期刊,煤炭科学技术 2024年卷3期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

煤炭科学技术

主　　编：王金华

出版周期：月刊

国际刊号：0253-2336

电子邮箱：cst410@china.com

电　　话：010-84262920 84262926

邮政编码：100013

地　　址：北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。

正式出版

收录年代

厚煤层大采高综放工作面覆岩断裂演化规律研究

刘洪涛罗紫龙韩子俊韩洲...

1-12页

查看更多>>摘要：大采高综放开采易形成强烈的矿压显现,上覆岩层的断裂演化规律对工作面安全生产至关重要.以羊场湾煤矿160206工作面为工程背景,运用相似模拟试验、数值模拟和理论分析的综合研究方法,对大采高综放工作面覆岩的断裂过程与覆岩运移规律进行系统研究.研究表明:导水裂隙带内岩层随工作面推进表现为"台阶下沉",同层岩层下沉趋势沿走向表现为"急剧下降—稳定(最大值)—快速上升—稳定(最小值)".工作面覆岩运动场由两区分布(加速下沉区、缓慢下沉区)演化为三区分布(加速下沉区、缓慢下沉区、稳定区).对离层演化与地表下沉规律进行了定量描述,运用理论计算表达式深入地剖析了地表的动态下沉机理及其相关因素.结合相似模拟与数值模拟的试验结果,提出了覆岩断裂演化的形态变化特征:覆岩断裂形态由"单等腰梯形"演化为"双等腰梯形",表土层影响区由"矩形"演化为"倒梯形".分析了覆岩中垮落区、离层区、压实区、裂隙富集区的动态演化过程:垮落区逐渐增大至一定程度,高度小幅度降低并趋于稳定,离层区由下至上逐渐发育并随工作面向前移动,离层区逐渐闭合形成压实区,且压实区逐渐增大并最终保持稳定,裂隙富集区位于采空区前后端部并随工作面向前移动.

关键词：

大采高综放相似模拟覆岩运动场覆岩运移覆岩断裂形态

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维普

多层坚硬顶板特厚煤层综放工作面小煤柱护巷技术

霍丙杰孟繁禄李天航宋子奇...

13-23页

查看更多>>摘要：为研究小煤柱护巷巷道的稳定性及其阻隔同层位邻近采空区灾害的特征,以大同矿区石炭系坚硬顶板特厚煤层开采为工程背景,采用理论分析、实验研究、数值模拟等研究方法,从小煤柱护巷巷道的稳定性和其是否具有阻隔同层位邻近采空区有害气体能力2个角度,综合分析小煤柱的合理尺寸及其在不同采动阶段渗透率的演化特征.针对同忻煤矿石炭系煤层8210工作面沿空掘巷小煤柱开采具体的开采条件,建立了双关键层采场内外应力场叠加的力学模型,推导出双关键层条件下沿空掘巷小煤柱合理尺寸的计算关系式,理论确定8210工作面小煤柱合理尺寸为6.0 m;应用DJG-Ⅱ型煤岩渗流测试装备,研究不同采动阶段小煤柱渗透率演化特征,试验确定在第3采动阶段小煤柱渗透率较初始渗透率增大了 23倍,该阶段小煤柱基本失去了阻隔邻近采空区有害气体的能力.根据理论研究结果,现场选取6m小煤柱进行工业性试验;根据试验研究结果,开采试验过程中对小煤柱进行了改性降透措施,在小煤柱表面及顶板距煤柱帮1 500 mm范围内喷射厚层混凝土(100mm).实践表明:工作面回采过程中小煤柱护巷的回采巷道发生了一定的变形量,但是巷道变形在安全可控范围之内,巷道稳定,可实现安全回采;开采过程中8210工作面上隅角CH4气体浓度远低于邻近8305工作面采空区CH4气体浓度,表明小煤柱经过改性降透后具备了阻隔同层位邻近采空区有害气体的能力;开采实践也进一步验证了理论和试验研究成果的合理性和科学性.研究成果可以为类似条件下小煤柱护巷技术的推广应用提供参考.

关键词：

多层坚硬顶板沿空掘巷多重采动小煤柱合理尺寸渗透率

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煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

吴少康张俊文徐佑林宋治祥...

24-37页

查看更多>>摘要：针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景.综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了 212回风石门应力演化规律,并提出了"卸-转-固"协同控制技术.研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳.巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中.当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏.基于此提出了"卸-转-固"协同控制技术.通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度.同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构.即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体.两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用.利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49％及47.67％,底鼓量降低了77.2％.而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重.由此可得,围岩控制效果显著.该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果.

关键词：

煤层群采动应力底鼓巷道支护"卸-转-固"协同控制技术

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深埋倾斜特厚煤层窄煤柱护巷机理与围岩控制

孟巧荣王慧娴王朋飞陈可夯...

38-52页

查看更多>>摘要：我国中东部地区采深大、巷道变形和冲击风险大,窄煤柱沿空掘巷技术可改善巷道围岩环境.为掌握窄煤柱护巷机理并形成针对性围岩控制技术体系,以800 m埋深倾斜特厚煤层3 m窄煤柱沿空掘巷为背景,开展了理论分析、现场实测及数值模拟研究,结果表明:①该巷围岩破碎程度及变形煤柱侧比实体煤侧严重,煤柱破碎程度及变形采空区侧比巷道侧大,尽管埋深大,但已稳定采空区承担较大覆岩载荷,高应力已充分向深部岩体分流;②巷道变形非对称,实体煤侧顶板下沉量比煤柱侧大,巷帮以浅部变形为主,煤柱帮上部和实体煤帮中部变形较大;③采空区是掘巷卸荷后主要的形变通道,利于形变能向采空区缓释、降低冲击风险;④卸压区形状由掘巷前三角形扩展为掘巷后平行四边形,掘巷后应力集中区转移至实体煤帮右上方实体煤岩体中;⑤窄煤柱一次和二次剪切破坏的交界面及掘巷右上方实体高应力区为围岩关键控制区,据此提出基于煤柱多重塑性破坏区发育规律的煤柱加固和高应力区精准卸压联合的围岩控制技术体系.研究可为邻近工作面以及其他类似深埋倾斜特厚煤层开采提供理论支撑和科学依据.

关键词：

深部开采倾斜煤层特厚煤层沿空掘巷窄煤柱矿压显现

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巷道防冲吸能钢管混凝土拱架支护性能研究

许海亮高晗钧宋义敏安栋...

53-62页

查看更多>>摘要：针对目前巷道支护中钢管混凝土拱架缺乏可缩让压性能的问题,从吸能让位角度设计了一种防冲吸能钢管混凝土拱架结构.通过Abaqus建立新型钢管混凝土拱架与围岩组合模型,在静载与动载两种荷载状态下,对比分析新型拱架对巷道的支护效果与抗冲击能力.结论如下:①根据合理的让位阻力特性设计吸能构件壁厚与尺寸,在拱架上部连接处和底弧段中部设置吸能构件,可避免弯曲过大发生失稳.套管形状依据U型钢拱架卡揽结构设置为折纹型,与拱架摩擦实现缩动让压;②在竖向与侧向冲击下,优化后拱架支护巷道各点位移量呈减少趋势,降低了拱架顶弧段下沉与底弧段上拱,支护效果更强;③静载作用下,优化后拱架与吸能构件接触后,拱架各点处塑性应变不再增加,吸能构件代替拱架发生形变.在受到动载后,吸能构件能快速响应,同时拱架两帮拐角发生弯曲变形,其余部分仍未发生明显变形.吸能构件压溃后,拱架整体塑性应变开始增加,最终优化后拱架各点等效塑性应变竖向与侧向冲击下分别降低了 10％～50％和13％～78％.

关键词：

钢管混凝土吸能构件防冲设计巷道支护冲击地压

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基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及"三带"变形表征研究

刘奇刘相林曹广勇赵金海...

63-73页

查看更多>>摘要：为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了 OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩"三带"划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析.结果表明:采动覆岩"三带"的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分"三带"范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性.二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况.研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路.

关键词：

采动覆岩光频域反射回转角度光纤应变采动"三带"

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原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

雷国荣李春元齐庆新王嘉敏...

74-86页

查看更多>>摘要：为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试.基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证.结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大.

关键词：

煤岩组合体层理倾角超声波CT扫描波速灰度

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深部矿井煤炭-地热协同开采系统研究

刘琪苏伟张瑞瑛李延朋...

87-94页

查看更多>>摘要：在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径.总结了国内外深部矿产和地热能共采现状,从工艺流程和关键设备方面分析了煤炭-地热协同开采的可行性,最终提出一种煤炭-地热协同开采系统.该系统总体采用闭式循环,包括地面热能利用系统和井下取热系统,通过在预采煤层水平钻孔并布置同轴套管换热器提取煤层地热能,并由地面热泵机组将从井下开采的低品位地热能进行利用.秉承"先采热、后回采"的时间和空间协同原则,预先在回采工作面前向划分采热工作面,提出顺序采热、交替采热2种模式,确保采热过程对采煤过程无干扰.分析了空间协同设计、煤层钻孔、高效采热和智能监控调控等关键技术,对煤炭开采和地热能提取进行井下空间协同设计,提出基于煤层注水的同轴套管换热器布置工艺,使用快捷装配式同轴套管换热器可进行多种组合实现高效采热,构建智能监控调控平台并提出相关优化模型,构建取热量计算模型,提出智能控制采热方式.简化煤系地层传热过程,构建煤层采热传热模型,可根据回采工作面实际情况和出口风流参数对回采工作面采热能力进行计算评估.根据煤层采热传热模型,分析得出煤层初始温度、煤炭运输量、回采工作面出口风流温度、风流含湿量变化量是决定煤层采热量的关键参数.定义回采工作面风流含湿量不变且回采工作面出口风流等效温度不高于28℃时的采热量为煤层最大采热量.系统的应用将会使深部矿井热害资源化,不仅解决了煤炭开采热害问题,而且实现了深部矿井地热能综合利用.

关键词：

矿井热害防治地热能利用煤热共采同轴套管换热

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含水页岩甲烷吸附特性及热力学特征研究

杨竣淞李波波李建华高政...

95-105页

查看更多>>摘要：页岩储层普遍含水,水分对页岩气体吸附行为和地质储量评估具有显著影响.为探究水分对页岩吸附行为的影响规律,构建了考虑含水率影响的吸附模型,结合多组试验数据对新建模型的合理性进行验证,并进一步剖析了含水页岩的吸附行为.在此基础上,讨论了不同吸附机制对页岩中甲烷等温吸附的贡献,并通过热力学参数对比了干湿页岩中吸附热力学特性.结果表明:在气体压力变化过程中,甲烷气体吸附量呈典型的"三段式"变化.其中,水分对甲烷吸附量具有抑制作用,含水页岩吸附量显著低于干燥页岩,页岩吸附量随含水率的增大呈降低趋势.此外,温度同样对甲烷吸附具有抑制作用,当含水率恒定时,随温度升高页岩吸附能力呈降低趋势.同时,不同吸附机制对吸附量的贡献受到水分和压力的共同影响,压力和含水率越高,微孔填充吸附量对总吸附量的贡献率越低.热力学参数表明干燥页岩与含水页岩的甲烷吸附均为物理吸附,同一吸附量下,干燥页岩等量吸附热始终高于含水页岩.水分通过改变页岩非均一性占据高能吸附位点同时影响分子间作用力,综合作用下使得等量吸附热降低,进而导致含水页岩吸附能力降低.研究结果有助于页岩吸附气量的准确计算,并为页岩气藏开发方案和编制提供理论依据.

关键词：

含水页岩吸附模型甲烷吸附量多重吸附机制热力学

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基于分子模拟的微观结构特征对无烟煤吸附CH4、CO2影响规律对比研究

辛鑫昕撒占友杨帅王冬梅...

106-114页

查看更多>>摘要：为探究煤的孔径、芳香片层堆砌度、芳香片层延展度、气体温度、气体压力对CH4和CO2竞争吸附的影响,以晋城矿区3号煤为研究对象,对不同温度、压力、孔径、芳香片层堆砌度、芳香片层延展度下煤吸附CH4、CO2二元混合气体的过程进行研究.基于工业分析、X射线衍射试验对煤的微观结构进行测试与分析,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法对煤吸附混合气体的过程进行分子模拟.结果表明:气体压力增加有利于吸附,压力为5 MPa时,CO2的吸附量已接近饱和;温度增加会导致煤对CO2的最大吸附量和吸附热降低;孔径增大会使煤对CH4的吸附量增大,孔径从1nm增加到2nm,CH4的吸附量增加最快;随着芳香片层堆砌度的增加,煤吸附的气体分子数变化不明显,但单位质量煤对CO2的吸附量呈迅速下降趋势,对CH4的吸附量略有降低;随着芳香片层延展度的增加,煤吸附的CH4分子数缓慢增加,吸附的CO2分子数快速增加,单位质量的煤对2种气体的吸附量变化不明显;从吸附量和吸附热2个角度来看,CO2在竞争吸附过程中均处于优势地位,因此向煤层注入CO2可有效驱替CH4.研究结果加强了分子层面对CH4、CO2二元混合气体吸附的认识,可为注CO2强化煤层气开采奠定理论基础.

关键词：

晋城矿区微观结构GCMC分子模拟CO2-ECBM

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