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关键柱柱旁充填岩层控制基础理论 被引量：23
1
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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关键柱柱旁双侧充填遗留煤柱链式失稳防控效果研究 被引量：2
2
作者 冯国瑞 马俊彪 +2 位作者 白锦文 朱卫兵 毋晧田 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期945-956,共12页
关键柱是采空区遗留煤柱群中最薄弱环节。关键柱的局部失稳可能导致遗留煤柱群的链式失稳。关键柱柱旁充填有望提高遗留煤柱群的整体稳定性,亟待开展关键柱柱旁充填防控遗留煤柱链式失稳的评价研究。选取元宝湾煤矿蹬空采动影响下柱式... 关键柱是采空区遗留煤柱群中最薄弱环节。关键柱的局部失稳可能导致遗留煤柱群的链式失稳。关键柱柱旁充填有望提高遗留煤柱群的整体稳定性,亟待开展关键柱柱旁充填防控遗留煤柱链式失稳的评价研究。选取元宝湾煤矿蹬空采动影响下柱式采空区遗留煤柱群为工程背景,通过FLAC~(3D)数值模拟软件研究蹬空开采过程中遗留煤柱群的稳定性变化和关键柱位置,分析不同宽度和高度关键柱柱旁双侧充填体对遗留煤柱群稳定性的影响。结果表明:蹬空开采过程中,遗留煤柱群中9-2煤柱率先失去了承载能力,可以视为关键柱;柱旁双侧充填体的宽度越大,关键柱能够分担越多的覆岩载荷与上行扰动载荷,邻近煤柱的应力集中程度随柱旁双侧充填体宽度的增大而降低;当柱旁双侧充填体高度与关键柱高度一致时,关键柱内部应力集中程度会明显降低;合理选取柱旁充填体的宽度和高度,能够有效提升遗留煤柱群整体稳定性。本研究有望为遗留煤柱群的链式失稳防控提供理论指导。 展开更多
关键词 关键柱柱旁充填 遗留煤柱群稳定性 上行开采 充填宽度 充填高度
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柱旁单侧充填煤充结构体的破坏响应特征与失稳机制
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作者 崔博强 白锦文 +6 位作者 冯国瑞 王善勇 王凯 史旭东 郭军 杨欣宇 宋诚 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2431-2446,共16页
为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发... 为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发射特征的BP煤充结构体单轴压缩损伤模型;最后,揭示BP煤充结构体单轴压缩的失稳机制。研究结果表明:随着煤体元件体积占比的增加,BP煤充结构体的承载能力逐渐减小,弹性模量先减小后增大,而峰值应变先增大后减小。BP煤充结构体试样在单轴加载过程中,应变集中带首先出现在煤-充界面,其次出现在体积占比较大的元件中,最后出现在体积占比较小的元件中;最大声发射能量均出现在体积占比较大的元件中。BP煤充结构体试样的损伤会经历一个渐进损伤过程,主要包括初始损伤阶段、损伤发展阶段和损伤衰减阶段;煤体元件体积占比越大,BP煤充结构体损伤值增长越迅速,也更易造成结构体突然失稳;相反,充填体元件体积占比的增大会延缓BP煤充结构体试样的损伤速度。BP煤充结构体试样的失稳最早由煤-充界面的剪切破坏或拉伸破坏所引发,之后煤体元件或充填体元件发生联动破坏,导致BP煤充结构体试样丧失整体承载能力,并引发最终失稳。 展开更多
关键词 柱旁单侧充填 煤充结构体 单轴加载 破坏响应 失稳机制
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