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ISSN: 2333-9721

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极软厚煤层煤壁片帮与防治机理
王家臣
煤炭学报 , 2007,
Abstract: 详细分析了极软煤层煤壁片帮与防治机理,提出了减缓煤壁压力和提高煤体抗剪强度是防治极软煤层煤壁片帮的主要技术途径.研究表明:放顶煤开采、提高支架工作阻力可以减缓煤壁压力,煤体合理注水可以提高煤体黏聚力与抗剪强度,它们是防治极软煤层煤壁片帮的有效措施.加快工作面推进度、适当降低采高也有利于防治煤壁片帮.
煤与瓦斯共采需解决的关键理论问题与研究现状
王家臣
煤炭工程 , 2011,
Abstract: 煤与瓦斯共采是为解决我国煤层瓦斯赋存的低压力、低渗透性和低饱和性等特点导致的开采难题而提出的新技术体系,其目的是实现煤炭与瓦斯双能源的共同开采。本文在介绍煤与瓦斯共采技术体系的基础上,分析了煤与瓦斯共采技术体系的核心问题,指出了实现煤与瓦斯共采需要解决的三大关键理论问题,并简要介绍了国内煤与瓦斯共采研究领域取得的主要成果,最后对煤与瓦斯共采技术体系的前景进行了展望。
固体充填开采支架与围岩关系研究
王家臣,杨胜利
煤炭学报 , 2010,
Abstract: 分析了充填开采支架与围岩关系和上覆岩层移动特征,确立顶板载荷估算方法,并通过充填开采实例进行验证。研究表明:充填工作面周期来压步距大,来压强度不明显;直接顶随着工作面推进逐渐冒落,垮落步距相比于普通综采工作面显著增大;基本顶以缓慢下沉形式发生弯曲变形,上覆岩层移动范围明显减小。支架高工作阻力可以控制顶板的下沉量,保证良好的充填效果,进而减小覆岩破坏高度,控制地表变形。
综放开采散体顶煤初始煤岩分界面特征及控制方法
王家臣,宋正阳
煤炭工程 , 2015, DOI: 10.11799/ce201507001
Abstract: 综放开采中,初始煤岩分界面作为后续移架放煤过程的约束边界,其发育过程和形态特征对后续放煤效果影响很大。以散体介质流思想为基础,结合室内散体顶煤放出三维模拟试验和PFC3D数值模拟结果,建立散体顶煤初始煤岩分界面的力学模型并进行深入分析。结果表明,初始煤岩分界面斜率上小下大的根本原因是煤岩分界面上不同位置所受侧向压力不同,放煤步距和破碎成散体的直接顶厚度是控制初始煤岩分界面形态的重要因素。提出了破碎直接顶合理厚度的确定方法和计算公式,从而达到控制散体顶煤初始煤岩分界面形态使其利于后续移架放煤的目的。
水沙涌入工作面顶板结构稳定性分析
王家臣,杨敬虎
煤炭学报 , 2015,
Abstract: 为解决西部矿区水沙涌入工作面的顶板控制问题,建立了“凸起”结构模型,解释了物体间摩擦因数的力学机理和水沙涌入工作面的顶板稳定性问题,并通过室内实验验证了模型的正确性。系统地研究了物体表面凸起结构、水、干沙、湿沙、水沙等对摩擦因数的影响,分析了水沙降低岩块间摩擦因数的作用机理。即水沙的侵入会在接触面间形成伪凸起结构,使得凸起方向角趋近于0,并且由于水对凸起抗剪强度的降低和砂砾的磨蚀加剧了这个趋势,最终使得摩擦因数大幅降低。解释了粗糙面摩擦因数高于光滑面的原因,分析得出水沙涌入面开采时,不易发生变形失稳、易发生滑落失稳以及来压剧烈、台阶下沉现象的原因。并且岩块在初始断裂时,凸起契合接触最完美,启动摩擦因数最大,这点对于维护顶板稳定尤为重要,现场可采用充填采空区、加强支护等措施最大限度的维持启动摩擦力。同时,水沙中含水分越多,摩擦因数越低,因此,水沙涌入面排水也很关键。
浅埋薄基岩高强度开采工作面初次来压基本顶结构稳定性研究
王家臣,王兆会
采矿与安全工程学报 , 2015,
Abstract: 为了更合理地进行浅埋采场围岩控制设计,针对工作面出现的顶板沿煤壁大范围切落压架等异常矿压现象,对其发生机理进行了理论分析,得到载荷层厚度、采高、工作面长度的增加导致基本顶破断岩块的高长比增大;由最小势能原理得到了基本顶岩块发生回转失稳的极限位置,由于破断岩块的高长比增加,岩块回转过程中水平挤压力变化曲线斜率减小,而铰接面高度变化曲线斜率增大,铰接结构达到极限平衡位置所需回转的角度增大,导致基本顶结构不容易出现回转失稳,而极易发生滑落失稳。根据浅埋高强度采场顶板结构所特有的失稳形式,提出了确定支架合理工作阻力的动载荷法,并对乌兰木伦井田31402工作面初次来压进行了分析。
综放开采顶煤放出规律的BBR研究
王家臣,张锦旺
煤炭学报 , 2015,
Abstract: 借助于自主研制的相似模拟实验台和PFC软件,系统研究了综放开采顶煤放出规律,建立了统一研究煤岩分界面、顶煤放出体、顶煤采出率和含矸率四要素的BBR研究体系。分析了煤岩分界面形态以及支架和移架对其影响,提出了可用抛物线拟合煤岩分界面。将放出体分为发育不完整、基本成熟和成熟3个发育阶段,发现了支架掩护梁影响会使放出体前部发育较快,始终超出椭球体范围的现象,指出顶煤放出体是一被支架掩护梁所切割的非椭球体,定义其为切割变异椭球体。为了提高顶煤采出率、降低含矸率,应尽可能地扩大放出体与煤岩分界面的相切范围,通过确定合理放煤工艺与参数,控制煤岩分界面形态来提高顶煤采出率是可行的措施。待放顶煤区域处于由采空区岩石与支架顶梁形成的拱形挤压力链的卸压区内,在放煤口附近顶煤易成拱。
大同矿区“三硬”条件地表沉陷数值模拟
侯志鹰,王家臣
煤炭学报 , 2007,
Abstract: 针对大同矿区“三硬”条件马脊梁矿2号402盘区刀柱开采引发的井下工作面顶板大面积突然垮落和地表整体塌陷,采用三维有限差分法FLAC3D软件进行采场力学行为模拟分析.从煤层的开挖到地表的塌陷,全面分析了开采历史过程的应力场、位移场和破坏场的分布与变化,以及采场内煤柱的稳定性.提出了采场内煤柱失稳破坏引起采场应力重新分布,出现煤柱群连续失稳破坏的多米诺效应,从而导致采空区顶板大面积突然垮落和地表整体塌陷.
工作面采掘空间流场特性数值模拟研究
王家臣, 赵洪宝
金属矿山 , 2010,
Abstract: 在U型通风方式下,以CFD数值模拟软件为手段,对工作面采掘空间的流场分布和瓦斯浓度分布规律、空气密度变化规律进行了数值模拟研究。模拟试验结果表明:沿风流自进风巷、工作面至回风巷的过程中,风流场变化呈先简单、后复杂、再简单的趋势,在进风巷和回风巷与工作面采掘空间交叉处,风流场变化最复杂;工作面采掘空间的瓦斯浓度沿风流方向呈逐渐增加趋势,仅在局部位置发生较大变化,且煤壁侧的瓦斯浓度明显高于采空区侧瓦斯浓度;U型通风条件下,工作面靠近进风巷端部靠近煤壁侧和上隅角瓦斯集聚区最可能出现局部瓦斯超限的区域;上隅角瓦斯集聚区形状呈三角形。
卸围压时含瓦斯煤力学性质演化规律试验研究
赵洪宝,王家臣
岩土力学 , 2011,
Abstract: 以固定轴向应变条件下的轴向应力和径向应变为研究参数,对含瓦斯煤卸围压条件下的力学性质演化规律进行了试验研究,并对各参数的演化规律进行了数学拟合。结果表明,固定轴向应变被逐渐卸除含瓦斯煤的围压后,含瓦斯煤的轴向应力呈分2个阶段逐渐减小的趋势,其减小率与围压、瓦斯压力之差呈正向关系;瓦斯压力越大,卸除单位围压后轴向应力降低越大,轴向应力对卸围压效应越敏感,轴向应力与围压卸除量关系可用二次函数形式表征;固定轴压而逐渐卸除围压时,含瓦斯煤的径向应变呈逐渐增大趋势,瓦斯压力越大卸除单位围压后产生的径向应变越大,径向应变的变化是卸除围压量和瓦斯压力之和的综合作用,径向应变与卸除后的围压关系可用修正对数函数表征
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