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关键柱柱旁充填岩层控制基础理论 被引量：23
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作者 白锦文 崔博强 +5 位作者 戚庭野 朱卫兵 王凯 史旭东 毋皓田 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期424-438,共15页
采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法,揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理,确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数,评价... 采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法,揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理,确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数,评价了关键柱柱旁充填岩层控制的效果,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。结果表明:①关键柱柱旁充填岩层控制技术方法通过在采空区煤柱群体系的关键柱旁边实施柱旁双侧全部充填、柱旁双侧部分充填、柱旁单侧全部充填或柱旁单侧部分充填等工艺,使采空区中形成的柱旁充填体不仅能对关键柱起到侧护作用,还能形成“关键柱-柱旁充填体”的协同承载结构体,进而实现采场岩层移动的有效控制,并保障煤炭资源的安全高效绿色开采。②关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理主要体现在4个方面:关键柱与柱旁充填体的耦合承载、柱旁充填体对关键柱产生侧向约束、关键柱受力状态向应变强化的转变、关键柱强度的长期劣化减弱。③关键柱柱旁充填体的材料以返井固废充填材料和原位固废充填材料为主,柱旁充填体的极限抗压强度应大于或等于其分担的载荷,柱旁充填后“遗留煤柱-柱旁充填体”耦合承载体中屈服区的宽度不能扩展与延伸至“关键柱”的原始弹性核区内,柱旁充填体的形态主要包括矩式、梯式、台阶式和多级梯式四大类。④柱旁充填后关键柱的应力集中程度会降低,其两侧塑性核区的宽度减小,且中央区域弹性核区的宽度增大;“关键柱-柱旁充填体”的应力分布与塑性区分布特征表明关键柱柱旁充填岩层控制的效果良好。⑤关键柱柱旁充填岩层控制基础理论不仅可以用于采空区遗留煤柱群链式失稳的防控,还能应用于优质遗留煤炭资源复采和地下空间维护与利用等技术领域,更能推广 展开更多
关键词 关键柱 柱旁充填 煤柱群链式失稳 协同承载 失稳防控 岩层控制
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上行采动影响下遗留群柱动态稳定性研究 被引量：8
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作者 冯国瑞 毋皓田 +5 位作者 白锦文 朱卫兵 李竹 王凯 宋诚 史旭东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期292-304,316,共14页
揭示上行开采对柱式采空区遗留群柱体系稳定性的动态扰动特征是保障蹬空遗煤安全开采的关键科学问题之一。选取元宝湾煤业9^(#)煤层柱式采空区上覆6^(#)蹬空遗煤开采为研究对象,通过数值模拟研究蹬空遗煤上行复采过程中遗留群柱的应力... 揭示上行开采对柱式采空区遗留群柱体系稳定性的动态扰动特征是保障蹬空遗煤安全开采的关键科学问题之一。选取元宝湾煤业9^(#)煤层柱式采空区上覆6^(#)蹬空遗煤开采为研究对象,通过数值模拟研究蹬空遗煤上行复采过程中遗留群柱的应力演化规律,评价遗留群柱的动态稳定性;在此基础上,运用结构力学基础理论,建立上行扰动载荷与遗留群柱载荷之间的关系,并揭示上行扰动载荷对遗留群柱稳定性的影响。结果表明:蹬空遗煤推进距离较小时,传递至遗留煤柱的支承压力不足以破坏其整体稳定性,使得应力分布形态保持“马鞍”形;随着蹬空遗煤推进距离增大,传递至遗留煤柱的支承压力与原有集中应力发生叠加,促进关键柱最早发生失稳,并使得其应力分布形态由“马鞍”形演变为“下开口抛物线”形;关键柱发生失稳后,覆岩载荷会发生转移,随着蹬空遗煤持续推进,邻近遗留煤柱在原有集中应力、转移应力和支承压力的叠加影响下,依次经历“增压-卸压”的演变路径,并按从左往右的次序发生失稳破坏;上行扰动影响下“遗留群柱-覆岩”耦合承载结构可以简化为均布载荷q和移动集中载荷F_(1)叠加影响下的多跨连续梁力学模型;运用“遗留群柱-覆岩”耦合承载结构的力学模型,结合上行扰动载荷与遗留群柱载荷之间的关系,可以发现上行扰动荷载的位置和大小变化均会引起柱式采空区遗留群柱荷载的传递与转移,并影响遗留群柱体系稳定性的动态演变。本研究可为柱式采空区蹬空遗煤开采遗留群柱的失稳防控提供良好的理论支持。 展开更多
关键词 上行采动 遗留群柱 应力分布 塑性区演化 动态稳定性
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遗留煤柱群链式失稳评价新方法及其在上行开采中的应用 被引量：8
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作者 白锦文 史旭东 +6 位作者 冯国瑞 戚庭野 李竹 朱卫兵 毋皓田 王凯 崔博强 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期643-652,662,共11页
遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析,运用关键柱理论,提出一种评价遗留煤柱群链式失... 遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析,运用关键柱理论,提出一种评价遗留煤柱群链式失稳的新方法,并确定该方法的技术流程;结合元宝湾煤矿柱式采空区蹬空遗煤的赋存特征,采用上述方法模拟分析上行采动影响过程中遗留煤柱群链式失稳的响应特征,评估上行采动影响下遗留煤柱群链式失稳的风险。结果表明,采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”具有一定的相似性,借鉴土木工程领域中建筑结构抗连续倒塌设计的方法,提出基于拆除构件法评价遗留煤柱群链式失稳的新方法。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的技术流程为:首先,判别柱式采空区待研究范围内遗留煤柱群体系中的“关键柱”。其次,将遗留煤柱群体系中的关键柱确定为拆除对象,分析关键柱拆除以后邻近剩余遗留煤柱的稳定性;如果拆除关键柱后邻近剩余遗留煤柱群的稳定性均良好,则可以判定遗留煤柱群不存在链式失稳的风险;如果关键柱拆除以后最邻近遗留煤柱发生失稳,则遗留煤柱群存在链式失稳的风险;将该邻近失稳煤柱也拆除,进一步分析剩余煤柱群的整体稳定性。然后,按照同样的方法分析遗留煤柱群体系是否会发生链式失稳,并评价其发生链式失稳的风险。基于拆除构件法的遗留煤柱群链式失稳评价新方法可以应用于蹬空煤层开采中,当上行采动影响下“关键柱”拆除以后,会产生显著的链动失稳效应,使得其右侧的遗留煤柱快速依次发生链式失稳,并影响蹬空遗煤的高效开采;因此,采取柱旁充填等技术措施来减小链式失稳的风险。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的研� 展开更多
关键词 拆除构件法 关键柱 遗留煤柱群 链式失稳 上行开采
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非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性分析 被引量：6
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作者 冯国瑞 杨文博 +4 位作者 白锦文 王凯 崔博强 毋皓田 史旭东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期643-654,共12页
选取非等宽复合柱采区中部遗煤的开采为研究对象,采用数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的方法,从遗留煤柱稳定性、围岩应力分布环境及岩体结构稳定性3个角度出发,系统分析了非等宽复合柱采区中部遗煤开采的可行性。结果表明:复合采... 选取非等宽复合柱采区中部遗煤的开采为研究对象,采用数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的方法,从遗留煤柱稳定性、围岩应力分布环境及岩体结构稳定性3个角度出发,系统分析了非等宽复合柱采区中部遗煤开采的可行性。结果表明:复合采动影响下残采区遗留宽煤柱的稳定性强于窄煤柱,中部遗煤开采过程中超前支承压力会与遗留煤柱内集中应力相互叠加,导致窄煤柱发生超前失稳,并强化宽煤柱的应力集中程度。复合柱式开采后采场会形成"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁岩体结构和"下位承载层-遗留煤柱"连续梁岩体结构。中部遗煤开采过程中,上位层间岩层中的"控制层"结构会逐步发生破断失稳,尤其在通过宽煤柱时会发生切落式失稳,引发"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁耦合承载结构的破坏,并导致强矿压显现;"下位承载层-遗留煤柱"连续梁耦合承载结构在中部遗煤开采过程中能够保持整体稳定。晋华宫煤矿非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性良好,当工作面通过复合柱采区重叠式遗留煤柱对应的高应力区域时,需要采取柱旁充填、煤柱预裂或切顶卸压等超前防控技术来削减采场强矿压。本研究可以为非等宽复合柱采区中部遗煤的安全高效开采提供良好的理论支持。 展开更多
关键词 非等宽煤柱 复合采动 中部遗煤 围岩结构 可采性
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