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采动覆岩破断影响下裂隙诱发机制及三维空间特征
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作者 梁冰 邢景超 +1 位作者 孙维吉 房胜杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期107-121,共15页
为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律,以高河能源E2306工作面为背景,搭建了三维物理相似模拟试验平台,采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法,明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论,建立采场覆岩... 为掌握厚煤层开采覆岩破断及裂隙演化规律,以高河能源E2306工作面为背景,搭建了三维物理相似模拟试验平台,采用分布式光纤感测技术、钻孔窥视监测等相结合的方法,明晰了覆岩破断来压规律与裂隙分布特征。结合薄板弯曲理论,建立采场覆岩结构力学模型,揭示了采动覆岩破断影响下覆岩裂隙诱发机制,推演了采动裂隙区域发育形态。结果表明:工作面回采完毕,总计来压7次,垮落带、裂隙带发育高度分别为39、71 m。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。处于垮落带高度内低位近场覆岩呈“对扇形”竖向破断,以“走向悬臂梁−倾向砌体梁”结构破断运动为主,纵向破断裂隙大量发育,横向水平剪切交错裂隙伴生。覆岩自下而上逐渐破断,处于裂隙带高度内高位远场覆岩呈横向破断,以“走向砌体梁-倾向砌体梁”结构破断运动为主,横向水平张拉离层大量发育。采空区边界区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后稳定的变化规律,走向裂隙数量变化呈抛物线型;采空区中部区域内覆岩裂隙数量随工作面推进呈先增加后减少的变化规律,走向裂隙数量变化呈马鞍型。覆岩破断来压后采空区中部持续承载受压,两侧岩层遭剪切破坏形成剪切下凹区与承载下凹区,区域范围随不同层位覆岩弯曲破断而扩大。采动裂隙区域发育形态由椭圆抛物带演变为两端下凹的椭圆抛物带形态,最终呈现为两端及顶部下凹的椭圆抛物带形态。 展开更多
关键词 三维相似模拟试验 采动三带 裂隙演化 失稳破断 三维空间形态
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远距离斜交工作面上行开采上组煤垂直应力演化规律 被引量:1
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作者 李喜员 寇建新 +2 位作者 秦茂龙 孙维吉 房胜杰 《煤炭技术》 CAS 2024年第4期90-94,共5页
为探究平煤八矿远距离煤层群斜交工作面上行开采过程中上组煤层垂直应力演化规律,采用数值模拟计算的方法展开研究。研究结果表明,己_(15)-21030工作面回采过程中与上覆戊_(9.10)-21070工作面依次形成相离、相交和重叠的空间关系,因此... 为探究平煤八矿远距离煤层群斜交工作面上行开采过程中上组煤层垂直应力演化规律,采用数值模拟计算的方法展开研究。研究结果表明,己_(15)-21030工作面回采过程中与上覆戊_(9.10)-21070工作面依次形成相离、相交和重叠的空间关系,因此会使上组煤层应力增高或降低。相离区域为应力升高区,受下组煤采动影响应力整体呈升高趋势,应力集中系数最大为1.18;相交区域为卸压过渡区,戊_(9.10)-21070工作面应力由增压变为卸压,最大卸压值较原始应力降低了25%,倾向卸压影响范围为55 m;重叠区域为卸压区,受己_(15)-21030工作面采动影响卸压效果及卸压范围均进一步增大,最大卸压值较原始应力降低了40%,倾向卸压影响范围增大至180 m。将戊组煤层戊_(9.10)-21070工作面根据应力分布云图依次划分为增压区、应力过渡区、卸压区和稳定卸压区。通过现场瓦斯含量测试验证了卸压区残余瓦斯含量比原始区域残余瓦斯含量降低32.9%,远距离煤层群上行开采形成卸压区有利于瓦斯治理工作的开展。 展开更多
关键词 远距离煤层群 斜交工作面 上行开采 应力演化 应力分布
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海鸿煤矿5~#煤层下分层工作面回采巷道布置研究 被引量:12
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作者 梁冰 李存洲 +2 位作者 汪北方 孙维吉 迟海波 《矿业安全与环保》 北大核心 2019年第6期20-24,共5页
针对厚煤层下分层回采巷道面临压力大、维护难的问题,选取海鸿煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对该煤矿5#煤层下分层52102工作面回采巷道布置方式进行研究。对比分析了厚煤层下分层回采巷道3种常见的布... 针对厚煤层下分层回采巷道面临压力大、维护难的问题,选取海鸿煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对该煤矿5#煤层下分层52102工作面回采巷道布置方式进行研究。对比分析了厚煤层下分层回采巷道3种常见的布置方式(垂直式、内错式、外错式),结合这3种巷道布置方式下围岩力学响应的数值模拟结果,确定52102工作面回采巷道最优布置方式为内错式,并基于此构建顶板力学简化模型,推导出巷道受力、弯矩数学表达式。分析了巷道围岩稳定性,并开展现场实测试验,结果表明:52102工作面回采巷道采用内错式布置效果良好,巷道围岩不均匀应力是影响其稳定性的主要因素,在内错距为9 m时巷道围岩变形能够得到有效控制。研究结果对于厚煤层下分层回采巷道合理布置具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 厚煤层 分层开采 巷道布置方式 不均匀应力 错距 围岩控制
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煤与瓦斯共采非线性约束多变量时空协同优化模型 被引量:4
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作者 秦冰 郝建峰 +3 位作者 梁冰 孙维吉 秦新伟 李存洲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期593-600,共8页
实现煤与瓦斯共采是深部煤炭资源开采的必然途径。我国煤与瓦斯共采技术的工程应用已有雏形,但目前为止还未形成有效性、科学性、针对性的煤与瓦斯共采技术相配套的煤与瓦斯共采基础理论体系。由于煤与瓦斯共采的时效性、协同性差,瓦斯... 实现煤与瓦斯共采是深部煤炭资源开采的必然途径。我国煤与瓦斯共采技术的工程应用已有雏形,但目前为止还未形成有效性、科学性、针对性的煤与瓦斯共采技术相配套的煤与瓦斯共采基础理论体系。由于煤与瓦斯共采的时效性、协同性差,瓦斯抽采效率低,生产接替关系紧张,导致还没有达到抽采效果就不得不开始采煤,给开采造成较大的安全隐患,瓦斯抽采量、煤炭开采量、抽采时间、采煤与抽采瓦斯如何衔接等目前还不清楚。煤与瓦斯共采中,为了在追求两种资源的总体收益最大化同时,满足煤炭、瓦斯资源采出率最大化,寻找最优的煤炭采出量和瓦斯抽采量,使得煤炭开采系统和瓦斯抽采系统由无序变为有序的协同。采用协同学、系统优化理论建立煤炭开采与瓦斯抽采协同作用模型,在满足煤炭开采安全规程和瓦斯抽采达标等规范要求前提下,以煤与瓦斯共采中煤炭开采、采前瓦斯预抽、采中瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等各个阶段关键的时间点、空间点的煤炭回采与瓦斯抽采两子系统间相互促进和相互制约关系为约束条件,选取煤炭资源采出率、瓦斯资源采收率以及经济效益最大化为煤与瓦斯共采优化目标函数,其中考虑开采成本、销售价格、安全因素和宏观政策等因素,以煤炭采出量xc和采前瓦斯预抽量xg1、采中瓦斯抽采量xg2、采空区瓦斯抽采量xg3、风排瓦斯量Qfp、采空区回采时间tchc、工作面瓦斯预抽时间ty、平均日产量A为优化变量,建立煤与瓦斯共采约束非线性多变量时空协同优化模型,并编制共采优化求解程序。优化了沙曲矿24207共采工作面,提高了资源采收率和效益,验证该模型的有效性,实现有理论依据的煤与瓦斯时空协同采。 展开更多
关键词 煤与瓦斯共采 时空协同 非线性约束 多变量 优化模型
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阜新沙海组页岩特征及页岩气资源潜力评价 被引量:3
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作者 梁冰 刘强 +2 位作者 石迎爽 孙维吉 兰波 《西南石油大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期59-64,共6页
在阜新刘家区以往钻井勘探等方面地质工作的基础上,发现阜新盆地埋藏大面积页岩,页岩气成藏与开发潜力巨大。利用阜新刘家区沙海组页岩实验室岩芯测试数据,分析了沙海组页岩的分布、有机碳含量、Ro、孔隙度、脆性矿物含量、裂隙特征等... 在阜新刘家区以往钻井勘探等方面地质工作的基础上,发现阜新盆地埋藏大面积页岩,页岩气成藏与开发潜力巨大。利用阜新刘家区沙海组页岩实验室岩芯测试数据,分析了沙海组页岩的分布、有机碳含量、Ro、孔隙度、脆性矿物含量、裂隙特征等重要参数。得出刘家区沙海组页岩厚度为500~600 m,有机碳含量为2.14%,热成熟度为0.634%,平均孔隙度为3.46%,脆性矿物中,石英含量达37.21%,裂隙发育好,存在多种形式的纳米级孔隙和天然裂缝。根据有机碳含量、Ro等参数,采用资源丰度类比法估算出刘家区页岩含气量为(72.8~89.05)×108m3。通过对刘家区沙海组页岩气的分析和资源评价,可为刘家区页岩气的勘探开发提供必要的基础参数,确定阜新刘家区为页岩气勘探开发的有利区域。 展开更多
关键词 页岩气 页岩特征 有机碳含量 热成熟度 资源潜力评价
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采动过程中下被保护层煤体变形渗流规律研究 被引量:2
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作者 梁冰 石占山 +2 位作者 孙维吉 秦冰 郝建峰 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期842-847,共6页
为得到采动过程中被保护层煤体的变形、渗流规律,进行了煤样在加卸载应力作用下的变形与渗流实验研究。以红阳三矿上保护层开采为工程背景,采用数值模拟得到保护层采动过程中下被保护层煤体的加卸载路径,依据该加卸载路径对被保护层煤... 为得到采动过程中被保护层煤体的变形、渗流规律,进行了煤样在加卸载应力作用下的变形与渗流实验研究。以红阳三矿上保护层开采为工程背景,采用数值模拟得到保护层采动过程中下被保护层煤体的加卸载路径,依据该加卸载路径对被保护层煤体试样进行加卸载,得到应力—应变及应力—渗透率关系曲线。研究结果表明:加卸载过程中,轴向应变随加卸载表现为线性向非线性转变,且卸载过程中轴向应变未能恢复至初始值;环向应变随加卸载表现为非线性变化。相同应力值对应的加卸载渗透性变化规律为:一次卸载阶段渗透率小于一次加载阶段渗透率小于二次加载阶段渗透率。 展开更多
关键词 上保护层开采 加卸载路径 煤体变形 渗透率 时空效应
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改性镁渣基矿用复合胶凝材料的水化性能 被引量:8
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作者 孙伟吉 刘浪 +3 位作者 徐龙华 方治余 阮仕山 侯东壮 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期4057-4070,共14页
为了实现镁企业镁渣固废和燃煤电厂粉煤灰低成本绿色充填、安全处置和资源化利用,采用改性镁渣(MMS)与粉煤灰(FA)复掺制备矿山充填胶凝材料(MSCM)替代硅酸盐水泥。首先分析MMS与FA的物化性能,然后通过微量热法、X射线衍射试验、红外光... 为了实现镁企业镁渣固废和燃煤电厂粉煤灰低成本绿色充填、安全处置和资源化利用,采用改性镁渣(MMS)与粉煤灰(FA)复掺制备矿山充填胶凝材料(MSCM)替代硅酸盐水泥。首先分析MMS与FA的物化性能,然后通过微量热法、X射线衍射试验、红外光谱试验、热重试验、单轴抗压强度和扫描电镜试验等对MSCM的微观结构、水化性能和宏观强度进行分析。研究结果表明:MMS与FA复掺的最佳质量比为4:1(FA20试样),养护3 d和28 d的抗压强度分别为1.50 MPa和5.64 MPa,分别比改性镁渣净浆试样高57%和21%。MSCM的水化产物主要为C-S-H凝胶、ettringite和Ca(OH)_(2)。随水化反应的进行,水化产物数量显著增多,相互交错,紧密团聚,使其内部微观结构更加密实,且ettringite由水化初期的针状逐渐转变为棒状,更有助于试样机械性能的提升。掺加FA对MSCM的水化具有显著影响,可有效缩短MSCM在水化加速阶段的反应时间,提高整体水化反应速率。这也是MMS与FA中的Al_(2)O_(3)、SiO_(2)等氧化物共同水化反应的结果。 展开更多
关键词 改性镁渣 水化特性 协同反应 复合胶凝材料
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矿物界面刚度对页岩水力压裂裂缝扩展规律的影响研究 被引量:4
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作者 候梦如 梁冰 +2 位作者 孙维吉 刘奇 赵航 《油气藏评价与开发》 CSCD 2023年第1期100-107,共8页
为了探究矿物界面作用对页岩水力压裂裂缝起裂和扩展的影响,建立了页岩微观结构模型,并将零厚度cohesive单元嵌入实体单元内,运用数值模拟方法研究矿物边界界面刚度对水力裂缝扩展的影响,得到矿物界面作用影响下页岩水力压裂裂缝扩展规... 为了探究矿物界面作用对页岩水力压裂裂缝起裂和扩展的影响,建立了页岩微观结构模型,并将零厚度cohesive单元嵌入实体单元内,运用数值模拟方法研究矿物边界界面刚度对水力裂缝扩展的影响,得到矿物界面作用影响下页岩水力压裂裂缝扩展规律。结果表明,页岩水力压裂裂缝破坏形式以拉伸破坏为主,裂缝扩展路径包括两种方式:一是沿着矿物边界扩展,二是穿过矿物边界进入矿物内部扩展。随着矿物边界界面刚度的增大,裂缝起裂压力和孔隙压力逐渐增大,裂缝长度、数目和面积逐渐减小,裂缝宽度逐渐增大,容易形成短而宽的裂缝。页岩储层开展水力压裂作业应该优先选择矿物边界界面刚度较小的位置。研究成果有助于揭示矿物界面作用对页岩水力裂缝扩展的作用机理,为合理选择页岩气储层水力压裂作业层位提供理论依据。 展开更多
关键词 页岩 水力压裂 裂缝扩展 零厚度cohesive单元 界面刚度 数值模拟
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考虑煤层倾角和钻孔倾角的钻屑量理论研究 被引量:5
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作者 周洋 梁冰 +2 位作者 石占山 孙维吉 刘学 《矿业安全与环保》 北大核心 2020年第1期26-30,35,共6页
为准确预测与预防深部开采煤与瓦斯突出,建立了考虑煤层倾角与钻孔倾角的新钻屑量理论计算公式,并分析了煤层倾角和钻孔倾角对钻屑量的影响。以平煤股份有限公司八矿为研究对象,将钻屑量理论计算值与该矿己15-21030风巷现场钻屑量实测... 为准确预测与预防深部开采煤与瓦斯突出,建立了考虑煤层倾角与钻孔倾角的新钻屑量理论计算公式,并分析了煤层倾角和钻孔倾角对钻屑量的影响。以平煤股份有限公司八矿为研究对象,将钻屑量理论计算值与该矿己15-21030风巷现场钻屑量实测值进行对比验证,得出在煤层倾角一定时,钻屑量随钻孔倾角增大呈幂指数递减关系,减小的比率呈“V”形变化趋势,原钻屑量理论值与实测值平均误差为5.5%,在考虑煤层倾角与钻孔倾角情况下的新钻屑量理论值与实测值平均误差为3.9%。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 地应力 钻屑量 煤层倾角 钻孔倾角 煤层深度
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Technical evaluation system of co-extraction of coal and gas 被引量:8
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作者 Liang Bing sun weiji +1 位作者 Qi Qingxin Li Hongyan 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2012年第6期891-894,共4页
Coal and gas are two important resources in China,and it is an effective way to recycle them with the method of co-extraction of coal and gas.In view of actual situation of China's co-extraction of coal and gas,th... Coal and gas are two important resources in China,and it is an effective way to recycle them with the method of co-extraction of coal and gas.In view of actual situation of China's co-extraction of coal and gas,this research adopts the science evaluation of gas extraction of coal by the method of quantitative evaluation,and preliminarily establishes the technical evaluation system of co-extraction of coal and gas.Technical evaluation system of co-extraction of coal and gas includes safety evaluation,economic evaluation and resource recovery evaluation in the process of mining coal and gas.In addition,this paper results in the selected evaluation parameters and target functions that are used in the three evaluation methods.The establishment of evaluation system for co-extraction of coal and gas plays an important theoretical significance and guiding role in co-extraction of coal and gas for China's coal enterprises. 展开更多
关键词 Co-extraction of COAL and GAS Evaluation system Safety ECONOMIC RESOURCE RECOVERY rate
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