知在遗留边界煤柱中轴线正下方主要受垂直应力影响;而在遗留边界煤柱两侧正下方主要受剪切应力影响;数值模拟运算得知051606回风巷应力异常段顶板主应力差主要集中于遗留边界煤柱中轴线正下方处,顶板剪切应力约为6.0-7.0MPa,底板剪切应力约为5.0-6.0MPa,主要集中于遗留边界煤柱两侧正下方处,理论计算与数值模拟结果相一致;后续051606工作面回采期间巷道应力异常段围岩偏应力分布整体呈非对称形式,针对性采用非对称补强修复措施。矿压监测表明围岩整体变形量控制良好,能够很好的满足安全生产需求。

关键词：煤层群遗留边界煤柱应力异常段补强修复

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岩-煤组合体试样变形场与能量演化特征试验研究

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山东科技大学学报（自然科学版） 2022年第5期41卷 30-39页

作者：孔凯尹大伟张虎朱海峰李法鑫孙德全张士川王沉山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东能源西北矿业永明煤矿陕西延安717300 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 枣庄王晁煤矿有限责任公司山东枣庄277518 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

采用数字散斑应变测量系统进行灰岩-煤组合体试样单轴压缩变形破坏演化试验,分析组合体试样变形局部化带和能量演化特征,揭示其渐进破坏机制。组合体试样变形局部化带演化主要与其内部原生裂纹起裂、扩展有关,变形局部化带首先出现在原... 详细信息

采用数字散斑应变测量系统进行灰岩-煤组合体试样单轴压缩变形破坏演化试验,分析组合体试样变形局部化带和能量演化特征,揭示其渐进破坏机制。组合体试样变形局部化带演化主要与其内部原生裂纹起裂、扩展有关,变形局部化带首先出现在原生裂纹区域,沿最大主应力方向发育扩展,煤样内变形局部化带发育扩展相对较快,变形局部化带交汇、贯通导致组合体试样整体破坏失稳。变形局部化带位移错动量演化主要经历微变化、线性缓慢增长、非线性加速增长3个阶段,与轴向应力变化基本相对应,峰后变形局部化带快速扩展贯通,位移错动量非线性加速增长。外界输入能量主要被煤样变形破坏所消耗,煤样首先发生渐进破坏而释放能量,交界面处灰岩、煤样由协同变形转为非协同变形;煤样破坏诱发灰岩回弹变形并释放弹性能,部分弹性能作用于煤样而加剧其破坏,煤样发生拉-剪混合破坏;煤样内裂纹扩展传播至灰岩内,并与灰岩内裂纹贯通,导致其拉伸破坏。

关键词：岩-煤组合体数字散斑变形场变形局部化带弹性变形能

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