煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术研究进展、关键科学问题与展望

1

作者 杨科 张寨男 +5 位作者 华心祝 刘文杰 吕鑫 池小楼 王长城 李彩青 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期944-964,共21页

煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 顶板水平井 全生命周期 卸压效果 水气运移 潜在危险区 排采效果

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

2

作者 张寨男 杨科 +5 位作者 华心祝 叶春辉 叶敏 刘文杰 池小楼 吕鑫 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期356-369,共14页

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... 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。 展开更多

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

煤岩瓦斯复合动力灾害监测预警与防控技术研究进展 被引量：5

3

作者 杨科 李彩青 +1 位作者 刘文杰 张寨男 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期18-32,共15页

煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动... 煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动力灾害研究进展。总结了以能量释放主体、初始瓦斯压力、载荷条件为主的复合动力灾害类型划分依据;梳理了理论分析尺度和实验室尺度下的复合动力灾害机理研究进展,发现应力路径、微裂纹动态演化和煤岩赋存地质因素临界指标是致灾机理研究的关键;概述了以前期灾害前兆信息判识、中期灾害前兆信息采集、后期灾害一体化监测预警为主线的复合动力灾害监测预警技术研究进展;揭示了复合动力灾害消能减灾一体化防控技术和多尺度分源防控关键技术科学内涵。在此基础上针对两淮矿区灾害特点,提出了深部强动载条件下复合动力灾害智能判识与预警方法和分区协同防控方法。基于当前研究进展,提出了煤岩瓦斯复合动力灾害研究亟待解决的问题,助力实现深部煤炭安全、精准、高效开采。 展开更多

关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 灾害分类 致灾机理 监测预警 灾害防控

在线阅读 下载PDF 职称材料

循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究 被引量：1

4

作者 杨科 郑诗章 +4 位作者 刘文杰 许日杰 张寨男 刘帅 池小楼 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期150-161,共12页

为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明... 为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。 展开更多

关键词 循环冲击 煤岩组合体 动力学特性 能量耗散 分形维数 裂纹扩展

在线阅读 下载PDF 职称材料

远距离下保护层开采卸压增透效应及瓦斯抽采方案 被引量：1

5

作者 杨科 孙啸天 +2 位作者 刘帅 郭鹏慧 张寨男 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期1-9,共9页

针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。... 针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。结果表明:保护层开采,产生延伸至被保护层的纵贯式穿层裂隙,基本顶发生平均步距15 m左右的周期破断,煤层压力先减小,采空区中部重新压实后,应力开始逐渐恢复;在围岩内形成应力增高区域,而应力在向采空区中部演化时,则以近似于弧状的应力递减圈形态发育。因煤层采动在采空区两侧形成离层裂隙发育区,为瓦斯流动提供通道,被保护层也因此得到卸压,其卸压率达到0.91,增透率增幅为5%~20%,被保护层出现明显卸压增透效应。为解决保护层开采后瓦斯需卸压抽采的问题,设计了穿层钻孔、顺层钻孔、高位钻孔配合拦截钻孔和采空区埋管的瓦斯抽采方案。 展开更多

关键词 卸压增透 瓦斯抽采 远距离 下保护层开采 相似模拟 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

深部厚硬顶板综放开采覆岩运移三维物理模拟试验研究 被引量：27

6

作者 杨科 刘文杰 +3 位作者 焦彪 张庆贺 刘帅 张寨男 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期85-93,I0004,共10页

为分析深部厚硬顶板破断对厚煤层安全开采的影响,根据胡家河矿402102工作面工程地质和开采条件,构建了大型真三维相似物理模拟试验(3500 mm×3000 mm×2000 mm),开展了留煤柱双工作面开采的试验研究。利用光栅位移连续监测装置... 为分析深部厚硬顶板破断对厚煤层安全开采的影响,根据胡家河矿402102工作面工程地质和开采条件,构建了大型真三维相似物理模拟试验(3500 mm×3000 mm×2000 mm),开展了留煤柱双工作面开采的试验研究。利用光栅位移连续监测装置对采动覆岩位移进行实时监测,获得了厚硬顶板条件下厚煤层开采覆岩破断运移规律和"三带"动态演化特征。研究结果表明:厚硬关键层变形破断时,软弱岩层会发生协同运动,位移监测点位移量发生突增,监测点位移曲线随工作面推进呈"台阶式"变化。在一侧临空条件下,402102工作面亚关键层1(粉砂岩)初次破断步距为43 m,周期破断步距为21 m;亚关键层2(含砾粗砂岩)初次破断步距为74 m,周期破断步距为51 m;亚关键层3(中砂岩)初次破断步距为171 m。当亚关键层2发生周期性破断和亚关键层3发生初次破断时,采空区位移监测点位移量均发生增幅,覆岩发生大范围整体性运动,矿压显现较为剧烈;受402103采空区采动覆岩结构的影响,在402102工作面回采时,其回风巷侧覆岩运移较为剧烈,巷道受动压影响较大。根据位移监测点的位移量和覆岩变形碎胀因子max(Ki)的大小,对采动覆岩"三带"发育形态进行了初步判别,亚关键层1(粉砂岩)和亚关键层2(含砾粗砂岩)均处于冒落带中,且随着工作面推进,冒落带和裂隙带高度呈"台阶式"增大。 展开更多

关键词 三维相似模拟试验 光栅位移连续监测 厚煤层开采 覆岩运移

在线阅读 下载PDF 职称材料

循环载荷下含水砂岩裂纹演化与损伤特征试验研究 被引量：19

7

作者 杨科 张寨男 +3 位作者 池小楼 吕鑫 魏祯 刘文杰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期1791-1802,共12页

基于矿井地下水库岩体频繁受到矿震、采动应力等循环荷载扰动这一工程背景,在实验室条件下开展了不同含水率砂岩单轴及循环加卸载试验,采用数字散斑技术,揭示了不同含水率砂岩裂纹扩展及破坏规律,基于电镜扫描微观分析,获得了循环载荷... 基于矿井地下水库岩体频繁受到矿震、采动应力等循环荷载扰动这一工程背景,在实验室条件下开展了不同含水率砂岩单轴及循环加卸载试验,采用数字散斑技术,揭示了不同含水率砂岩裂纹扩展及破坏规律,基于电镜扫描微观分析,获得了循环载荷下不同含水砂岩微观劣化机制。试验结果表明:单轴及循环加卸载条件下,随着含水率增大,砂岩峰值强度均逐渐降低。干燥砂岩峰值轴向应变经历初始变形、等速变形、加速变形和失稳破坏4个阶段,含水砂岩经历初始变形、等速变形和失稳破坏3个阶段;随着含水率的增大,对应阶段内峰值轴向应变逐渐减小。通过变形率分析法验证发现,水对砂岩的变形记忆特性并无影响。单轴循环加卸载条件下,砂岩的破坏模式由干燥时的张拉-劈裂破坏逐渐向拉-剪混合破坏过渡,至饱和状态时呈现单一的剪切破坏。电镜扫描结果表明,随含水率增大,破裂结构面逐渐由光滑结构、浑圆状结构、片状结构向完全破碎结构过渡。随着含水率增大,绝对损伤参数不断增大,从侧面反映水岩耦合损伤的正相关性;累计损伤参数累积速率更快,同一循环周次下,累计损伤参数也更大。 展开更多

关键词 单轴循环加卸载 含水砂岩 数字散斑 裂纹扩展 损伤特征

在线阅读 下载PDF 职称材料

饱和煤样力学及损伤特征的加载速率微观作用机制研究 被引量：5

8

作者 杨科 张寨男 +4 位作者 华心祝 刘文杰 池小楼 吕鑫 王于 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期130-142,共13页

为探究煤层注水防冲解危后,工作面推进速率是否会对煤矿井下安全、高效生产造成二次影响,开展了不同加载速率下干燥及饱和煤样的单轴压缩试验,探究了饱和煤样的峰值强度、声发射能量及声发射的RA值与AF值、断口形貌、分形维数以及冲击... 为探究煤层注水防冲解危后,工作面推进速率是否会对煤矿井下安全、高效生产造成二次影响,开展了不同加载速率下干燥及饱和煤样的单轴压缩试验,探究了饱和煤样的峰值强度、声发射能量及声发射的RA值与AF值、断口形貌、分形维数以及冲击倾向性特征的加载速率效应,揭示了饱和煤样损伤破坏特征的加载速率微观作用机制。研究表明:随加载速率增大,干燥及饱和煤样峰值强度先减小后增大,加载速率0.01 mm/s为导致强度转折的临界加载速率。不同加载速率下饱和煤样宏观破坏模式均为以剪切破坏为主的拉-剪复合破坏,最大声发射能量值先减小后增大,在临界加载速率时达到最小值。饱和煤样微观剪切裂隙占比先减小后增大,在临界加载速率达到极小值。饱和煤样破裂断口形貌由长槽状裂隙向完全不规则裂隙过渡,临界加载速率是大量不规则裂隙开始出现的转折点。随加载速率增大,饱和煤样破碎的小粒径煤屑质量占比减小,大粒径煤屑质量占比增大;干燥及饱和煤样分形维数均逐渐减小,拟合曲线满足幂函数规律,且饱和煤样较干燥煤样分形维数增大。随加载速率增大,干燥及饱和煤样的KE均存在先减小后增大的规律,在临界加载速率达到极小值。煤层注水对工作面冲击地压的抑制作用要高于加载速率对工作面的诱冲作用。在临界加载速率之前,随加载速率增大,饱水煤样微裂隙内部孔隙水压力增幅较小,贡献刚度小,竞争力较弱,而裂纹扩展速率增幅较快,竞争力较强;之后孔隙水压力增幅较大,贡献刚度增大,竞争力较强,而裂纹扩展速率相对增幅较慢,竞争力较弱。不同加载速率饱和煤样在孔隙水压力和裂纹扩展速率2个因素的相互竞争下,导致其力学及损伤特征规律呈现非线性特征。 展开更多

关键词 岩石力学 加载速率 饱和煤样 声发射能量 断口形貌 分形维数 冲击倾向性 微观作用机制

在线阅读 下载PDF 职称材料

大倾角厚煤层走向长壁分层开采再生顶板力学行为与稳定控制 被引量：4

9

作者 池小楼 杨科 +1 位作者 付强 张寨男 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1-10,共10页

针对大倾角厚煤层走向长壁分层开采再生顶板稳定性控制工程难题,结合淮南潘北煤矿1212(3)厚煤层分层工作面地质与工程条件,综合运用矸石侧限压缩试验、三维成像钻孔探测试验以及物理模拟与数值模拟等研究方法,分析了含水率、压缩率和粒... 针对大倾角厚煤层走向长壁分层开采再生顶板稳定性控制工程难题,结合淮南潘北煤矿1212(3)厚煤层分层工作面地质与工程条件,综合运用矸石侧限压缩试验、三维成像钻孔探测试验以及物理模拟与数值模拟等研究方法,分析了含水率、压缩率和粒径级配等因素对矸石压缩特性的作用机理及其对再生顶板稳定性影响程度的关联特征,获得了再生顶板结构特征与应力状态,揭示了再生顶板采动力学行为,制定了再生顶板稳定性控制措施,评价了再生顶板稳定性控制效果。研究结果表明:采空区泥岩与砂质泥岩黏土矿物含量高,利于矸石二次胶结;矸石受载压缩过程中的接触状态与应力状态不断调整,表现为再生顶板结构垂向上,下部与上部矸石压缩胶结程度均高于中部,倾向上,中上部矸石压缩胶结程度最小,再生顶板更易破坏;矸石粒径级配是影响再生顶板抗剪强度的主要因素,随矸石粒径增大,再生顶板表现出沿剪切线滑移到矸石颗粒错动鼓出的延性破坏,即再生顶板倾向下部采动破断剧烈程度较中上部缓和,中上部是再生顶板稳定性控制的重点防控区;主应力偏转驱动下分层采场空间不同区域再生顶板破断,提出再生顶板冒顶和煤壁片帮注浆与架棚加固方案,通过监测煤壁片帮深度与支架压力,再生顶板稳定性控制效果良好。 展开更多

关键词 大倾角厚煤层 重复采动 再生顶板 分层开采 围岩控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

地下水库真实水压环境下坝体试件力学响应与破坏特征

10

作者 吕鑫 何祥 +2 位作者 杨科 方珏静 张寨男 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2214-2224,共11页

地下水库坝体在水压环境下的稳定性是废弃矿井抽水蓄能电站长期安全运行的关键。针对地下水库真实水压环境,自主设计、研制伺服轴-水压联合试验装置,分析环境水影响方式,阐明轴-水压联合作用结构演化过程,判断坝体理论强度变化趋势,开... 地下水库坝体在水压环境下的稳定性是废弃矿井抽水蓄能电站长期安全运行的关键。针对地下水库真实水压环境,自主设计、研制伺服轴-水压联合试验装置,分析环境水影响方式,阐明轴-水压联合作用结构演化过程,判断坝体理论强度变化趋势,开展不同水压力环境坝体力学试验,确定水压对坝体试件力学性能影响规律,探讨细观断口形貌特征与宏观破坏形态。结果表明:真实水压环境对坝体试件产生水化学与水压力影响,涵盖7个方面的增强与弱化作用;试件水环境由外界围压水、贯通孔隙水、封闭孔隙水3个部分组成,在试件饱和及加载过程中水介质交互与裂纹扩展相互影响,水压力越大渗入量与影响越大;真实水压环境改变试件损伤量与有效孔隙,进而影响侧向有效应力与试件强度;随着真实水压环境的水压力增大,应力-应变曲线具有明显的屈服波动、强度先减小后增大、轴向应变则持续降低,试验机对试件的耗能逐渐减少,但耗散能占比增速加快;水压力增大后断口形貌处裂纹核数量减少,主裂纹依次为沿晶断裂-穿晶断裂-剪切破坏,细微裂纹数量增大,试件破坏形态经历张拉-张剪-剪切转变,且破坏愈加复杂,伴随崩脆声响。研究成果可提高地下水库监测评估准确性,并为废弃矿井抽水蓄能电站建设提供理论与试验依据。 展开更多

关键词 采矿工程 废弃矿井 地下水库坝体试件 真实水压环境 破裂断口 水压破坏机制

原文传递

废弃矿井遗留煤柱-人工坝黏结体失稳特征试验研究 被引量：6

11

作者 杨科 吕鑫 +6 位作者 刘钦节 杨彦群 池小楼 方珏静 付强 王于 张寨男 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1071-1083,共13页

煤柱-人工坝构建对利用关闭/废弃矿井地下空间储水至关重要,保证煤柱-人工坝黏结体结构稳定性是保障关闭/废弃矿井地下空间储水安全有效的基础。基于煤柱-人工坝黏结体受力状态分析,考虑三因素三梯度的黏结变量,制备29组不同黏结结构煤... 煤柱-人工坝构建对利用关闭/废弃矿井地下空间储水至关重要,保证煤柱-人工坝黏结体结构稳定性是保障关闭/废弃矿井地下空间储水安全有效的基础。基于煤柱-人工坝黏结体受力状态分析,考虑三因素三梯度的黏结变量,制备29组不同黏结结构煤柱-人工坝类煤岩试件,开展无侧压单轴压缩试验;并基于煤柱-人工坝黏结体强度、应变变化、能量演化规律与宏观破坏特征,分析煤柱-人工坝黏结体角度、宽度、深度参数对试件性能与失稳模式的影响。研究结果表明:煤柱-人工坝黏结体受力状态根据黏结紧密性可分为分体承载、分担承载和协同承载,且分别对应3种本构模型;煤柱-人工坝黏结体各组试件单轴压缩破坏过程中存在典型全应力-应变曲线各阶段特征,以角度参数划分的3条强度曲线均呈现出“V-v-V”型结构;将轴向应变以角度参数绘制曲线时,曲线趋势复杂,在30mm宽度时呈现为先减小后增加的趋势,35mm宽度时则表现为持续减小,而40mm宽度时表现出持续上升的趋势;试件能量变化与应力-应变曲线各阶段相对应,同时敏感性分析表明深度参数是试件强度的主控因素,而角度的改变引起的轴向应变变化最为明显,最优参数组合为70-30-7.5;根据黏结体试件破坏形态分析结果,煤柱-人工坝黏结体试件可分为分散双劈裂失稳、联合单劈裂失稳和承载双柱状失稳3种模式。 展开更多

关键词 关闭/废弃矿井 煤柱-人工坝 地下水库 黏结组合体 失稳模式

原文传递

大倾角煤层分层综采再生顶板应力分布规律研究 被引量：6

12

作者 池小楼 杨科 +2 位作者 付强 魏祯 张寨男 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期891-900,共10页

为研究下分层回采诱导再生顶板二次破断及应力重分布特点,结合潘北矿1212(3)工作面地质与工程条件,采用基于煤系地层赋存禀赋精细化建模技术的数值模拟,并结合物理模拟与现场实测,分析了大倾角煤层分层综采再生顶板应力集中、释放与转... 为研究下分层回采诱导再生顶板二次破断及应力重分布特点,结合潘北矿1212(3)工作面地质与工程条件,采用基于煤系地层赋存禀赋精细化建模技术的数值模拟,并结合物理模拟与现场实测,分析了大倾角煤层分层综采再生顶板应力集中、释放与转移演化特征,揭示了再生顶板破断应力驱动机制。研究结果表明:随下分层回采,采空区再生顶板破断岩块逐渐压实,应力恢复,再生顶板竖向应力释放拱高度降低;下分层倾向与走向再生顶板与煤柱形成高应力束组成的应力拱,应力拱内外岩体主应力低于应力拱中岩体主应力;应力拱在再生顶板中的岩层层位距采空区高度为30 m;结合相似物理模拟,悬臂梁与铰接岩梁破断主要发生在应力拱内;应力拱随下分层回采自工作面倾向上部向其下部发育,具体为倾向两侧上部最大主应力集中范围广、岩层层位高,中部次之,下部最小。现场矿压实测较好的验证了数值模拟结果。 展开更多

关键词 大倾角煤层 分层开采 采空区 采动应力 应力拱

原文传递

采空区破碎岩体负压注浆加固试验研究与机制分析 被引量：5

13

作者 吕鑫 杨科 +3 位作者 方珏静 段敏克 王于 张寨男 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期4174-4188,共15页

注浆充填不仅是应对深部开采围岩高应力大变形行之有效的方法,也是实现绿色低碳开采的关键技术。因此针对注浆加固工艺,设计不同负压压力注浆加固单轴压缩试验,探究负压注浆加固效果,结合多孔介质浆液流动效应,确定负压注浆浆液扩散模式... 注浆充填不仅是应对深部开采围岩高应力大变形行之有效的方法,也是实现绿色低碳开采的关键技术。因此针对注浆加固工艺,设计不同负压压力注浆加固单轴压缩试验,探究负压注浆加固效果,结合多孔介质浆液流动效应,确定负压注浆浆液扩散模式,归纳出注浆加固体力学特性影响因素,研究不同负压压力引起的试件物理参数变化,探讨负压注浆加固试件应力-应变曲线的4个阶段,分析注浆加固体的强度特征及变形趋势,总结负压注浆加固后的3种破坏形态,阐明负压注浆过程中的多方面作用机制。结果表明:破碎岩体实际情况与理论相左,负压注浆需考虑4个方面作用力,其加固力学特性受4个因素影响;随负压压力的增加,试件发生水灰比、孔隙率和掺入量的三重改变,试件密度整体呈先上升后下降趋势,表现出3个阶段特征,且试件孔隙率持续下降;负压注浆加固试件应力-应变曲线呈现出4个阶段变化,试件强度均值曲线与弹性模量均值曲线表现为先上升后下降趋势,而轴向应变均值曲线则先下降后上升,确定负压压力60 kPa为负压注浆加固压力阈值;负压注浆压力的不同,使得试件内部结构产生差异,最终表现为三类破坏形态;负压注浆过程受4个方面因素共同作用,既要考虑浆液水化反应,又要思考固液交界面液桥特性,同时还要兼顾注浆过程中的孔隙变化及真空脱水效应。研究成果对于注浆加固工艺改进有较大的参考价值,为煤炭清洁高效稳定开采提供理论及试验依据。 展开更多

关键词 采矿工程 注浆加固 负压注浆 破碎岩体 水化反应 真空脱水

原文传递