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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
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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
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基于光纤光栅传感技术的深部巷道围岩状态精准表征
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作者 朱威霖 杨科 池小楼 《中国矿业》 北大核心 2024年第10期177-184,共8页
巷道围岩的变形和破坏是制约煤炭安全、高效生产的主要因素之一,精准的巷道围岩变形和破坏监测对确保煤炭资源安全开采具有重要意义,但传统监测技术难以满足目前巷道围岩精确监测的要求。为探索巷道围岩监测新的方法,针对采动影响下深... 巷道围岩的变形和破坏是制约煤炭安全、高效生产的主要因素之一,精准的巷道围岩变形和破坏监测对确保煤炭资源安全开采具有重要意义,但传统监测技术难以满足目前巷道围岩精确监测的要求。为探索巷道围岩监测新的方法,针对采动影响下深部巷道围岩变形精准表征难题,结合淮北矿区杨柳煤矿1034工作面回采巷道工程地质条件,利用准分布式光纤光栅(FBG)传感技术,开展工作面回采过程中的巷道深浅部围岩动态变形特征实验研究。研究结果表明:回风巷两帮光纤应变变化存在较大差异,实体煤侧沿水平方向发生拉伸变形,煤柱侧因采动影响局部产生压缩变形且实体煤侧变形量是煤柱侧的两倍;随着工作面逐渐靠近监测位置,巷道围岩变形预演剧烈。工作面回采超前支承压力对于巷道围岩深部的影响越来越弱,围岩产生的应变也越来越小,应变峰值集中在孔深3~4 m;光纤光栅的应变分布与地层岩性相互对应,在弹性模量较小、岩性较软的泥岩中,光纤处于拉伸状态应变值较大,在弹性模量较大、硬度较高的细砂岩中,光纤处于压缩状态应变值较小。准分布式光纤传感技术能够实现在工作面回采过程中巷道围岩变形全过程监测,为深部巷道变形破坏的精准表征提供依据。研究成果可为后续巷道围岩状态感知提供参考与借鉴。 展开更多
关键词 巷道围岩 准分布式 光纤光栅 应变 精确监测
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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:4
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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
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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:2
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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
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煤矿智能化建设背景下采矿工程专业信息化改造与探索 被引量:2
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作者 池小楼 彭志妍 +1 位作者 杨科 段敏克 《科教导刊》 2023年第3期72-74,共3页
随着互联网信息技术发展以及煤炭安全精准开采理念的提出,以减人增效为目标的煤矿智能化建设如火如荼。安徽理工大学作为地方煤炭特色高水平大学顺应煤炭工业发展潮流,开启了传统工科采矿工程人才培养模式的改造升级。文章重点阐述了传... 随着互联网信息技术发展以及煤炭安全精准开采理念的提出,以减人增效为目标的煤矿智能化建设如火如荼。安徽理工大学作为地方煤炭特色高水平大学顺应煤炭工业发展潮流,开启了传统工科采矿工程人才培养模式的改造升级。文章重点阐述了传统工科向智能采矿新工科改革的课程体系构建、产学研信息化合作协同育人机制深化、智能采矿人才培养资源平台申报等方面的做法与成效。梳理了智能采矿工程专业改革中存在的问题,给出了利用废弃煤矿地下空间进行碳捕集―运输―封存―利用全过程的新能源专业建设解决思路。 展开更多
关键词 新工科 智能采矿 信息化 改造措施
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红一矿5煤采后上行开采4煤可行性研究 被引量:4
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作者 张晓春 霍晨磊 +3 位作者 杨勇 张运中 胡光成 池小楼 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第1期30-34,共5页
针对上覆含水层下采煤面临的采场控制难题,结合红一煤矿4煤、5煤工程地质条件,采用相似模拟、数值模拟和理论分析综合研究方法,分析了5煤采后顶板垮落特征及覆岩下沉变形规律,并对5煤采后上行开采4煤的可行性进行了判别。研究表明:5煤... 针对上覆含水层下采煤面临的采场控制难题,结合红一煤矿4煤、5煤工程地质条件,采用相似模拟、数值模拟和理论分析综合研究方法,分析了5煤采后顶板垮落特征及覆岩下沉变形规律,并对5煤采后上行开采4煤的可行性进行了判别。研究表明:5煤回采后垮落带高度约13 m,层间岩层形成稳定砌体梁结构,具有一定承载性,4煤呈“盆地式”整体下沉,下沉量约为3.0 m;基于三带判别和围岩平衡判别法,5煤采后4煤完整性良好,4煤位于5煤采后的裂隙带中。研究成果可为红一煤矿及其邻近矿井上行开采可行性提供理论基础。 展开更多
关键词 近距离煤层 上行开采 层间岩层垮落 模拟分析
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虚拟仿真技术在智能采矿专业实践教学中的应用 被引量:1
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作者 刘飞跃 杨科 +2 位作者 阚磊 朱晔 池小楼 《科教导刊》 2023年第4期40-42,共3页
我国煤炭行业已经进入智能化发展的新时代,2021年智能采矿工程被正式列入普通高等学校本科专业目录,其专业实践教学存在着系统繁多、学科交叉等现实难题。将虚拟仿真技术融入智能采矿工程专业实践教学中,构建现场实践与仿真实验相结合... 我国煤炭行业已经进入智能化发展的新时代,2021年智能采矿工程被正式列入普通高等学校本科专业目录,其专业实践教学存在着系统繁多、学科交叉等现实难题。将虚拟仿真技术融入智能采矿工程专业实践教学中,构建现场实践与仿真实验相结合、科研成果与教育教学相结合、校企合作与学科建设相结合的模式,将最前沿的技术理论服务于教学活动,实现“产―学―研”结合的智能采矿工程专业人才培养模式,提高学生的知识水平与就业竞争力。 展开更多
关键词 智能采矿工程 虚拟仿真 实践教学 学科交叉
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大倾角煤层综采工作面再生顶板与支架失稳机理 被引量:21
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作者 杨科 池小楼 +2 位作者 刘钦节 刘文杰 刘帅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3045-3053,共9页
针对底分层煤层开采诱导采场再生顶板二次破坏和支架失稳特点,以潘北矿1212(3)再生顶板下大倾角煤层工作面为例,综合运用井下钻孔三维成像对再生顶板结构实测、基于声发射监测技术的相似物理模拟和理论分析3种技术手段,对大倾角煤层综... 针对底分层煤层开采诱导采场再生顶板二次破坏和支架失稳特点,以潘北矿1212(3)再生顶板下大倾角煤层工作面为例,综合运用井下钻孔三维成像对再生顶板结构实测、基于声发射监测技术的相似物理模拟和理论分析3种技术手段,对大倾角煤层综采面再生顶板顶板结构、垮落特征以及支架失稳模式进行了研究。通过对底分层再生顶板施工的3个钻孔进行孔壁成像确定了底分层再生顶板胶结压实状态,结合相似物理模拟确定了煤层回采过程中的再生顶板垮落规律,并采用理论计算分析了再生顶板运动对采场支架稳定性的影响程度。结果表明:①受煤层倾角影响,再生顶板压实程度呈现出采场下部高于采场中部,采场上部压实程度最弱的非对称压实特征;②底分层顶板3~5 m范围内岩层易在支架间冒漏,此范围再生顶板是改变支架位态的关键岩层;③底分层再生顶板破断失稳经历了6个阶段,基于声发射信号强弱程度确定了采场下部再生顶板高位悬臂梁的断裂和上部再生顶板的滑移是引起底分层顶板破碎严重的主因;④基于现场支架载荷数据,验证了相似物理模拟准确性,标划出采场上部是支架稳定性重点防控区域;⑤在综合厘定再生顶板-支架作用关系基础上,构建再生顶板运动下的大倾角煤层采场支架倾倒和下滑失稳模型,分析支架受力特征,获得支架在倾倒、下滑临界状态下的架间作用力分别为-126.8 kN,86.2 kN,揭示了再生顶板载荷作用位置对支架稳定性影响显著;⑥探讨了护帮、护顶和护架的三位一体协同支护体系。 展开更多
关键词 再生顶板 支架失稳 综采工作面 大倾角煤层 围岩破坏
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煤岩组合体界面效应与渐进失稳特征试验 被引量:33
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作者 杨科 刘文杰 +3 位作者 窦礼同 池小楼 魏祯 付强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1691-1700,共10页
煤岩体组合特征决定着煤和岩石组合形成整体结构的变形失稳,为分析煤岩高比对煤岩组合体受载时力学特性、能量转化规律与失稳破坏特征的影响,制作了3种高比的“岩-煤-岩”(RCR)组合试件,开展了煤岩组合试件的单轴压缩试验和PFC2D数值模... 煤岩体组合特征决定着煤和岩石组合形成整体结构的变形失稳,为分析煤岩高比对煤岩组合体受载时力学特性、能量转化规律与失稳破坏特征的影响,制作了3种高比的“岩-煤-岩”(RCR)组合试件,开展了煤岩组合试件的单轴压缩试验和PFC2D数值模拟试验,并基于RCR组合体声发射信号和宏观破坏特征分析,获得了组合体界面效应影响下的渐近失稳特征和声发射能量演化规律。研究结果表明:煤岩组合体的损伤破坏表现出渐近非连续特征,损伤破坏首先在煤岩组合体的煤体中发生、发展,煤体裂纹发育至煤岩交界面时被阻隔,受煤岩组合体界面效应的影响和裂纹尖端强应力链的持续集聚,裂纹最终从煤体扩展至岩石中煤岩组合体发生整体性瞬时破坏;随煤岩高比增大,组合体单轴抗压强度、弹性模量、宏观起裂破坏时间和瞬时失稳破坏时间均呈降低趋势且瞬时破坏时动力显现也逐渐被弱化。由于RCR组合体结构和弹性储能的差异性,导致裂纹在煤岩组合体中的扩展能力、速度和角度不同,进而组合体呈现出不同的破坏形态,但组合体破坏形式具有相似性,其中煤体以剪切破坏为主,顶底板砂岩以劈裂破坏为主。在煤岩组合体渐进破坏过程中煤体的破坏诱导了顶底板砂岩的破坏,而砂岩的破坏加剧了煤体的损伤破坏程度和瞬时破坏时动力显现强度,形成了煤体砂岩破坏互馈机制。RCR组合体受载时声发射信号有明显的时段性特征,当RCR组合体发生整体失稳时,声发射信号频率较低,声发射能量值达到历史最大,根据煤岩组合体声发射前兆信息的时频、时空规律性特征可对煤岩动力灾害孕育与发生进行实时监测,实现煤岩动力灾害的精准感知与超前预警。 展开更多
关键词 能量转化规律 界面效应 裂纹扩展 渐进非连续破坏特征 失稳破坏机理 动力灾害防控
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真三轴单面临空下煤岩组合体冲击破坏特征试验研究 被引量:17
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作者 杨科 刘文杰 +2 位作者 马衍坤 许日杰 池小楼 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期15-27,共13页
煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学... 煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学特征和强度条件,探究了不同应力边界下煤岩组合体的破坏形态、动力显现特征和声发射信号的演变规律。研究结果表明:(1)受煤岩变形相互制约的影响,交界面处砂岩强度被“弱化”。当界面处煤体裂隙尖端的应力大于“弱化”后砂岩强度时,裂隙将穿过煤岩界面发育至砂岩中,砂岩呈现出屈曲层裂、劈裂成板的破坏形态。(2)高静载作用下,煤岩组合体变形破坏特征和声发射信号具有明显的前兆规律,组合体发生承载失效前煤体局部颗粒弹射动能增大、弹射颗粒块度降低,声发射信号由“高频低能”向“高频高能”转变,组合体的破坏形态以剪切-张拉复合破坏为主。(3)受冲击动载影响,顶底板砂岩夹持作用减弱,煤体裂纹尖端应力得不到有效积聚,裂纹扩展到煤岩交界面时被阻隔,组合体以煤样的张拉破坏为主,声发射信号呈现出“高频高能”的特点,但大多集中在冲击破坏之后,导致组合体动力破坏难以预测。(4)与纯静载作用相比,虽然动静载耦合作用下静载水平较低,但煤岩组合体的抛射质量和抛射碎块的分形维数较大、平均破碎块度较小,说明动载对煤岩组合体的破坏起到了正向激励的作用,静载为煤岩体动力破坏提供了应力和能量条件。 展开更多
关键词 采矿工程 冲击地压 动静耦合加载 煤岩组合体 动力显现特征 前兆信息规律
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厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制与防控技术 被引量:9
11
作者 杨科 刘文杰 +3 位作者 李志华 刘钦节 池小楼 魏祯 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期12-20,共9页
针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,... 针对潘四东煤矿11513大倾角工作面煤壁片帮、支架滑移倾倒和顶板大面积来压问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的研究方法对厚硬顶板下大倾角软煤开采的灾变机制和防控技术开展研究。研究结果表明:在厚硬顶板下大倾角软煤开采初期,围岩塑性破坏主要集中在煤壁和底板岩层;邻近工作面区域煤岩体位移表现出煤壁挤出位移量>底板鼓起位移量>顶板下沉位移量的特征;由于厚硬顶板的存在,随工作面推进距离的增大,煤壁挤出位移量逐渐增大,煤壁片帮失稳的概率倍增。根据厚硬顶板下大倾角软煤开采围岩位移和变形破坏特征,结合现场观测提出厚硬顶板下大倾角软煤开采2种灾害模式,一是以“片帮-冒顶”为主导,诱发“支架-围岩”系统发生大范围失稳的动态互馈的时发性灾害,二是厚硬砂岩破断诱发冲击动力显现的瞬发性灾害。基于厚硬顶板下大倾角软煤开采灾变机制,采用厚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术,控制厚硬顶板运动;采取煤壁注浆加固、支架防倒防滑以及“铺金属网+工字钢”辅助液压支架管理破碎直接顶等措施,防治煤壁片帮和破碎顶板漏冒,保证“支架-围岩”系统的稳态工作。通过对支架工作阻力和煤壁片帮统计分析发现,11513工作面采取系列防治措施后,煤壁得到有效控制,初次来压时,支架工作阻力较为富裕,安全阀开启较少且支架无明显倾倒滑移现象,实现了厚硬顶板下大倾角软煤的安全高效开采。 展开更多
关键词 厚硬顶板 煤壁片帮 支架-围岩系统 灾变机制 防控技术
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多关键层跨煤组远程被保护层煤壁片帮机理及防治 被引量:8
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作者 杨科 刘帅 +2 位作者 唐春安 魏祯 池小楼 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2611-2621,共11页
煤壁片帮是制约大采高软煤综采工作面安全、高效回采的主要因素之一。基于淮南矿区A组煤、B组煤煤系地层禀赋及下保护层开采生产条件,针对潘二矿11224工作面煤壁片帮破坏特点,采用现场实测、物理模拟、理论分析、工业试验等方法,研究了... 煤壁片帮是制约大采高软煤综采工作面安全、高效回采的主要因素之一。基于淮南矿区A组煤、B组煤煤系地层禀赋及下保护层开采生产条件,针对潘二矿11224工作面煤壁片帮破坏特点,采用现场实测、物理模拟、理论分析、工业试验等方法,研究了多关键层结构跨煤组远程下保护层开采覆岩采动裂隙发育规律和被保护层大采高软煤综采工作面煤壁失稳力学过程,揭示了回采前已受采动影响的煤壁片帮机理并提出控制措施。结果显示:①被保护层煤壁破裂形式主要为不规则滑移体沿破裂面的滑移运动,同时伴有区域多发性及倾向蔓延性,片帮迹线观测到贯穿煤层的节理弱面;②物理模拟显示,受下保护层开采影响,远程被保护层11224工作面处于覆岩“三带”中弯曲下沉带内,并出现大量随机分布的法向节理裂隙;③薄板模型极限挠度分析显示,采高、关键层空间结构、垮落带和断裂带岩层碎胀系数是决定“三带”发育高度的主控因素,理论计算所得“三带”发育特征与物理模拟一致;④基于煤壁片帮形式和受扰动影响特征,建立被保护层煤壁单元受力简化模型,给出考虑围压作用任意形态三棱柱体剪切破坏判据;⑤三棱柱体破裂后形成滑移体,主控弱面控制滑移体的摩擦滑动,提出滑移体沿结构面摩擦滑动失稳判据;⑥提高支架阻力和护帮力、采用“棕绳+注浆”柔性支护以及工字钢辅助铺网加强支架支护,可显著提高煤壁单位稳定性。 展开更多
关键词 大采高软煤 多关键层结构 保护层开采 煤壁片帮 矿压控制
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大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制 被引量:47
13
作者 杨科 池小楼 刘帅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1821-1828,共8页
针对大倾角旋转俯伪斜大采高综采面液压支架稳定性控制特点,结合潘二矿12124综采工作面地质与工程条件,开展了破碎顶板和软煤条件液压支架与刮板输送机稳定性控制机理与方法研究。基于现场观测数据分析,构建了大倾角综采工作面液压支架... 针对大倾角旋转俯伪斜大采高综采面液压支架稳定性控制特点,结合潘二矿12124综采工作面地质与工程条件,开展了破碎顶板和软煤条件液压支架与刮板输送机稳定性控制机理与方法研究。基于现场观测数据分析,构建了大倾角综采工作面液压支架倾倒与下滑两种失稳模式,对比分析了支架受力特征,揭示了支架失稳与煤层倾角、支架顶梁和直接顶的摩擦因数之间的关系。推导了液压支架带压移架的"带压临界值",提出了铺金属网带压擦顶追机移架方法。综合分析设计了旋采段回采调斜比例为1∶3,并确定了俯伪斜回采段输送机下滑量不应大于304 mm,并通过设置了防倒、防滑千斤顶的"三机"联合防倒滑措施,有效控制"三机"稳定性及片帮、冒顶,实现了大倾角厚煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 大倾角煤层 采煤方法 支架-围岩关系 矿压控制 安全高效开采
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近距离采空区下大倾角俯伪斜工作面矿压显现特征研究 被引量:10
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作者 肖家平 刘帅 池小楼 《煤炭工程》 北大核心 2019年第6期93-98,共6页
针对大倾角俯伪斜工作面矿压分布特点,结合潘北矿大倾角近距离煤层群开采地质与工程条件,开展了大倾角煤层采空区下俯伪斜工作面不同开采阶段支承压力演化特征研究。根据现场观测数据以及数值模拟分析,构建了不同回采阶段大倾角煤层俯... 针对大倾角俯伪斜工作面矿压分布特点,结合潘北矿大倾角近距离煤层群开采地质与工程条件,开展了大倾角煤层采空区下俯伪斜工作面不同开采阶段支承压力演化特征研究。根据现场观测数据以及数值模拟分析,构建了不同回采阶段大倾角煤层俯伪斜开采煤壁前方支承压力分布以及数值计算模型,计算了煤壁前方支承压力作用范围,揭示了大倾角煤层采空区下俯伪斜工作面支承压力'鞍型'分布特征。通过理论分析及现场实测分析了工作面周期来压步距及顶板来压强度,提出了工作面矿压控制对策,取得良好的经济技术效益。 展开更多
关键词 近距离采空区下 大倾角 俯伪斜工作面 矿压显现 顶板运动
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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:12
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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
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含水煤样动态拉伸能量演化与破坏特征试验研究 被引量:13
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作者 杨科 魏祯 +3 位作者 窦礼同 池小楼 刘文杰 张继强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期398-411,共14页
为研究不同含水煤样动态拉伸变形破坏过程的能量耗散规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水煤样进行冲击加载下的动态劈裂试验,并结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对煤样动态拉伸破坏过程进行观测。基于试验结果分... 为研究不同含水煤样动态拉伸变形破坏过程的能量耗散规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水煤样进行冲击加载下的动态劈裂试验,并结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对煤样动态拉伸破坏过程进行观测。基于试验结果分析,获得了煤样破坏过程能量耗散特性随含水率的变化规律,分析了含水率对破碎煤样分形维数的影响。研究结果表明,冲击载荷下应力波是煤样内部大量微损伤结构及原生孔隙、空隙损伤演化的主控因素,煤岩体破碎是一个能量吸收与耗散的过程,随着冲击载荷的增加煤样耗散能密度呈线性增大,但当入射能较小时煤样耗散能密度值相差不大;试样分形维数随加载气压的增加而增加,且增加速率有减小趋势,同种加载气压下,饱和煤样的分形维数最大,干燥煤样的最小;煤样破坏主要以拉伸劈裂为主,破坏裂纹沿加载方向发育,率先在圆盘中部起裂,随后萌生多条次生裂纹,次生裂纹随加载气压的增大而增多,低加载气压下,劈裂裂纹在煤样中的扩展时间较长,扩展速度较慢;基于数字图像技术发现冲击载荷下饱和煤样中部出现多个主应变集中域,且范围逐渐扩大最终沿径向发育贯通。 展开更多
关键词 动态拉伸 分离式霍普金森压杆(SHPB) 能量耗散 数字图像相关法(DIC) 分形维数
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大倾角煤层分层综采再生顶板破断规律研究 被引量:5
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作者 池小楼 杨科 +2 位作者 刘文杰 付强 魏祯 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1391-1400,共10页
针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212(3)大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值... 针对大倾角厚软煤层下分层安全综采问题,结合淮南矿区潘北煤矿1212(3)大倾角厚软煤层分层综采下分层工作面地质与工程条件,综合运用基于数字散斑、声发射监测与分布式光纤传感技术的物理模拟试验、基于煤系地层赋存禀赋建模技术的数值模拟试验相结合的研究手段,开展了下分层开采再生顶板破断倾向分区演化、再生岩体变形声发射能量与光纤应变响应规律及应力分布特征研究。结果表明:再生顶板破断由其破断岩块滑移、低中位悬臂梁和高位铰接岩梁断裂组成,双梁破断是引起下分层支架失稳的关键所在。下分层中上部双梁破断声发射能量呈高度聚集且持续时间短,光纤感知低位悬臂梁破断且中上部光纤应变峰值高,下分层中上部是支架与再生顶板稳定性控制的重点区域。下分层下部再生顶板破断岩块充填密实且粒径小,是架间与架前岩块漏冒多发区域。下分层再生顶板中形成高应力组成的应力拱,距采空区高度约30 m,双梁破断主要发生在拱内,拱中岩体破断对支架具有一定的冲垮作用。 展开更多
关键词 大倾角煤层 下分层开采 围岩破坏 相似模拟 数值模拟
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大倾角煤层旋采巷道围岩破坏机理与支护技术 被引量:6
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作者 池小楼 杨科 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第5期1504-1510,共7页
为解决大倾角煤层旋采巷道围岩变形控制难题,以潘北矿12124大倾角煤层回采巷道为工程背景,采用现场试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了旋采巷道破坏规律及上采空区支承压力对巷道的影响,分析得出大倾角煤层旋采巷道围岩破坏... 为解决大倾角煤层旋采巷道围岩变形控制难题,以潘北矿12124大倾角煤层回采巷道为工程背景,采用现场试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了旋采巷道破坏规律及上采空区支承压力对巷道的影响,分析得出大倾角煤层旋采巷道围岩破坏机理。结果表明:(1)旋采巷道拐点处断面较大,且受到上采空区及超前支承压力影响,巷道应力值增大,支护体压缩破坏失稳;(2)旋采至拐点前10 m处采空区煤柱应力与采动应力贯通,同时大倾角下巷道受到上覆岩层剪切应力影响,巷道变形增大。通过分析及工程实践,提出并实施了巷道卧底扩刷、锚网索联合支护方式,有效控制巷道变形,取得较好的社会效益。 展开更多
关键词 大倾角煤层 旋采巷道 围岩破坏 支护技术
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软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效应研究 被引量:1
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作者 刘钦节 付强 +2 位作者 倪惠宁 池小楼 魏祯 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第1期200-205,共6页
为了研究中间主应力对软岩巷道围岩变形的影响机制,以淮北矿区朱仙庄矿Ⅱ1053工作面软岩运输巷为工程背景,在地应力原位测试的基础上,采用FLAC3D软件构建了不同中间主应力条件的数值计算模型,开展了软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效... 为了研究中间主应力对软岩巷道围岩变形的影响机制,以淮北矿区朱仙庄矿Ⅱ1053工作面软岩运输巷为工程背景,在地应力原位测试的基础上,采用FLAC3D软件构建了不同中间主应力条件的数值计算模型,开展了软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效应研究。结果表明:中间主应力的改变,使巷道开挖后的应力分布、表面位移与塑性区发育情况都呈现一定的阶段性特征,表现出明显的"区间效应"。现场监测数据及钻孔窥视表明,该模型能反映现场实际情况。 展开更多
关键词 中间主应力 数值模拟 地应力原位测试 塑性区分布 区间效应
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工作面推进速度对顶板覆岩活动的影响 被引量:8
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作者 梁东民 池小楼 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第9期276-279,共4页
为研究工作面不同推进速度对顶板覆岩的影响,建立了顶板破坏的梁模型,并通过岩石力学试验,分析了不同加载速率下的力学特性。研究表明,工作面推进过程可视为对岩体的加载,并通过影响岩体加载速率,进而影响顶板覆岩的活动。低速推进时,... 为研究工作面不同推进速度对顶板覆岩的影响,建立了顶板破坏的梁模型,并通过岩石力学试验,分析了不同加载速率下的力学特性。研究表明,工作面推进过程可视为对岩体的加载,并通过影响岩体加载速率,进而影响顶板覆岩的活动。低速推进时,顶板应力峰值、位移量较大,不利于顶板的管理;推进速度较高时,材料破坏会由塑性向脆性转变,易发生切顶、岩爆等地质灾害。在回采过程中,选择合理的推进速度,能够最大程度的保障安全生产,实现良好的经济效益。 展开更多
关键词 顶板岩层 加载速率 推进速度 岩石力学 地质灾害
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