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深厚表土井筒监测及其偏斜规律研究: 2024年; 为研究深厚表土层立井井筒偏斜变形规律,以山东郭屯煤矿主副井为例,采用钢丝基线法对其展开多期变形监测;基于井筒多期监测数据,获取井筒偏斜动态信息,结合地质条件与矿区活动,研究井筒偏斜变形时空特征,分析井筒局部参数变化,对比井筒偏斜差异,揭示深厚表土层井筒偏斜变形规律。研究结果表明:受开采注浆等活动影响立井井筒偏斜时间特征可划分为“增-减-稳”3个阶段,空间特征主要表现为基岩层偏斜较小而表土层呈函数状显著变化,井筒与其表土层处偏斜动态近似相等,井筒最大偏斜区域也趋近于井口处;主副井整体向西北采空区偏斜且存在方位上的差异,井筒东西方向整体偏斜占比97%以上,而南北方向仅在20%以下,其与工作面方向上远近距离高度相关;开采扰动引发的深厚表土层水平位移随井筒高度上升而增大是造成井筒偏斜的主要原因。; 王金正李国强李培帅孟凡超孔家朱晓峻刘辉程小龙; 关键词：深厚表土立井井筒

深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制及防控试验研究: 2024年; 针对日益严峻的巨野煤田大巷煤柱冲击地压现状,以赵楼煤矿七采区大巷煤柱固定区域频繁冲击为工程背景,采用现场实测、数值模拟、理论分析和工业试验等方法,研究深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制,提出一种高应力孤立煤体弹核压裂防冲新方法,得到以下结论:采用PFC数值模拟发现厚表土随采场倾长的阶段性增长存在均布载荷、土压力拱、土拱与均载并存共3种加载模式,对应划分厚表土采场顺序接续条件下的地层运动阶段分别为基岩破断运动、岩土初次联动和岩土周期联动。通过研究断层阻隔与顺序接续条件下的厚表土地层载荷传递机制,设计了断层煤柱整体载荷分布曲线的量化方法,基于大巷切割影响的断层煤柱应力演化规律,建立孤立煤体应力分区承载工程模型,推导大巷孤立煤体群整体、局部失稳冲击工程判据。揭示深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制:由于岩土地层联动加载和大巷平行断层阻隔耦合影响,断层煤柱承载采场转移应力高度集中,同时大巷切割导致煤柱整体应力分散至孤立煤体群承载,当任一孤立煤体满足失稳冲击判据时,断层煤柱即频繁发生冲击显现。提出了一种高应力孤立煤体弹核压裂防冲方法,其原理为通过水力压裂降低弹性核区承载能力以促使孤立煤体整体载荷重新分布,实现其承载应力降峰均载的防冲目标,经工业试验发现弹性核区注水起裂压力约30 MPa,裂缝扩展长度与应力均化宽度大于21.2和14.5 m,现场监测表明弹核压裂能够减少孤立煤体应力集中程度,有效降低孤立煤体冲击危险水平。; 张翔朱斯陶张修峰王超陈洋李士栋孔震朱权洁袁腾飞; 关键词：采矿工程深厚表土断层水力压裂

深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制研究被引量：3: 2024年; 深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压具备高隐蔽性、强破坏性、难防护性和长延续性的破坏特征,煤矿现场难以有效预警和防治。以巨野煤田某矿2305S工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制。探讨了深厚表土综放采场岩-土地层初次、周期联动的空间结构和力学特征,设计了深厚表土综放采场断层煤柱承载地层传递载荷、上覆自重载荷和断层构造载荷的估算方法,提出了深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压的力学判据。根据模拟应力增速演变规律将断层煤柱回采过程划分为蓄能阶段和临界阶段,其中临界阶段整体失稳冲击危险水平快速提升。揭示了深厚表土综放采场断层煤柱整体失稳型冲击地压机制:断层与沿空面斜交形成的断层煤柱具备高水平的基础应力,当工作面推进至岩-土地层初次联动阶段时,走向地层传递载荷提高了断层煤柱的应力水平,同时连续推采条件下其承载面积不断减小,当载荷量超过弹性承载区的失稳阈值时即发生整体失稳型冲击地压。设计了此类型冲击地压治理方案,包括采前整体冲击危险评估、井地联合区域监测-弹核应力局部预警、分级承载多层卸压设计。; 张翔朱斯陶张修峰姜福兴刘金海陈洋万晓杨涛朱淳李佳洁; 关键词：采矿工程冲击地压深厚表土断层煤柱整体失稳

深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理被引量：7: 2023年; 应力加载型冲击地压是深厚表土综放采场特有的冲击地压类型,其发生机理尚不清晰,导致煤矿面临此类型冲击地压时无法有效防治甚至发生严重事故。以山东巨野煤田赵楼煤矿3304(超前100 m)长时间(持续38 d)冲击预警为工程背景,采用相似材料试验、理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的发生机理,得出了以下结论:由模拟试验和理论分析提出了深厚表土综放采场的覆岩空间运动特征,基于承载基岩初次破断时厚表土的成拱性和延时加载性,推导了厚表土垮落拱和压力拱的轮廓表达式,建立了深厚表土综放采场走向覆岩传递应力估算模型。揭示了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压机理:当承载基岩达到悬露极限发生断裂回转时,厚表土层运动下沉形成土压力拱结构,其上覆巨厚表土层自重通过拱脚传递至煤层中,导致煤壁前方大范围煤层应力在短时间内大幅度持续升高,容易诱发应力加载型冲击地压。数值模拟结果表明深厚表土综放采场承载基岩断裂后,厚表土呈现由下至上渐进式破碎、垮落的运动特征,采场以岩、土接触面为界形成2个压力拱,表土压力拱传递的表土自重导致煤壁前方大范围煤层应力高度集中。现场实测表明应力加载效应发生后采场动载释放水平较低且呈现固定位置的微震集中带,土压力拱的形成将限制表土层快速下沉,工作面位于土压力拱的支点区域进行回采工作,当工作面推过该支点加载区域后,土压力拱破坏导致采场地表整体大幅度下沉。设计并实施了深厚表土综放采场应力加载型冲击地压的防治方案,包括井下地面联合监测预警、围岩高强度钻孔弱化、显现区域支护体系补强、“监测−卸压”临界推速控制。; 张翔朱斯陶姜福兴张修峰李士栋王超刘金海陈洋周涛李佳洁朱淳; 关键词：冲击地压深厚表土覆岩结构压力拱

深厚表土覆岩结构运移演化及高应力突变致灾机理被引量：9: 2023年; 覆岩运动演化是井下动力灾害孕育发生的根本原因,掌握具体地层条件下覆岩运动规律及其演化致灾机理对实现动力灾害防控具有重要意义。以3301工作面为工程背景,综合运用相似模拟、理论分析与现场实测相结合的方法,研究了表土层−基岩不同厚度组合变化下基岩、表土层及地表下沉盆地的整体破坏形态与联合运移演化规律,揭示了2类典型表土层−基岩组合条件下的覆岩结构运移演化规律及采动应力传递形成机制,推导获得了巨厚表土薄基岩条件下的支承压力定量表达式,并提出了高应力突变致灾宏观判别准则,现场工程实践验证了模型合理性。得到主要结论:①煤层开采后软弱基岩呈现非对称“类梯形”破坏形态,巨厚松散表土层呈现“倾斜漏斗形”破坏形态,表土层运移演化具有响应速度快、运移范围广、下沉系数大的特点;②表土层−基岩双层介质在不同厚度组合条件下的运移演化规律具有较大差异,厚表土层薄基岩(I型)条件下,基岩自下而上发生塑性破裂,破断岩体块度小,难以形成稳定结构;厚表土层厚基岩(Ⅱ型)条件下,基岩由塑性破裂逐渐转化为块式破断,破断步距逐步增大,关键层效应逐渐突显,破断后形成结构的承载能力提高,能阻止上覆表土层的运移和沉降,地表下沉量出现一定程度的减小;③深厚表土薄基岩条件下,工作面前方大范围表土层向采空区发生运移,载荷集中作用在工作面上方基岩和超前煤体内,同时由于基岩软弱、破断岩块尺寸较小、无法形成规模悬顶的特点,限制了载荷向煤壁前方更远处传递,致使呈现应力峰值大、影响范围小、波动性大特点;④建立了考虑深厚表土大范围运移、基岩塑性破裂特征的支承压力估算模型,获得了支承压力计算方法,并以3301工作面具体参数为例,估算出其支承压力影响范围为72 m,峰值为44.2 MPa,�; 孟祥军张广超李友李友陈连军赵仁宝陶广哲王冬王冬陈淼陈淼; 关键词：深厚表土层覆岩运动动力灾害支承压力

深厚表土综放采场孤岛煤柱整体失稳型冲击机理研究被引量：1: 2022年; 以赵楼煤矿7303工作面为背景,采用理论分析、数值模拟等方法,对深厚表土综放采场孤岛煤柱整体失稳型冲击机理进行了研究。通过研究发现了深厚表土综放采场孤岛煤柱的覆岩空间结构演化规律,以此建立深厚表土综放采场基岩断裂前后的支承压力估算模型,通过计算得到基于防冲的赵楼煤矿7303采空区孤岛煤柱临界宽度为113 m,并采用数值模拟进行验证。结果表明,留设120 m隔离煤柱不会发生整体失稳型地压。; 周涛夏彪李欢孔震袁腾飞周广飞朱斯陶; 关键词：深厚表土孤岛煤柱覆岩空间结构支承压力整体失稳

深厚表土地区多层水位升降诱发煤矿竖井井筒破裂机理研究: 我国华东地区煤矿井筒多处于深厚表土层中,深厚表土层具有高压缩性和大变形的力学特征,地下水赋存条件复杂。主流观点认为,深厚表土层水位升降变化导致土体作用给井筒竖向附加应力增大是井筒破坏的主要原因,但其具体的影响规律与地质条...; 齐文涛; 关键词：立井井筒安全评价

深厚表土井壁附加应变在线监测系统与工程应用被引量：1: 2022年; 本文构建了深厚表土井壁附加应变在线监测系统,系统从硬件层面上优化为数据采集模块直接下井就近采集传感器数据,软件层面上通过无线传输实现了远程云服务器实时大数据处理与分析。基于该在线监测系统,对李楼煤业副井井筒附加应变进行了实测,获得了其长期演变一般规律,即深厚表土中井壁附加应变受季节温度和竖直附加力综合作用,整体呈正弦曲线叠加负斜率直线函数变化,最大应变累积速率定量数值达-0.2464με/d。; 付长科况联飞邵谦; 关键词：立井竖直附加力

典型深厚表土煤层冲击地压模式研究被引量：7: 2020年; 煤矿冲击地压发生过程可描述为外部力源驱动围岩结构失稳或系统平衡状态突变。冲击地压发生过程中,应力起着重要作用。根据主控性应力来源或类型可得到我国煤矿冲击地压的区域性特点。其中,深厚表土地层控制型冲击地压属于巨野矿区特有的冲击地压类型,其显现特征与地层结构具有密切的关联性。针对此类冲击地压,通过案例与现场监测数据分析,探讨了典型深厚表土煤层冲击地压特征,结合煤层应力演化分析,表征了深厚表土煤层瞬时冲击和延时冲击过程,最后通过相似材料模拟试验揭示了煤层应力演化与覆岩运动、地层变形之间的关系,并对典型深厚表土煤层冲击地压模式进行了验证。研究表明:覆岩整体失稳促使煤层应力快速达到冲击地压临界应力,发生大能量冲击地压,表土层持续变形和移动促使煤层应力缓慢达到冲击地压临界应力,再次发生冲击地压;离层发育高度与回采距离有关,但具有明显的“平台效应”,煤层应力演化与离层发育有关,但相对于回采距离具有明显的滞后性;瞬时冲击地压加载机理为“覆岩结构运动→煤层应力演化→冲击地压”,延时冲击地压加载机理为“地层变形→煤层应力增长→冲击地压”;最后,提出了深厚表土煤层冲击地压监测对策。; 刘金海姜福兴朱斯陶李昊朱权洁; 关键词：冲击地压深厚表土

深厚表土层立井冻结壁稳定性上限分析被引量：1: 2020年; 在深厚表土层中采用冻结法建井时,冻结壁的稳定性是影响立井工作面和外层井壁安全的重要因素。本文在考虑深厚表土层中水平地压、混凝土水化热和冻结壁材料属性等因素影响下,采用极限分析中的上限定理建立冻结壁破坏模型,分析冻结壁在不同破坏模式下冻结压力上限值的变化范围及对立井空帮和外层井壁的影响,研究不同角度、不同深度下冻结壁破坏范围及对井壁的影响,并将计算结果与现场实测结果进行对比分析。结果表明,深厚表土层中冻结壁变形造成的冻结压力远大于通过重液公式计算得到的水平地压,随着埋深增加,不仅冻结压力显著增大,而且在冻结壁变形范围扩大时冻结压力增速加快。计算得到冻结壁不同破坏模式下的冻结压力上限值,与实测结果比较,推测出可能的冻结壁变形破坏程度,这有利于指导工程实际。; 陈骏陈岐范康一强赵志伟张蓝月; 关键词：立井冻结法稳定性分析冻结壁

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