采矿与安全工程学报

Select

1. 页岩气／煤层气压裂井非均质缝网试井反演方法

吴永辉, 程林松, 谢维扬, 黄世军, 马立强, 方思冬

采矿与安全工程学报 2024, 41 (2): 407-419. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0326

摘要（512）

PDF（pc）（4877KB）（118）

页岩气／煤层气压裂井缝网反演是开发调整部署、提采方案优选与效果评价的基本依据,但储层天然裂缝发育,压裂缝网形态复杂、非均质性强,现有试井方法难以有效反演。在表征页岩气／煤层气赋存、非线性流动机理、不同尺度非均质缝网的基础上,建立了压裂井多介质渗流数学模型,基于改进格林元方法实现了模型的高效数值求解,获得了页岩气／煤层气压裂井的压力动态响应特征,明确了流动阶段与非均质缝网参数的影响规律,构建了非均质缝网参数的试井反演方法,并结合现场案例进行了应用研究。结果表明:页岩气／煤层气压裂井压力动态响应主要展示出6个流动阶段,考虑储层分区后会出现改造区拟稳态流动阶段;裂缝导流能力主要影响早期双线性与线性流阶段,裂缝长度对边界控制流之前的阶段均有较大影响;相同裂缝长度与压裂段数下,缝网形态的压力动态响应较弱,需要联合地质、压裂、微震监测等资料才能反演缝网非均质性;所提出的试井分析方法综合了缝网建模、动态模拟、特征线／图版拟合等过程,可以实现压裂井非均质缝网反演,为页岩气／煤层气气藏工程研究提供了理论基础与技术支持。

相关文章 | 多维度评价

Select

2. 煤系共伴生矿产协同开发

黄炳香, 赵兴龙, 韩晓克, 吴占伟, 袁国栋, 张青林

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 1-14. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0482

摘要（385）

PDF（pc）（11556KB）（211）

煤系共伴生矿产的矿种多,量大面广,与煤层叠置;煤系矿产协同开发是国家的重大战略需求。采动岩层活动叠加与流体迁移规律是煤系共伴生矿产协调开采的核心共性科学问题。采动应力、岩层变形、断裂与运动等叠加是影响煤系共伴生矿产协调开采的关键因素,层间岩层稳定性、层间岩层裂隙贯通度、层间岩层渗流失稳和矿层(体)破断台阶错动量是评价能否协调开采的关键指标。煤系共伴生矿产通过分区错时开采方法、污染物源头阻隔等协调开采技术,实现环境影响的协同控制效应。由于煤系共伴生矿产赋存位置与赋存状态的差异性,其协同开发产业链中所涉及的核心产业环节也有所不同,考虑不同矿种开采工艺与设备的兼容性,相应形成了不同的协同开发模式。目前初步形成了煤-铝-铁-镓综合开发(兴县模式)、煤-铀协调开采(伊犁盆地)、水-煤-气协调开发(鄂尔多斯)等模式或场景,提出了煤矿井下钻井采铀、油气等共采工艺技术。协同开发技术可行,安全与环境有保障。叠置矿产分矿权开发,易导致相互影响,彼此不能正常开采,安全风险及环境影响增大。煤系共伴生矿产的矿权配置是产业发展核心问题,亟需产业政策支持,促进行业高质量发展。提出了矿权改革、综合勘探、协同开发等政策建议,煤系共伴生矿产协同开发企业可有各矿种企业签订互不影响协议、以主矿体为主的联合相关矿种开发企业共同开发、成立叠置资源综合开发公司进行协同开发等3种企业模式。

相关文章 | 多维度评价

Select

3. 我国煤系共伴生矿产赋存特征及分布规律

吴占伟, 黄炳香, 赵兴龙, 韩晓克, 陈大勇, 王长申, 张清秋

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 29-46. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0479

摘要（329）

PDF（pc）（7007KB）（644）

我国煤系共伴生矿产有85种,种类多、分布广、储量大,具有很高的经济价值和战略价值,按工业属性和用途可分为煤系能源矿产、煤系金属矿产和煤系非金属矿产。系统性分析煤系能源矿产(煤系气、富油煤、油页岩、铀矿)、煤系金属矿产(铝土矿、铁矿、镓、锗、锂、稀土元素)及煤系非金属矿产(硫铁矿、高岭土、耐火黏土、膨润土、隐晶质石墨)的赋存特征和分布规律,总结论述我国14大煤炭基地煤系共伴生矿产赋存分布及开发利用状况。结果表明:煤系共伴生矿产主要赋存于煤层、顶底板中或在煤层附近岩层中单独成矿,分布规律与我国煤炭分布具有一定的相似性,呈现明显的时期性与区域性。我国煤系共伴生矿产形成时期主要集中在石炭-二叠纪、早中侏罗世和晚侏罗世-早白垩世3个成煤期,分布区域主要集中于华北的鄂尔多斯盆地、沁水盆地、华北南部盆地,西北的准噶尔盆地、伊犁盆地、吐哈盆地,东北的松辽盆地、二连盆地,西南的川南黔北地区,以及四川盆地等各大含煤盆地。我国神东基地、晋北基地、晋中基地、晋东基地、云贵基地和新疆基地煤系共伴生矿产种类储量丰富,具有广阔的综合开发利用前景。

相关文章 | 多维度评价

Select

4. 巷道开挖过程中围岩能量耗散特征

孟庆彬, 辛学奎, 宋子鸣, 宋洋, 程争民, 王昌

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 142-150. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0475

摘要（318）

PDF（pc）（7312KB）（405）

巷道围岩的变形破坏本质上是能量积聚、耗散及释放综合作用的结果,是能量驱动下的一种状态失稳现象,揭示巷道围岩能量分布规律有利于岩石工程的安全评价和稳定性分析。基于经典弹塑性理论及能量守恒定律,分析了巷道围岩弹性变形能、耗散能和外力功之间的关系,揭示了外力功与能量的演化规律。采用FLAC^3D内嵌的Fish语言编程及二次开发,完成FLAC^3D能量计算的功能拓展,并通过算例验证了所开发的能量模块的准确性和合理性;将此能量模块应用于巷道工程,实现了对巷道围岩弹性能量场、耗散能量场的可视化分析,探究了不同断面形状、尺寸对巷道围岩能量场分布及演化规律的影响,且巷道围岩耗散能集中区与主破坏位置基本吻合。从能量角度分析巷道围岩的稳定性,对巷道吸能支护设计具有重要理论意义和应用价值。

相关文章 | 多维度评价

Select

5. 地下矿山采场充填柔性封闭方法与应用

李宗楠, 郭利杰, 彭啸鹏, 赵越, 余斌

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 86-94. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0485

摘要（313）

PDF（pc）（3910KB）（395）

地下矿山采用充填法进行开采需要在采空区充填之前构筑封闭挡墙,高质量安全封闭技术是充填采空区的重要环节。研制了装配式柔性脱水充填挡墙,墙体骨架呈弧形网格状曲面结构,采用装配式建构方式,能够适应巷道规格变化,密封层使用透水织物,具有全断面脱水特征。设计了3.5 m×4.0 m规格试验挡墙,并在阶段空场充填采矿法和进路式充填采矿法充填采场开展了工业试验。结果表明:试验挡墙在过墙期间具有较好的脱水效果,高浓度料浆多次充填试验测得的墙体变形量未超过10 mm,膏体料浆一次充全高,最大变形量为34 mm,均在允许变形范围内。扩大试验安装成本分析表明,挡墙的综合换算成本约为435元／m³,验证了装配式柔性脱水充填挡墙的技术经济综合优势。

相关文章 | 多维度评价

Select

6. 动静载作用下区段煤柱能量响应特征及动力失稳机制

王方田, 王文林, 牛滕冲, 魏学谦

采矿与安全工程学报 2024, 41 (2): 221-231. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0316

摘要（307）

PDF（pc）（12265KB）（323）

针对综放工作面回采过程中高静载及强动载扰动下区段煤柱动力失稳问题，以陕西蒋家河煤矿为工程背景，采用理论分析、数值模拟、实验测试及现场实测等方法研究区段煤柱失稳能量判据、极限能量解析解、静载作用下区段煤柱应力、极限能量演化规律及动力能量响应特征，从能量角度阐明区段煤柱动力失稳机制，并对煤柱动力失稳危险区进行精准预测。结果表明：煤柱动力失稳应满足煤体单位时间内释放能量＞煤体耗散能量，静态失稳则满足煤体单位时间内释放能量≤煤体耗散能量。区段煤柱极限能量与最小主应力呈二次正相关关系，煤体损伤的加深会降低煤体极限能量。动静载组合影响下区段煤柱应力、弹性能均增大，超前采动应力影响范围约为工作面前方80 m，塑性区范围内区段煤柱弹性能＞极限能量，验证了理论分析的正确性。以弹性能与极限能量负向差值表征煤柱动力失稳危险性，负差值越大，动力失稳危险性越高。动载荷作用下，区段煤柱竖向应力峰值由41.87 MPa增至43.02 MPa、弹性能峰值由0.22 MJ/m3增至0.24 MJ/m3、塑性区逐渐延伸以至贯通，最大负能量差约为0.02 MJ/m3，其所在区域主要位于煤柱顶端及两帮，其中超前段区段煤柱采动侧距离巷道帮部约3.0 m处达到负能量差峰值，是煤柱动力失稳的高危区域，通过对照工作面月度微震能量事件，验证了煤柱动力失稳机制研究的合理性。

相关文章 | 多维度评价

Select

7. 微生物浸铀应力场-渗流场-化学场-生物场耦合模型及工程应用探讨

崔光磊, 杨道松, 罗嘉明, 陈天宇, 杨成祥

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 47-57. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0467

摘要（300）

PDF（pc）（14772KB）（109）

为了研究微生物浸铀工艺过程中的微生物行为特征和工艺参数对铀地浸效果的影响,建立了同时考虑微生物生长的储层变形、物质运移传递和化学反应的微生物浸铀耦合模型,以新疆伊犁盆地某砂岩型铀矿为工程背景,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件针对微生物浸铀过程进行了数值模拟。结果表明:微生物浸铀过程中浸出液铀浓度整体趋势为浸出开始后逐渐上升，400 d左右达到峰值,最后再缓慢下降;抽注单元尺度分析浸铀过程存在溶浸死角;抽注液流量越高,浸出液铀浓度所能达到的峰值也就越高;微生物数量与可逆解吸附速率和最大比生长速率呈正相关,与可逆吸附速率和比衰亡速率呈负相关;抽注液井附近由于流体压力的不同，渗透率的演化规律也不同。研究结果对于微生物浸铀工艺有一定的指导意义。

相关文章 | 多维度评价

Select

8. 煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程

韩晓克, 黄炳香, 王长申, 赵兴龙, 吴占伟, 陈大勇

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 15-28. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0480

摘要（288）

PDF（pc）（4121KB）（559）

目前,关于煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程的研究多分散针对单一矿产,系统化研究仍较为缺乏。文章系统性地总结论述煤系共伴生矿产的成矿有利条件、地质成因及成矿过程等。按照主控成矿作用,煤系共伴生矿产地质成因可以分为变质作用成矿、沉积作用成矿和后生作用成矿三大类。以聚煤盆地形成演化为主线,煤系形成前期,铝、铁率先在盆地基底沉积成矿。随后煤系油页岩、高岭土等沉积型矿床多因成煤环境改变而与煤层交替沉积成矿,镓、锗等金属元素多由含矿流体携带富集于成煤沼泽之内,煤成气、富油煤及煤系石墨则是煤系有机质在各种条件下的变质分化产物。在煤系演化后期,砂岩型铀矿和各种稀有金属元素则会后生成矿于煤系内。煤系共伴生矿产成矿的主控因素主要包括适当的地质构造活动、充足的物质来源、湿热的古地理气候以及煤系内丰富的有机质等,受这些因素影响,各大聚煤期内煤系矿产资源的成矿特征存在明显差异。

相关文章 | 多维度评价

Select

9. 鼠李糖脂改性纳米零价铁去除地浸采铀矿山#br# 污染地下水中U(Ⅵ)的试验研究#br#

李峰, 丁德馨, 周函, 杨迎春, 贺桂成, 马建洪, 丁洋, 胡南, 张辉, 蒋国清, 谭韬

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 190-199. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0474

摘要（287）

采用液相还原法制备了鼠李糖脂改性纳米零价铁(RL@nZVI),并利用X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶红外光谱等方法对其进行表征;研究pH值、反应时间、干扰离子等因素对纳米材料除铀效果的影响;运用吸附动力学模型及表征等手段,对其修复机理进行解释说明。研究结果表明:鼠李糖脂成功负载于Fe⁰表面,可以有效提高纳米材料的抗氧化性和分散性,比表面积提高约2.5倍,达到12.30 m²／g;当pH=5,反应时间为30 min时,RL_0.1@nZVI与RL_0.2@nZVI试验组中铀浓度分别降至33.8,24.4 μg／L,达到国家排放标准;不同浓度的金属离子对改性纳米材料去除铀效果有不同程度的影响,Cu²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺各试验组平衡铀去除率分别为28.26％,95.82％,93.39％,96.28％;吸附动力学结果表明,准二级动力学方程更适合描述nZVI(R²=0.999)和RL_0.1@nZVI(R²=0.998)的吸附过程,该过程中存在化学吸附反应;对吸附后的RL_0.1@nZVI进行表征,反应物中U(Ⅳ)与U(Ⅵ)的比例为7∶1,Fe²⁺与Fe³⁺的比例约为2∶1,这表明在RL_0.1@nZVI修复铀污染地下水过程中发生了氧化还原、吸附及共沉淀反应;RL@nZVI是处理铀污染地下水的理想材料。

相关文章 | 多维度评价

Select

10. 水耦合介质定向断裂爆破裂纹动态扩展机理研究

郭东明, 李杨, 宋耀, 王雁冰

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 134-141. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0473

摘要（281）

PDF（pc）（2600KB）（177）

为研究水耦合介质在定向断裂爆破过程中对爆生裂纹动态扩展机理的力学影响,基于焦散线理论,采用数字激光动态焦散线试验系统,开展单炮孔切缝有机玻璃(PMMA)试件在3种不耦合系数(1.25,1.67,2)下水耦合及空气耦合定向爆破试验,对比研究水耦合装药下试件爆后分形计盒维数D的分布规律,及爆生裂纹在动态扩展过程中的动态应力强度因子K^d_Ⅰ与扩展速度v随时间的变化规律。结果表明:相较空气介质,水耦合装药试件爆后的次裂纹数目明显减少,定向致裂效果较好,爆生裂纹在扩展过程中的K^d_Ⅰ与v值随时间的波动程度明显减弱,该种装药模式下的爆破更易为试件爆生裂纹中后期动态扩展提供稳定、持续的能量;不耦合系数对水耦合装药试件裂纹尖端动态起裂韧度K^d_Ⅰc值的影响具有正相关性,较低的不耦合系数更易引起水耦合装药试件的动态起裂。

相关文章 | 多维度评价

Select

11. 真三轴应力下铝土矿力学特性及变形破坏特征

杜凯, 陈天宇, 杨成祥, 徐允哲, 张洪铭, 刘华, 崔光磊, 刘立民, 王守国

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 67-73. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0478

摘要（274）

PDF（pc）（4398KB）（208）

铝土矿地下工程开采过程中岩体处于复杂的三向不等应力状态,中主应力对岩体力学强度特性、变形破坏特征具有重要影响。为研究真三轴应力状态下铝土矿岩石的力学特性及变形破坏特征,基于真三轴试验机对铝土矿岩石开展了不同应力条件下的真三轴压缩试验,分析了不同应力条件对岩石裂纹萌生扩展和破裂模式的影响。研究表明:随着中主应力的提高,岩石峰值强度得到显著强化,脆性特征更加明显,破坏模式随中主应力的提高发生转变,剪切破坏裂隙从沉积层理面扩展至中主应力面,同时岩石原生裂隙对破坏模式存在诱导作用,裂隙多沿着原生裂隙扩展贯通。研究成果增强了对铝土矿岩石力学特性的认识,为煤-铝共采工程中岩石的稳定性控制提供理论依据。

相关文章 | 多维度评价

Select

12. 煤下铝上行开采工艺控制覆岩均匀沉降研究

黄丹, 余斌, 王云昌, 王振宇, 吴姗

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 95-106. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0466

摘要（266）

PDF（pc）（5968KB）（175）

铝土矿空场开采会导致覆岩的不均匀沉降或塌陷,破坏上覆煤层的完整性。为实现煤铝资源的保护性开采,保障煤下铝开采时上覆煤层的完整性,在提出煤下铝开采方法的基础上,分析崩落散体性质对覆岩均匀沉降的影响规律和控制覆岩均匀沉降的基本原理。首先建立了煤下铝开采覆岩移动的非线性弹性地基梁力学模型,分析不同弹性地基系数条件下的力学模型,然后采用数值模拟方法研究崩落散体性质对覆岩移动的影响规律,最后提出煤下铝开采覆岩均匀沉降控制技术方案,并将其应用于工业试验。研究结果表明:较大的崩落散体弹性模量,能有效控制覆岩沉降量,弹性地基系数是控制覆岩均匀沉降的关键,矿块式采场放顶作业是控制覆岩均匀沉降的有效技术手段,密实的胶结充填更有利于控制覆岩的均匀沉降。

相关文章 | 多维度评价

Select

13. 考虑锚-岩界面相对滑移的圆形巷道全长锚固锚杆力学性能研究

李阿康, 岳中文, 王鹏, 任猛, 姚达

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 123-133. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0477

摘要（261）

PDF（pc）（3821KB）（180）

为了更好地揭示全长锚固锚杆与围岩的相互作用机制,基于圆形巷道弹塑性变形理论,通过考虑锚杆与围岩之间的相对运动,建立了全长锚固锚杆与围岩耦合作用的弹塑性力学模型。基于有限差分法(FDM)提出了一种求解耦合力学模型的简化数值程序,利用MATLAB软件编程得出了所提出模型的数值解。通过与现场监测数据的比较,验证了所提出模型的正确性。随后基于该模型分析了岩体的弹性模量、剪胀角以及托盘刚度对锚杆支护性能的影响。最后,为探究锚杆的最佳安装时间分析了不同应力释放率下锚杆的支护性能。结果表明,当应力释放率未超过60％之前,锚杆的支护效果随应力释放速率的增加而线性下降;之后,锚杆的支护效果迅速下降。因此,采用全长锚固锚杆支护时最好在巷道开挖后应力释放率未超过60％之前进行。

相关文章 | 多维度评价

Select

14. 切顶自成巷约束混凝土支柱试验研究与应用

辛忠欣, 江贝, 王琦, 王鸣子, 章冲

采矿与安全工程学报 2024, 41 (2): 255-266. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0480

摘要（256）

PDF（pc）（10578KB）（127）

切顶自成巷技术通过顶板定向切缝与矿压做功,使采空区顶板垮落自动形成巷道(简称自成巷)。为保证切顶自成巷稳定,需要一种高强、高刚的支护结构控制顶板变形并抵抗采空区垮落岩体。轻型约束混凝土(简称CLC)结构是一种在约束材料中充填轻骨料混凝土的复合结构,具有高承载、高刚度、轻自重的特性。为明确CLC支护结构的承载性能,满足支顶护帮控制要求,开展不同截面形状、偏心距下CLC支护结构与常用型钢支护的室内和数值试验,分析各类试件的变形模式和承载性能,研究截面参数、偏心距对支柱承载性能的影响机制。结合上述试验结果,在特大型矿井柠条塔煤矿开展CLC支柱选型设计与现场应用,取得良好的自成巷围岩控制效果。

相关文章 | 多维度评价

Select

15. CO₂+O₂地浸采铀采区含铀砂岩孔隙演化试验研究

贺桂成, 张沈平, 扶海鹰, 崔佳欣, 张辉

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 179-189. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0470

摘要（254）

PDF（pc）（12894KB）（82）

CO₂+O₂地浸采铀采区含铀砂岩孔隙结构演化影响了铀矿的高效浸出,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈。为此,采用自制的CO₂+O₂地浸采铀试验装置,模拟了某砂岩型铀矿地浸采铀过程;并采用高压压汞仪、CT扫描仪和X射线衍射分析仪等设备表征了含铀砂岩岩芯在试验前后的孔隙演化特征;同时,运用Avizo软件构建了三维数字岩芯及其渗流模型,分析了溶浸液渗流规律。研究结果表明:试验后含铀砂岩岩芯总孔隙度和连通孔隙度与试验前相比分别增加了5.03％和5.53％;且试验后数字岩芯的逐层面孔率分布范围更广、孔喉等效半径和喉道面积急剧增大;试验后岩芯孔隙数量随孔隙配位数增大而减小,但当孔隙配位数C≥4时,试验后孔隙数量与试验前相比成倍数增长,最高达到了试验前的21.63倍,此时岩芯中连通孔隙非常显著,渗透率增大;含铀砂岩岩芯中大孔喉相互连接形成的孔隙网络为溶浸液提供了主要的渗流通道,且溶浸液的渗流速度由岩芯中心沿径向方向呈现出由大变小的规律。研究结果可为后续CO₂+O₂地浸采铀中分析溶质迁移演化规律提供有意义的参考。

相关文章 | 多维度评价

Select

16. 煤系共伴生矿产分区错时协调开采原理

赵兴龙, 黄炳香, 吴占伟, 魏志鹏, 韩晓克

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 74-85. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0481

摘要（243）

PDF（pc）（14803KB）（90）

我国煤系共伴生矿产种类多、储量丰富、与煤层叠置,赋存状态与开发方式差异大,各矿产开采的岩层活动和流体迁移等影响彼此正常开采。针对煤系共伴生矿产开采存在的问题,提出并阐明了煤系共伴生矿产分区错时协调开采理念及内涵。基于分区协调开采理念,将煤与共伴生矿产开采区域划分为煤矿优先开采区和共伴生矿产优先开采区,根据采动岩层活动及流体迁移规律留设协调开采保护区作为煤与共伴生矿产开采的缓冲区域,使煤与共伴生矿产开采活动在空间上相互避开,互不影响。基于错时协调开采理念,将资源叠置区煤与共伴生矿产的开采时序错开,根据矿产资源的战略需求属性、经济价值等建立共伴生叠置矿产的优先开采度,从而确定共伴生叠置矿产的开采时序。待优先开采的矿产开采结束,并且其开采引起的岩层活动趋于稳定或流体迁移在可控范围内,再开采采空区上方或下方的叠置矿产。通过合理划分共伴生叠置资源的开采时序,实现叠置矿产资源的综合开发。给出了煤与共伴生矿产分区错时协调开采的关键参数和确定原则,并通过煤铝分区错时协调开采相似模拟试验,系统阐述了煤铝分区错时协调开采过程及现象,分析了煤铝分区错时协调开采规律及参数合理性。提出了煤与共伴生矿产同步／异步分区错时相向开采、同步／异步分区错时逆向开采及同步／异步分区错时同向开采等成套分区错时协调开采工艺。

相关文章 | 多维度评价

Select

17. 煤铝共采岩层运动与裂隙发育规律的颗粒离散元研究

杨玉贵, 尚润芃, 黄炳香, 赵兴龙, 刘旺, 娄坤

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 58-66. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0472

摘要（239）

PDF（pc）（8009KB）（215）

通过建立“上煤下铝”资源共采颗粒离散元力学模型,研究了煤层长壁式与铝土矿房柱式共采下覆岩应力叠加规律,揭示了煤层顶板压力拱、煤铝层间压力拱及底板压力拱的成拱机制及叠加传递特征,提出了铝土矿柱稳定、部分矿柱失稳及整体性失稳下对应的覆岩运动模式,得到了煤铝共采叠加扰动下岩层运移破坏规律。结果表明：采空区两端铝土矿柱受组合应力拱叠加影响易承压过大而发生失效破坏,继而引发邻近矿柱的联动效应,导致铝土矿上覆岩层大范围切落滑移,覆岩矿压显现剧烈。通过分形几何方法对煤铝共采下覆岩裂隙发育规律进行定量表征,发现当铝土矿柱尺寸较小时,铝土矿房覆岩在采空区两端分形盒维数明显大于岩层未受扰动区,表明铝土矿房覆岩裂隙具有向煤层采空区发育贯通演化的特征。

相关文章 | 多维度评价

Select

18. 倾斜特厚煤层区段煤柱尺寸及分区围岩控制研究

张博, 郝兵元, 任兴云

采矿与安全工程学报 2024, 41 (2): 232-241. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0348

摘要（236）

PDF（pc）（3084KB）（263）

为确定倾斜特厚煤层综放工作面沿空掘巷区段煤柱的合理尺寸,以孟家窑煤矿11503综放工作面沿空掘巷为工程背景,基于倾斜煤层基本顶破断之后的岩层结构,建立倾斜煤层工作面“大、小结构”力学模型,推导出适合小结构布置区域的低应力场范围表达式,并通过“尖点突变”理论分析区段煤柱发生失稳突变的充要条件。采用FLAC3D模拟不同尺寸煤柱的受力及围岩变形规律。研究表明:受到煤层倾角和基本顶关键块回转挤压的影响,煤柱内部破坏形式主要为剪切破坏,破坏区域主要集中在其上部偏向采空区位置;随着煤柱宽度的增大,在沿空掘巷小范围内上覆岩层压力由实体煤承担逐渐转向由煤柱承担;结合应力场、位移场和塑性区变化情况,最终确定煤柱的合理尺寸为15 m。通过分析不同采掘阶段沿空巷道围岩应力分布和演化特征,提出适合不同阶段的围岩控制方案。结合现场工程实践表明,15 m煤柱宽度及围岩控制方案能够满足巷道稳定性要求。

相关文章 | 多维度评价

Select

19. 近距离煤层回采巷道非对称破坏机理及其控制

丁自伟, 李帅, 张杰, 蔡敏博, 李亮, 姬东, 康萌

采矿与安全工程学报 2024, 41 (2): 242-254. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0641

摘要（231）

PDF（pc）（5396KB）（287）

近距离煤层开采时,上位煤层的遗留煤柱集中应力会对下位煤层邻近采空区的巷道掘进产生扰动影响。针对下峪口煤矿3^＃下煤层回采巷道掘进时产生的非对称变形破坏及支护困难等问题,结合现场地质条件,采用力学分析、数值模拟和现场试验的方法,探究23306下进风巷掘进期间产生的非对称变形机理,并提出合理的巷道支护参数及工艺,改善了巷道围岩条件。研究结果表明:上位煤层遗留煤柱及本煤层邻近采空区的存在导致巷道围岩主应力方向及大小发生变化,而非均匀的应力分布致使巷道围岩塑性区呈现蝶形破坏,巷道顶板水平应力变化幅度大、剪切应力大,造成巷道顶板极度破碎,顶板至上覆采空区间全为塑性区分布,顶板两侧应力及塑性区的差异性分布是造成巷道非对称变形的主要原因;数值模拟得到煤柱内X-Y，X-Z，Z-Z方向的应力受本煤层邻近采空区的影响较大,巷道两侧应力大小不等,致使巷道产生非对称变形;根据巷道围岩的受力状态、工作面地质条件及支护成本,优化了巷道支护参数,现场应用效果良好。

相关文章 | 多维度评价

Select

20. 煤下铝土矿逐巷充填护顶与置换开采方法

陈勇, 黄炳香, 姚达, 吴占伟, 陈大勇, 韩晓克, 王昌, 张清秋, 王云昌, 王乐

采矿与安全工程学报 2024, 41 (1): 212-220. DOI: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0508

摘要（230）

PDF（pc）（7232KB）（284）

我国煤下铝土矿资源储量极其丰富,约占全国铝土矿储量的50％以上,随着国内浅地表铝土矿资源逐渐消耗殆尽,地下铝土矿特别是煤下铝开采将成为铝资源开发的发展趋势和必然选择。针对目前煤铝共采过程中存在的岩层活动相互影响问题,提出煤下铝土矿逐巷充填护顶与置换开采方法:将每个铝土矿柱划分为多条采巷,采巷开采完毕后立即充填以达到及时护顶与控制岩层活动的目的,每条采巷按设计顺序依次进行开采与充填作业,实现铝土矿柱与充填体的置换开采,最终保障铝土矿与上部煤层均正常开采。研究成果成功应用于山西华兴铝业有限公司奥家湾铝土矿,充填接顶效果良好,顶底板位移量控制在20 mm以内,可有效控制铝土矿采后的岩层活动,保障上覆煤层连续性,实现煤下铝土矿对上覆煤层的保护性开采;充填后能及时有效护顶,提高采场整体稳定性,解决常规铝土矿软弱直接顶控顶的技术难题;铝土矿采出率由45％提高至78％,矿石贫化率控制在5.06％,且充填设备小型化、便携化,安装在井下,占地面积小,成本低,整体技术经济效益显著。形成了一套适应于现场的完整的逐巷充填护顶与置换开采技术体系,技术可行、经济性好,可为实现煤铝共采提供技术支持,具有较大的推广应用前景。

相关文章 | 多维度评价

摘要点击排行