纳米硅溶胶−EVA−粉煤灰水泥基复合浆材配比正交优化及对其物性的影响

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作者 沈玉旭 柴肇云 +6 位作者 孙浩程 刘向御 郭俊庆 肖畅 李天宇 辛子朋 史沁彬 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2643-2659,共17页

针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题,通过添加纳米硅溶胶、乙烯−醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变... 针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题,通过添加纳米硅溶胶、乙烯−醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变化规律,确定最优配比,并进一步分析最优配比复合浆材与纯水泥的物性差异,构建复合浆材的水化反应机理模型,阐明其加固破碎岩石的力学特性。研究结果表明,复合浆材最优配比为:水灰比0.7,粉煤灰掺量15%,硅溶胶掺量2%,EVA掺量7.5%;相较于纯水泥,复合浆材流变性略有下降,但浆液稳定性、力学性能等均有显著提升,初凝时间缩短了38.9%,终凝时间缩短了53.8%,析水率降低了60%,结石率提高了3.3%,单轴抗压强度提高了39.1%,抗拉强度提高了97.2%,拉压比提高了41.7%;硅溶胶和粉煤灰在不同时期与Ca(OH)2发生火山灰反应生成更多水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(CA-H),促进复合浆材的水化反应,并加速EVA成膜,使结石体更加致密;复合浆材注入量和胶结体单轴抗压强度均随注浆压力的增大而增加,随Talbot指数的增加,抗压强度先增大后减小,破坏形式多呈鼓状,剪胀变形明显;当注浆压力大于2 MPa,Talbot指数为0.5时,胶结体强度较大,破坏较小。本研究为水泥基复合浆材早期强度、增韧改性提供了可行途径。 展开更多

关键词 纳米硅溶胶 EVA 粉煤灰 普通硅酸盐水泥 正交试验

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顶板深孔预裂爆破提高综放孤岛工作面初采率研究 被引量：6

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作者 陈胜利 沈玉旭 康天合 《煤炭工程》 北大核心 2013年第11期47-49,共3页

通过顶板岩石的力学特性分析、深孔预裂爆破切顶的数值模拟分析和工程应用,对深孔预裂爆破提高综放孤岛面初采期间煤炭采出率进行系统的研究,研究表明,综放孤岛面顶板采用深孔预裂爆破技术,工作面初次来压步距缩短了9.6m,顶煤回收率提高... 通过顶板岩石的力学特性分析、深孔预裂爆破切顶的数值模拟分析和工程应用,对深孔预裂爆破提高综放孤岛面初采期间煤炭采出率进行系统的研究,研究表明,综放孤岛面顶板采用深孔预裂爆破技术,工作面初次来压步距缩短了9.6m,顶煤回收率提高了14.38%,实现了综放孤岛面的安全高效开采。 展开更多

关键词 综放工作面 坚硬顶板 深孔预裂爆破 初采率 UDEC

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双层近距离坚硬顶板切顶成巷围岩控制技术 被引量：6

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作者 王成帅 黄玉诚 +4 位作者 郭俊庆 沈玉旭 王希明 赵鹏飞 曹政权 《煤炭工程》 北大核心 2023年第9期28-33,共6页

针对双层近距离坚硬顶板下切顶参数不合理导致的沿空留巷围岩大变形问题,通过现场监测、理论分析和离散元模拟,以柏沟煤业090109运输巷道为工程背景,阐明双层近距离坚硬顶板沿空留巷矿压显现特征和机制,分析保持围岩稳定的必要条件,提... 针对双层近距离坚硬顶板下切顶参数不合理导致的沿空留巷围岩大变形问题,通过现场监测、理论分析和离散元模拟,以柏沟煤业090109运输巷道为工程背景,阐明双层近距离坚硬顶板沿空留巷矿压显现特征和机制,分析保持围岩稳定的必要条件,提出合理的切顶高度、角度和顶板强化支护技术。综合实际条件确定090109运输巷道切顶卸压高度和角度分别为6 m和15°;现场监测数据表明,结合顶板锚索强化支护技术后,顶底板与实体煤帮位移较原巷道围岩控制方案分别减少了35.3%和49.9%,围岩稳定时滞后工作面距离减少了55.2%。研究成果为双层近距离坚硬顶板下切顶留巷提供可行性依据。 展开更多

关键词 沿空留巷 双层坚硬顶板 切顶卸压 切顶参数 围岩控制

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复采工作面空巷充填力学响应规律与控制效果研究

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作者 牛海萍 潘瑞凯 +1 位作者 于伟东 沈玉旭 《金属矿山》 北大核心 2024年第12期165-172,共8页

针对复采巷道布置过空巷围岩应力问题,以某矿复采工作面巷道布置为工程背景,根据实验室充填体、围岩力学性能测试结果建立有限元模型,模拟研究空巷不充填和用不同材料充填时复采工作面回采过程中空巷围岩、煤柱中最大应力和应力影响区... 针对复采巷道布置过空巷围岩应力问题,以某矿复采工作面巷道布置为工程背景,根据实验室充填体、围岩力学性能测试结果建立有限元模型,模拟研究空巷不充填和用不同材料充填时复采工作面回采过程中空巷围岩、煤柱中最大应力和应力影响区域的分布演化规律。结果表明:距离工作面较近时,跟不充填空巷相比充填空巷煤柱中最大应力从26.5 MPa下降到14.8 MPa,最大应力区域从6773 mm2下降到2619 mm2,说明充填空巷给煤柱提供了侧向约束,可以大大减小煤柱破坏范围。当模拟充填材料弹性模量为27、115、208 MPa时,空巷围岩的最大垂向应力为14.80、14.23、13.43 MPa,表明力学性能较好的充填材料有助于改善围岩应力分布。在数值模拟基础上,对弹性模量208 MPa材料充填巷道矿压显现进行了现场监测,较未充填开采前,支架工作阻力由1708.1~1859.67 k N降低至776.18~815.13 k N,降幅较为明显,上覆顶板稳定性得以保证。 展开更多

关键词 空巷应力分布 充填材料 复采工作面 数值模拟 矿压监测

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层状顶板巷道锚索破断机理 被引量：2

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作者 李鹏 来兴平 沈玉旭 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第4期608-615,共8页

为揭示层状顶板巷道锚索破断机理,减小锚索破断造成的安全隐患,以晋煤集团赵庄矿3盘区3308工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和井下试验相结合的方法,分析了层状顶板层面正应力与切向应力分布规律及不同层状顶板厚度、层理不连... 为揭示层状顶板巷道锚索破断机理,减小锚索破断造成的安全隐患,以晋煤集团赵庄矿3盘区3308工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟和井下试验相结合的方法,分析了层状顶板层面正应力与切向应力分布规律及不同层状顶板厚度、层理不连续面数量、锚索预紧力下锚索的工作形态,结果表明:顶板岩层层理面上的剪应力呈非均匀分布,巷道跨中剪应力为0,最大剪应力发生在巷道两帮的支承区域范围,锚索水平偏移量与层面剪应力分布一致,提高锚索预紧力能够有效减少锚索的水平偏移。层状顶板锚索破断机理是锚索受层状顶板各层理岩层错动剪切破断,现场试验表明,在变全锚索支护为高强度接长锚杆与锚索分区协同支护后,赵庄矿33082巷道试验段顶板刚度显著提高,试验段巷道服务期间未发生锚索破断现象。 展开更多

关键词 层状顶板 锚索破断 理论分析 锚索工作形态

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三道沟煤矿矿压显现特征及围岩控制方法 被引量：4

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作者 王成帅 郭帅 沈玉旭 《中国矿业》 北大核心 2020年第7期135-142,共8页

针对厚煤层大采高工作面开采存在的矿压显现及围岩控制问题,本文以三道沟煤矿85201工作面开采为工程背景,采用相似模拟、数值分析与现场监测相结合的方法进行了详细研究。研究结果表明:随着回采工作面的推进,基本顶呈现周期性断裂,冒落... 针对厚煤层大采高工作面开采存在的矿压显现及围岩控制问题,本文以三道沟煤矿85201工作面开采为工程背景,采用相似模拟、数值分析与现场监测相结合的方法进行了详细研究。研究结果表明:随着回采工作面的推进,基本顶呈现周期性断裂,冒落平衡拱的存在有利于限制覆岩的垮落;基本顶上方主要为剪切破坏,切眼位置主要为拉伸破坏,超前支撑压力最大影响范围约为250m;矿压显现主要表现为瞬间来压后迅速降低并发生反弹,初次来压步距及来压周期分别为75m和22.5m,矿压显现在切眼两帮更加显著。据此,本文提出的坚硬顶板预裂爆破方法,可实现对坚硬顶板围岩的有效预控,为类似条件煤矿安全高效开采提供借鉴。 展开更多

关键词 大采高工作面 数值模拟 矿压显现特征 围岩控制

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含软弱夹层巷道变形机理及围岩控制技术研究 被引量：3

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作者 沈玉旭 翟志伟 郭帅 《采矿技术》 2022年第6期188-191,196,共5页

某煤矿5^(−2)煤存在软弱夹层,工作面回采过程中顺槽变形严重,为了有效治理该煤层巷道围岩变形破坏状况,通过对软弱夹层矿物进行成分分析及数值模拟试验,得出巷道变形机理为夹层所含高岭石和蒙脱石遇水后易软化形成滑面,受工作面二次采... 某煤矿5^(−2)煤存在软弱夹层,工作面回采过程中顺槽变形严重,为了有效治理该煤层巷道围岩变形破坏状况,通过对软弱夹层矿物进行成分分析及数值模拟试验,得出巷道变形机理为夹层所含高岭石和蒙脱石遇水后易软化形成滑面,受工作面二次采动影响,巷道顶板形成高应力集中,致使巷道沿滑面发生错动变形。根据自稳平衡拱理论,提出了巷道支护优化方案,有效遏制了含软弱夹层巷道变形破坏,研究成果为含软弱夹层巷道围岩稳定性控制提供了有益的借鉴。 展开更多

关键词 软弱夹层 围岩控制 自稳平衡拱 巷道支护

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特厚煤层综放工作面小煤柱留设合理宽度研究 被引量：9

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作者 沈玉旭 张文阳 《采矿技术》 2021年第2期72-74,共3页

针对某矿特厚煤层回采巷道变形严重,甚至局部底鼓,煤柱尺寸过大,煤炭资源损失严重等难题,以该矿8204工作面回风巷为研究背景,通过理论计算和数值模拟确定合理煤柱宽度,使用窄煤柱沿空掘巷的技术对8204工作面回风巷进行试验研究,最终确定... 针对某矿特厚煤层回采巷道变形严重,甚至局部底鼓,煤柱尺寸过大,煤炭资源损失严重等难题,以该矿8204工作面回风巷为研究背景,通过理论计算和数值模拟确定合理煤柱宽度,使用窄煤柱沿空掘巷的技术对8204工作面回风巷进行试验研究,最终确定了8 m的小煤柱。现场观测表明:小煤柱内部裂隙发育,但煤柱整体完整性较好;掘巷期间巷道两帮最大移近量61 mm,顶底板最大移近量55 mm,巷道变形量完整较小,能够保证巷道围岩稳定。本次设计煤柱尺寸合理,同时增加了煤炭采出率,促进了矿井安全高效生产。 展开更多

关键词 特厚煤层 小煤柱 沿空掘巷 综放工作面 巷道变形

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深孔预裂爆破提高综放初采顶煤回采率的研究 被引量：5

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作者 沈玉旭 赵国飞 +1 位作者 张哲瑞 许海涛 《采矿技术》 2017年第5期123-125,共3页

针对某矿3407工作面坚硬顶板难以垮落的现象,通过对其顶底板物理力学性质的分析,确定深孔预裂爆破参数,使用ANSYS/LS-DYNA2D软件模拟爆破过程,以及使用UDEC软件模拟切顶后顶板垮落破坏情况。研究结果表明:采用深孔预裂爆破的方法弱化坚... 针对某矿3407工作面坚硬顶板难以垮落的现象,通过对其顶底板物理力学性质的分析,确定深孔预裂爆破参数,使用ANSYS/LS-DYNA2D软件模拟爆破过程,以及使用UDEC软件模拟切顶后顶板垮落破坏情况。研究结果表明:采用深孔预裂爆破的方法弱化坚硬顶板,初次来压步距缩短了9.6m,顶煤采出率提高了14.38个百分点,实现了综放初采的安全高效开采。 展开更多

关键词 综放初采 采出率 预裂爆破

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小煤柱沿空掘巷巷道变形规律研究 被引量：11

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作者 董崇泽 翟志伟 沈玉旭 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第1期20-24,共5页

采用钻孔观测、位移及应力监测与数值分析方法研究了小煤柱沿空掘巷巷道变形及锚杆锚索受力特征。研究结果表明:留设的小煤柱分为破碎区、裂隙发展区与煤体完整区3个作用区,煤柱两帮在采动应力作用下破碎较为严重,煤柱内部完整性较好;... 采用钻孔观测、位移及应力监测与数值分析方法研究了小煤柱沿空掘巷巷道变形及锚杆锚索受力特征。研究结果表明:留设的小煤柱分为破碎区、裂隙发展区与煤体完整区3个作用区,煤柱两帮在采动应力作用下破碎较为严重,煤柱内部完整性较好;巷道两帮位移量及位移速率均高于顶底板,巷道开挖初期巷道位移量及位移速率发展较快,后续逐渐平稳;煤柱侧锚杆受力强度整体高于工作面侧,两帮表现为巷道中间部位锚杆受力强度高于近巷道顶底部锚杆;切顶高度为10 m时最有利于巷道的稳定,大煤柱巷道两帮及顶底板变形量分别为小煤柱的3.4与2.6倍,变形稳定期约为小煤柱的1.8倍,小煤柱的留设具有较好的实践效果。 展开更多

关键词 小煤柱 沿空掘巷 位移监测 巷道变形 数值分析

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全应力-应变加载过程中砂质泥岩力学与渗透性演化规律研究

11

作者 柴肇云 武小玲 +3 位作者 刘向御 刘绪 沈玉旭 辛子朋 《煤炭学报》 2024年第S2期772-781,共10页

软岩巷道掘进期围岩孔裂隙演化规律及其引起的渗透性变化是突水灾害防治及注浆加固软弱围岩需要解决的基础科学问题之一。借助RockTop多场耦合试验系统对砂质泥岩分别进行了加载方向平行和垂直层理限定围压的应力渗流耦合试验,研究了砂... 软岩巷道掘进期围岩孔裂隙演化规律及其引起的渗透性变化是突水灾害防治及注浆加固软弱围岩需要解决的基础科学问题之一。借助RockTop多场耦合试验系统对砂质泥岩分别进行了加载方向平行和垂直层理限定围压的应力渗流耦合试验,研究了砂质泥岩全应力应变加载过程的强度特性、破坏形式以及与渗透性间的相互关系,阐明了砂质泥岩全应力应变加载过程中渗流特征演化规律。研究结果表明:含层理砂质泥岩力学强度和渗透性均具有各向异性,平行层理加载强度大于垂直层理加载强度,渗透性则相反;加载方向平行层理岩样破坏模式以单斜剪切和劈裂破坏为主,裂纹环向应变大于轴向应变,表现为体胀扩容。全应力应变曲线分为裂纹压密、线弹性、裂纹稳定扩展、裂纹非稳定扩展和峰后残余强度5个阶段。前三阶段岩样渗透率保持恒定,裂纹非稳定扩展、应力峰值点处亦或峰后残余强度阶段渗透率“突跳”达到峰值,渗透率变化曲线呈“N”型;加载方向垂直层理岩样破坏模式以轴向张拉劈裂和环向剪切滑移复合破坏为主,裂纹轴向应变大于环向应变,表现为轴向压缩。全应力-应变曲线分为稳定变形、非稳定变形和峰后残余强度3个阶段。稳定变形和非稳定变形阶段渗透率保持恒定,峰后残余强度阶段渗透率“突跳”达到峰值,渗透率变化曲线呈“∧”型;渗透率“突跳”为裂隙网络连通激发的渗透率呈几何量级突增现象。 展开更多

关键词 砂质泥岩 层理 破坏模式 渗透率 各向异性

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