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煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术 被引量：4
1
作者 张强 张吉雄 +5 位作者 宗庭成 杨康 金子山 吕浩南 白雨 邓攀博 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1376-1392,共17页
固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义... 固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义了煤矿固体智能充填支护机器人的概念并设计了其系统构成,揭示了其工序自驱作业机制与运行逻辑;构建了煤矿固体智能充填支护机器人全工况状态感知、运动学建模与控制方法;构建了全类别参数指标集,形成了全类别参数感知方法;对全工况场景类别进行了划分,建立了位姿精确表征与实时输出方法;形成了全工况场景运行状态判别与机械臂组自调控方法;构建了煤矿固体智能充填支护机器人虚拟样机仿真试验平台,设置了“俯采仰充”“水平采充”“仰采俯充”3种工况进行工序自驱仿真,仿真测试结果表明:充填支护机器人可精准判别干涉并解算出调控目标参数,系统整体运行及工序自驱执行等智能功能得到验证。针对煤矿固体智能充填支护机器人研发面临的关键科学问题,初步构建了煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术的研究框架、研发思路与技术路线,为深度升级充填开采技术、研发我国完全独立自主知识产权的煤矿固体智能充填支护机器人装备产品提供理论及技术支撑。 展开更多
关键词 充填支护机器人 位姿表征 自主调控 工序自驱作业 联合仿真 固体充填开采技术
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煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法及应用 被引量：1
2
作者 杨科 于祥 +4 位作者 何祥 赵新元 方珏静 魏祯 何淑欣 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期46-64,共19页
矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规... 矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规模化和绿色化处置煤基固废的关键路径之一。但现有的充填开采技术存在对覆岩控制效果有限、缺乏多种充填方式间的联动效应和对煤基固废的综合利用率偏低等问题。因此,通过概述我国典型煤基固废的资源化利用现状和存在问题,从经济、技术、环境、政策和空间5个维度阐明了煤基固废充填开采的可行性。基于此,提出了煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法,系统阐述了该方法的内涵和整体思路,主要包括高位充填、原位充填和低位充填。结合层次分析法初步建立了具有15项评价指标的多层位立体空间煤基固废充填方法评价体系。煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法的规模化应用主要存在充填材料高效精准制备机理、充填料浆管道输送特性、充填空间结构演化规律和充填材料−充填空间交互作用不明等4项关键技术难题。围绕以上关键技术难题,主要开展煤基固废充填材料成浆机理、充填材料精准制备技术框架、充填料浆流场稳态控制、充填料浆管道输送关键参数、充填空间空隙结构演化、充填材料扩散/承载特性、充填材料−围岩系统协同作用机制和充填材料−环境多场耦合机制8项研究内容。根据宁夏煤业任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿的开采技术、充填工艺及地质条件,分别针对性提出低位垮落带注浆充填和高位离层区注浆充填方法,实现了矿区煤基固废的安全绿色处置,有效控制了地表沉陷与变形,形成了良好的区域型示范效应。多层位立体空间煤基固废充填方法创新了煤矿井下煤基固废规模化处置的新模式,完善了绿色充填开采技术体系,实现了煤矿采动覆岩全空间协同控制与固废资源化技术跃升,可推动煤炭企业由“环境代价型”向“生态增值型”的根本转变。 展开更多
关键词 多层位立体空间 煤基固废 充填开采 固废处置 评价体系
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螺旋箍筋直径对矸石胶结充填柱承载破坏特征的影响机理
3
作者 冯国瑞 周鹏飞 +3 位作者 杜献杰 郑远翔 王军 孙思瑞 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第10期4306-4320,共15页
为研究螺旋箍筋直径对矸石胶结充填柱承载性能和破坏特征的影响,开展螺旋箍筋直径为1~5mm的加筋充填柱单轴压缩试验,同时利用声发射和数字图像相关技术(DIC)监测试样的裂纹演化特性和表观破坏特征,并通过力学计算的手段进一步探讨了加... 为研究螺旋箍筋直径对矸石胶结充填柱承载性能和破坏特征的影响,开展螺旋箍筋直径为1~5mm的加筋充填柱单轴压缩试验,同时利用声发射和数字图像相关技术(DIC)监测试样的裂纹演化特性和表观破坏特征,并通过力学计算的手段进一步探讨了加筋充填柱的强度提升机理。研究结果表明:当螺旋箍筋直径由1mm增至5mm时,试样的峰值应力先显著增加,在4mm后增长变缓;随着螺旋箍筋直径增大,残余应力呈现先增大后减小的趋势,破坏形态呈现“脆性破坏—延性破坏—脆性破坏”的变化,上述两种现象均在箍筋直径为3mm处呈现转折现象;当螺旋箍筋直径由3mm增至4mm时,加筋充填柱应力峰值处的累计振铃计数及其占总振铃计数的比例呈现出递增的现象,试样核心区的声发射定位点数量呈现出增加的趋势;从RA-AF参数得到,只有当螺旋箍筋直径为3mm时,加筋充填柱呈现出以拉伸破坏为主的破坏模式,其余箍筋直径加筋充填柱的破坏模式均以剪切破坏为主;1~5mm直径螺旋箍筋所代替的侧向约束应力为0.13~2.21MPa。该研究结果可为结构充填开采中加筋充填柱的合理配筋提供参考。 展开更多
关键词 结构充填开采 矸石胶结充填柱 螺旋箍筋直径 破坏特征 侧向约束应力
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短壁胶结充填开采房式遗留煤柱采场结构稳定性控制研究 被引量：1
4
作者 张云 张龙 +6 位作者 来兴平 曹胜根 杨彦斌 刘永孜 詹睿 白立丞 叶昊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期357-372,共16页
房式开采遗留煤柱资源的呆滞和矿山固体废弃的排放严重制约着我国煤炭行业的绿色低碳转型升级。为此,以陕北矿区板定梁煤矿为工程背景,提出了一种"时序协同−煤柱置换"的短壁胶结充填采煤回收煤柱的工艺。首先基于极限强度理论... 房式开采遗留煤柱资源的呆滞和矿山固体废弃的排放严重制约着我国煤炭行业的绿色低碳转型升级。为此,以陕北矿区板定梁煤矿为工程背景,提出了一种"时序协同−煤柱置换"的短壁胶结充填采煤回收煤柱的工艺。首先基于极限强度理论,对房式开采遗留煤柱回收的安全应力进行核算;其次采用数值模拟研究自然垮落法管理顶板回收遗留煤柱过程中的失稳特征及顶板破断对采场稳定性的影响,建立短壁胶结充填采场力学模型,求解出确保直接顶不发生破断的临界充填体强度;最终开展力学试验分析胶结充填体的力学特性、破坏特征及微观特征,并结合实际工程提出了一套完整的短壁胶结充填采煤设计方法。结果表明:板定梁煤矿遗留煤柱安全应力值为11.78 MPa,具备安全回收的条件;基于自然垮落法管理顶板回收遗留煤柱的应力、塑性区分布特征及顶板破断分析,发现在回收过程中可能会引发“多米诺”链式失稳效应,并伴随有顶板大面积破断;并进一步提出短壁胶结充填采煤技术置换遗留煤柱,计算得到采场直接顶不发生垮落的临界充填体强度为8.97 MPa;基于此,获取充填材料中煤矸石∶粉煤灰∶水泥∶水的最优配比为3∶3∶1∶1,该配比下矸石颗粒级配较优越,水化产物致密填充骨料间隙,有效减少了孔隙率,显著提升力学性能,可满足板定梁煤矿安全回收煤柱需求;并对试验回收区域的短壁胶结充填采煤工作面生产系统和关键参数进行了可行性设计,并提出确保充填效果的控制措施。研究成果为我国煤炭行业“资源回收−生态保护−固废利用”一体化绿色低碳转型发展提供了可复制的工程范式。 展开更多
关键词 短壁胶结充填采煤 煤柱稳定性 弹性地基梁 房式开采 遗留煤柱
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超微纳米气泡特性及其对粉煤灰矿化反应强化机制 被引量：1
5
作者 尹希文 于秋鸽 +4 位作者 孙晓冬 甘志超 崔勇 岳海荣 王志会 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期141-152,共12页
利用粉煤灰与烟气CO_(2)发生矿化反应制备矿井注浆充填材料不仅可解决煤基固废利用问题,还可降低燃煤电厂碳排放,是实现煤电企业绿色低碳发展的有效技术途径。针对粉煤灰矿化反应过程中反应效率低、CO_(2)转化利用率低的问题,利用榆林... 利用粉煤灰与烟气CO_(2)发生矿化反应制备矿井注浆充填材料不仅可解决煤基固废利用问题,还可降低燃煤电厂碳排放,是实现煤电企业绿色低碳发展的有效技术途径。针对粉煤灰矿化反应过程中反应效率低、CO_(2)转化利用率低的问题,利用榆林府谷电厂粉煤灰开展毫米曝气矿化反应试验,结合反应动力学分析对矿化反应过程进行阶段划分,识别了各阶段影响粉煤灰矿化反应效率的主要因素,提出超微纳米曝气提高粉煤灰矿化反应效率新思路。同时,采用纳米粒径追踪仪、Zeta电位仪定量表征了超微纳米气泡物化特性,开展了超微纳米曝气矿化反应试验,揭示了超微纳米气泡对粉煤灰矿化反应的强化机制。研究结果表明:①粉煤灰与CO_(2)发生矿化反应过程按降pH速率不同分为慢速(Ⅰ)、快速(Ⅱ)、慢速(Ⅲ)三个阶段,第Ⅰ阶段起主导作用的是CO_(2)气体在浆液中的扩散、溶解速率,第Ⅱ、Ⅲ阶段主要影响因素为粉煤灰中Ca^(2+)、Mg^(2+)浸出速率;②超微纳米气泡平均粒径D_(90)=207.55 nm、D_(50)=122.15 nm、D_(10)=81.9 nm,在水中停留时间超660 min,具有粒径小、浓度大、在水中停留时间长、比表面积大特点,可强化传质效率;③超微纳米气泡Zeta电位为-14.63~-18.05 mV,粉煤灰浆液Zeta电位为+3.34~+3.56 mV,2者相互吸附,可进一步强化传质效率;④相比毫米曝气,超微纳米曝气条件下粉煤灰矿化反应效率提高38.78%,CO_(2)转化利用率提高67.60%。研究成果可指导矿化反应器研制与工艺流程设计,促进粉煤灰无害化、规模化、资源化利用,助力实现“双碳”战略目标。 展开更多
关键词 粉煤灰 超微纳米气泡 矿化反应 CO_(2)转化利用率 强化机制
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冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采降载防冲机理及应用 被引量：1
6
作者 王家臣 王兆会 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期12-22,共11页
坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚... 坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚硬顶板破断致冲条件、充填体支撑下坚硬顶板运动特征及其降载防冲机理。结果表明:坚硬顶板动力破断条件为弹性区能量释放率高于塑形区能量耗散率,提出了动载冲击力计算方法,给出了动载荷和静态应力场组合作用下,冲击地压灾害发生原理;构建了充填体支撑作用下坚硬顶板沉降模型,得到了坚硬顶板沉降曲线,充填率是控制坚硬顶板沉降模式的关键因素;充填率提升至90%,坚硬顶板转变为连续沉降模式,构建了坚硬顶板连续沉降条件下支架围岩相互作用模型,提出了支架阻力计算方法,揭示了充填开采降载防冲机理;将充填开采降载防冲技术应用于1123工作面,提出了“三位一体”充填率提升技术,微震监测和顶板下沉量检测结果表明降载防冲效果良好,围岩控制效果显著提升。 展开更多
关键词 充填开采 冲击地压 坚硬顶板 充填率 支架载荷
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高水材料在邻位注浆充填中的研究与应用 被引量：1
7
作者 赵文华 刘鹏亮 于健浩 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期71-76,共6页
为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和... 为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和凝结时间等宏观工作性能,结果表明:选取高水材料水固比为2∶1,其配比在28 d时充填体强度可达6.3 MPa,料浆扩展度为461.5 mm,凝结时间接近10 min。并以三元福达矿15202工作面钻场硐室充填为研究背景,分别从注浆材料的选取、注浆工艺、现场应用三个方面对垮落区邻位注浆可行性进行了研究,最终采用高水材料对15202工作面钻场硐室垮落区进行邻位注浆,现场应用证明,高水材料邻位注浆工艺可为采空区注浆加固设计思路和施工提供有效依据,保证窄煤柱的稳定性和安全性。 展开更多
关键词 高水材料 钻场硐室 水固比 邻位注浆 窄煤柱
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粉煤灰-煤矸石膏体材料特性及采空区充填技术分析 被引量：1
8
作者 董海清 李亚斌 +2 位作者 郭冬梅 黄显武 王博 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期77-82,共6页
为有效减少煤矿采空区地面塌陷以及地表裂缝,同时大面积综合利用煤矸石和燃煤电厂的粉煤灰,以棋盘井矿区的煤矿和燃煤电厂为试验对象,通过不同材料制备试块进行研究,开发了基于棋盘井矿区粉煤灰与煤矸石为基料的煤矿采空区充填材料,提... 为有效减少煤矿采空区地面塌陷以及地表裂缝,同时大面积综合利用煤矸石和燃煤电厂的粉煤灰,以棋盘井矿区的煤矿和燃煤电厂为试验对象,通过不同材料制备试块进行研究,开发了基于棋盘井矿区粉煤灰与煤矸石为基料的煤矿采空区充填材料,提出了煤矿综采面采空区与留巷巷旁充填技术与实施工艺。结果表明:棋盘井及周边地区拥有大量煤矸石和粉煤灰,其成分利于制备充填材料,制备了利用棋盘井的煤矸石和粉煤灰为基础原料的充填材料,其强度在8~15 MPa之间,能够满足不同充填要求,且煤基固废综合利用量达到80%以上。采空区利用低强度充填体、沿空留巷巷旁采用高强度充填体,有利于节约成本,实现快速充填,实现了棋盘井矿区粉煤灰与煤矸石等煤基固废全部消纳。 展开更多
关键词 采空区 粉煤灰 煤矸石 膏体材料 分区充填
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基于CiteSpace的煤矿充填开采领域知识图谱可视化分析 被引量：1
9
作者 赵瑞 孙强 +3 位作者 袁辉 聂红臻 黄钰淞 陈澎慕桦 《中国矿业》 北大核心 2025年第6期204-214,共11页
为探究我国煤矿充填开采技术的研究现状与研究前沿,把握其整体发展趋势,以CNKI数据库收录的2000-2024年我国煤矿充填开采领域的1250篇相关文献为研究对象,运用CiteSpace软件对该领域研究的年度发文量、作者与机构合作网络、关键词共现... 为探究我国煤矿充填开采技术的研究现状与研究前沿,把握其整体发展趋势,以CNKI数据库收录的2000-2024年我国煤矿充填开采领域的1250篇相关文献为研究对象,运用CiteSpace软件对该领域研究的年度发文量、作者与机构合作网络、关键词共现、关键词突现等进行了可视化分析。研究结果显示:我国煤矿充填开采领域研究发文量整体趋势为先平稳式发展到陡坡式增长再趋于微浮动稳定发展;在合作网络方面,主要研究机构包括中国矿业大学矿业工程学院、中国矿业大学(北京)能源与矿业学院等从事煤炭领域研究的高校及实验室;结合关键词聚类和相关文献进行梳理分析,发现我国煤炭充填开采领域主要包含数值模拟、沿空留巷、绿色开采、矸石充填、地表沉陷、膏体充填等高频关键词,研究热点演化路径与国家出台政策有明显关联;通过提取突现强度较高的关键词并按照突现年份重新排序,得到突现词随时间推进的演化情况,可见近年来形成了煤基固废的充填处置、多功能充填材料研究等研究热点并展望了未来的研究方向。本文通过对煤矿充填开采领域的知识图谱分析,全面梳理了该领域的研究进展和发展趋势,为相关研究人员和行业发展提供了科学依据和实践指导。 展开更多
关键词 充填开采 CITESPACE 可视化 关键词分析 研究进展
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多源异构数据融合的空场嗣后充填采空区隐蔽致灾普查机制与致灾因素精准识别方法
10
作者 徐磊 甄智鑫 +9 位作者 王伟 迟景伟 许苏鹏 高爱 韩顺 张英 龚宇同 于跟波 陈婉意 于立峰 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第10期1775-1787,共13页
针对空场嗣后充填采空区隐蔽致灾因素识别的多解性与精度不足问题,提出一套系统性的多源异构数据融合的致灾机制建模与精准识别方法。以银漫矿业为研究对象,首先融合地表瞬变电磁法(TEM)、分布式节点地震波法、井下三维地震超前预报及... 针对空场嗣后充填采空区隐蔽致灾因素识别的多解性与精度不足问题,提出一套系统性的多源异构数据融合的致灾机制建模与精准识别方法。以银漫矿业为研究对象,首先融合地表瞬变电磁法(TEM)、分布式节点地震波法、井下三维地震超前预报及单分量地震反射法,构建“空-地-井”协同探测体系;再结合岩石力学试验与数值模拟,揭示充填体-围岩耦合失稳机理,最终形成从数据融合到风险量化的完整技术链。研究表明:1)通过耦合充填体电阻率与横波速度的物理关联,构建“波-电联合反演模型”,解决单一物探方法解译不确定性,经与传统方法对比验证,采空区边界识别误差从10%~20%降至≤5%,充填状态误判率从20%~25%降至≤8%;2)基于24组三轴试验数据建立充填密实度量化评价函数,以横波速度2.4 m/ms为阈值划分密实区与欠密实区,应用该指标发现800中段Ⅰ-36采场局部横波速度仅1.6 m/ms,判定为欠密实风险区;3)采用Mathews稳定性图解法与FLAC3D耦合模型开展动态风险评估,计算表明采空区整体失稳概率低于10%,但Ⅱ-37采场因顶板拉应力达0.36 MPa,失稳概率从静态8%升至动态23%,需优先防控。该方法为金属矿山隐蔽致灾因素精准普查提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 空场嗣后充填 隐蔽致灾机制 多源数据融合 波-电联合反演 充填密实度量化 风险动态评估
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风积沙充填网箱承载性能的数值模拟分析
11
作者 张志义 赵博 +2 位作者 管伟明 储春妹 钱德雨 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期220-232,共13页
风积沙在我国西北地区广泛分布,是理想的固体充填材料,提供侧向约束是利用这种散状颗粒材料的有效方式。以风积沙充填网箱为研究对象,通过单轴压缩试验、数值模拟试验和理论分析对其承载性能进行了研究,研究结果表明:由单轴压缩试验可... 风积沙在我国西北地区广泛分布,是理想的固体充填材料,提供侧向约束是利用这种散状颗粒材料的有效方式。以风积沙充填网箱为研究对象,通过单轴压缩试验、数值模拟试验和理论分析对其承载性能进行了研究,研究结果表明:由单轴压缩试验可知风积沙箱式充填体模型破坏时峰值应力随着丝径、目数的增加而增加;破坏时峰值应力随着网箱边长的增加而减小。大边长风积沙充填网箱破坏时峰值应力同样随着边长的增大而减小,且承载破坏均出现在边界连接处。由ANSYS对充填网箱承载变形模拟结果可知侧向约束强度是风积沙箱式充填体承载变形的关键,充填网箱承载时最大侧向变形出现在开口处附近,侧向变形分布呈现出上部大,下方小的特点;充填网箱的侧向网片为风积沙提供的侧向约束力随着网箱侧向变形量的增大而增大。当不同金属网片规格的网箱受到相同载荷时,金属网箱侧向变形量随着网箱边长、孔径的增大而增大,随着丝径的增大而减小;当不同网箱的侧向变形相同时,网箱为风积沙提供的侧向约束力随着网箱边长、孔径的增大而减小,随着丝径的增大而增大。选取网箱边长600 mm、孔径50 mm、丝径6 mm的数值模拟结果与理论分析结果的网丝拉力进行了对比分析,两者得到的网丝拉力误差值在不同变形情况下均小于5%。 展开更多
关键词 风积沙 网箱结构 有限元分析 承载性能 采空区充填
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煤基固废与高盐废水“固液协同”充填处置关键技术 被引量：3
12
作者 董书宁 于树江 +7 位作者 董兴玲 张步勤 郭小铭 王晓东 王凯 朱世彬 武博强 刘磊 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期163-173,共11页
【目的和背景】受地域、经济和技术水平等限制,大部分煤基固废仍以露天堆填的形式积存而未进行处置,不仅占用大量土地资源,还会对环境造成二次污染。高盐废水(如矿井高盐水、煤化工高盐水)的妥善处置及减量化是实现废水“零排放”的关... 【目的和背景】受地域、经济和技术水平等限制,大部分煤基固废仍以露天堆填的形式积存而未进行处置,不仅占用大量土地资源,还会对环境造成二次污染。高盐废水(如矿井高盐水、煤化工高盐水)的妥善处置及减量化是实现废水“零排放”的关键环节,然而现有高盐废水处理技术普遍存在工程初期投资大、运行费用较高等问题。【方法】提出煤基固废和高盐废水“固液”两废协同处理技术,即使用高盐废水代替普通用水和早强剂等添加剂,采用固废胶凝材料代替水泥材料,将煤基固废和高盐废水搅拌混合后得到充填膏体,泵送至煤矿井下空间。为了分析该技术的可行性,以宁夏宁东煤炭基地某煤矿为研究区,研究煤基固废充填膏体的力学性能及其对环境的潜在影响。采用单轴抗压强度测试试验(UCS)、扫描电镜(SEM)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析固化充填膏体的力学性能、微观结构及重金属浸出特征。【结果和结论】结果表明:随着时间的延长,固化充填膏体的强度不断增加,而随着矿粉添加量的增多,胶凝材料比例下降,固化充填膏体的强度逐渐减小。值得注意的是,随着时间延长,所有使用高盐废水作为拌合水的充填膏体3 d强度都高于0.5 MPa,基本满足NB/T 11432−2023《煤矿矸石基固废充填技术规范》中的最低要求,14 d强度达到3.38~5.99 MPa,能够满足绝大部分煤矿充填的各种场景要求。内梅罗污染指数法评价结果显示,固化充填膏体浸出液中重金属的综合污染指数为0.25,评价分级标准为安全;从固化充填膏体的浸出试验结果可以看出,浸出液中主要污染物的浓度均低于GB 5085.3−2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》及GB/T 14848−2017《地下水质量标准》中所列的Ⅲ类水标准要求。因此,煤基固废和矿井高盐水协同处理技术,在力学性能和环境稳定性评估方面均满足相关标准,可实现煤基固废及高盐废水的可循环、低成本和全量化利用,具有显著的经济效益和环境生态效益,在无废矿山、无废化工建设方面有较好的应用前景。 展开更多
关键词 煤基固废 高盐废水 固液协同 井下充填 地下水
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风积沙-萘系减水剂充填材料流动性测试研究 被引量：2
13
作者 王波 周俊丽 +3 位作者 翟龙虎 张超 王家乐 宋杰 《兵器材料科学与工程》 北大核心 2025年第1期94-100,共7页
为分析风积沙-萘系减水剂充填材料的流动特性,以风积沙、粉煤灰、水泥及萘系减水剂为原材料,混合制备了胶结充填材料,通过极差分析、方差分析及多元回归分析方法,研究了因素(风积沙∶粉煤灰(质量比)A、水泥含量B、萘系减水剂含量C)对风... 为分析风积沙-萘系减水剂充填材料的流动特性,以风积沙、粉煤灰、水泥及萘系减水剂为原材料,混合制备了胶结充填材料,通过极差分析、方差分析及多元回归分析方法,研究了因素(风积沙∶粉煤灰(质量比)A、水泥含量B、萘系减水剂含量C)对风积沙-萘系减水剂充填材料的初凝时间、泌水率、扩散度的影响。结果表明:在试验设定的水平范围内,风积沙-萘系减水剂充填材料的初凝时间为16~58 min,泌水率为4%~31%,扩散度为64.7~73.7 cm。3个因素对于材料初凝时间为A>B>C,泌水率为C>B>A,扩散度为A>C>B;说明风积沙与粉煤灰的质量比对材料的初凝和扩散度的影响最大,而萘系减水剂对材料泌水率的影响最大。建立并校验了在3个因素影响下该胶结充填材料的流动性、强度特性参数预计模型。 展开更多
关键词 风积沙 充填材料 流动性 预测模型
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流态化充填矸石粒径对料浆流动影响规律研究
14
作者 孙利俊 蔚保宁 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期445-450,共6页
针对矸石粒径对流态化充填过程中料浆流变特性影响规律不明确的问题,通过开展不同粒径级配矸石流态化充填材料的流变特性试验,系统揭示了矸石粒径对料浆流变特性及管道输送过程中矸石颗粒力学行为的作用机制。研究结果表明:在特定粒径... 针对矸石粒径对流态化充填过程中料浆流变特性影响规律不明确的问题,通过开展不同粒径级配矸石流态化充填材料的流变特性试验,系统揭示了矸石粒径对料浆流变特性及管道输送过程中矸石颗粒力学行为的作用机制。研究结果表明:在特定粒径级配下,矸石流态化充填料浆表现出宾汉塑性流动特征,并通过比较最大雷诺数与临界雷诺数,确定了料浆在管道输送过程中为层流状态。对料浆中的矸石颗粒进行受力分析,得出促使矸石沉降的力与粒径的三次方呈正相关,而阻止矸石沉降的力与粒径的二次方呈正相关。基于ANSYS FLUENT数值模拟,揭示了不同矸石粒径对管道输送速度和沿程阻力损失的影响规律,结合实验与模拟结果,提出流态化充填料浆的矸石骨料最大粒径应控制在3 mm以下。本研究对于优化矸石流态化充填料浆的配比设计及其在煤矿充填工程中的实际应用具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 矸石 流态化充填 矸石粒径 流变特性 粒径级配
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固体密实充填自适应滑模路径跟踪控制研究
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作者 张子航 刘扬 +3 位作者 杨尚青 薄灿 张子峣 李明泽 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期57-66,共10页
针对煤矿固体充填液压支架推压机构在复杂工况下轨迹跟踪精度低、抗干扰能力不足等问题,提出了一种基于改进滑模控制方法的自适应解耦控制策略。通过构建包含管路效应的双液压缸协同动力学模型,表征了系统在充填作业中的非线性与不确定... 针对煤矿固体充填液压支架推压机构在复杂工况下轨迹跟踪精度低、抗干扰能力不足等问题,提出了一种基于改进滑模控制方法的自适应解耦控制策略。通过构建包含管路效应的双液压缸协同动力学模型,表征了系统在充填作业中的非线性与不确定性。设计前馈补偿解耦方法,有效抑制了水平液压缸与抬升液压缸的耦合效应。进一步提出融合指数趋近律与双曲正切函数的自适应滑模控制器,通过动态调整趋近速率和扰动估计参数,显著降低滑模面抖振并提升轨迹跟踪精度。基于AMESim/Simulink联合仿真平台的实验结果表明,与传统PI和模糊PID控制相比,所提方法稳定时间缩短超过60%,最大跟踪误差小于0.02 m,在响应速度、控制精度及抗干扰能力方面均表现出显著优势。 展开更多
关键词 固体充填 推压机构 前馈补偿 自适应趋近律 滑模控制
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粉煤灰掺量对胶结充填体力学性能与声发射响应特征的影响
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作者 王立 赵尔丞 +3 位作者 朱明 苏成哲 刘有龙 杨道学 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第7期1220-1228,共9页
全尾砂胶结充填技术作为一种高效的矿山废弃物处理和矿山采空区填充方法,在矿业领域得到了广泛应用。然而,充填材料的力学性能和流动性是决定充填工程效果的关键因素,尤其是在矿山开采环境日益复杂化的背景下,对充填材料性能的要求不断... 全尾砂胶结充填技术作为一种高效的矿山废弃物处理和矿山采空区填充方法,在矿业领域得到了广泛应用。然而,充填材料的力学性能和流动性是决定充填工程效果的关键因素,尤其是在矿山开采环境日益复杂化的背景下,对充填材料性能的要求不断提高。粉煤灰作为一种工业副产物,由于具有火山灰效应和良好的颗粒级配,能够有效地改善充填材料性能。通过一系列试验研究了不同粉煤灰掺量(0%、5%、10%、15%、20%、25%)对全尾砂胶结充填体坍落度、早期与后期强度、声发射响应特征以及微裂纹演化规律的影响。结果表明,随着粉煤灰掺量的增加,充填材料的坍落度显著提高;粉煤灰的掺入降低了充填体早期强度,通过二次水化作用提高其后期强度;粉煤灰掺量的增加导致充填体试件峰前声发射活动的减弱,而其峰后的声发射活动逐渐增强,并且破裂形式由张拉破裂为主导的扩展形式逐渐向以剪切破裂为主导的扩展形式进行转变。研究结果可以为优化粉煤灰在充填材料中的应用提供科学依据,对提高矿山充填工程的安全性和稳定性具有重要的现实与理论意义。 展开更多
关键词 粉煤灰 掺量 充填体 力学性能 声发射
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羟丙基甲基纤维素对煤矸石料浆性能的影响及机理研究
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作者 霍天宏 晋俊宇 +1 位作者 靳旭锋 周一博 《中国矿业》 北大核心 2025年第7期202-210,共9页
羟丙基甲基纤维素(HPMC)能有效调节料浆性能,在水泥基材料中应用广泛。然而在煤矸石料浆领域,相关研究较少,且已有研究多局限于HPMC对煤矸石料浆宏观性能影响的初步探索,缺乏对其作用机理的系统解析。本文基于扩展度与沉降系数实验,系... 羟丙基甲基纤维素(HPMC)能有效调节料浆性能,在水泥基材料中应用广泛。然而在煤矸石料浆领域,相关研究较少,且已有研究多局限于HPMC对煤矸石料浆宏观性能影响的初步探索,缺乏对其作用机理的系统解析。本文基于扩展度与沉降系数实验,系统研究了料浆宏观性能随料浆浓度、煤矸石粒径上限、HPMC掺量的演化规律,并结合扫描电子显微镜与偏光显微镜观测,揭示了HPMC作用机理。研究结果显示:料浆浓度、煤矸石粒径上限、HPMC掺量对扩展度与沉降系数均具有显著影响,影响程度排序为料浆浓度>煤矸石粒径上限>HPMC掺量;流动性损失率L_(A)、L_(B)、L_(C)分别为1.12、0.87、0.69表明,分别通过改变料浆浓度、煤矸石粒径上限、HPMC掺量提高料浆的稳定性,对料浆流动性造成不利影响的大小排序为料浆浓度>煤矸石粒径上限>HPMC掺量,与调控浓度或改变煤矸石粒径上限的方式相比,HPMC的掺入使得浆体在保持高稳定性的同时,流动阻力的增幅显著降低,实现了稳定性与流动性的协同优化;优化后的料浆配比为:煤矸石粒径上限为2~3 mm、HPMC掺量为0.045%,料浆浓度为76%;细观结构分析显示,HPMC通过吸附架桥作用将离散细颗粒联结为三维絮网结构,该结构形成了贯穿料浆体系的“力学骨架”,有效抵消了粗颗粒沉降趋势,显著提升了料浆的稳定性。研究成果为煤矸石料浆的工程应用提供了理论支撑和优化依据。 展开更多
关键词 煤矸石料浆 羟丙基甲基纤维素(HPMC) 絮网结构 稳定性 流动阻力
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煤基固废充填开采技术研究进展与展望 被引量：124
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作者 张吉雄 张强 +3 位作者 周楠 李猛 黄鹏 李百宜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期4167-4181,共15页
煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求,是促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展的研究重点与热点。笔者在总结煤基固废充填开采技术研发背景与发展历程的基础上... 煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求,是促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展的研究重点与热点。笔者在总结煤基固废充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,系统性介绍了煤基固废充填开采技术体系的研究现状,经过20余年产学研用联合攻关,历经5代技术的研发创新,已基本形成体系的典型固废充填技术包括综合机械化固体充填、膏体充填、长壁逐巷胶结充填、覆岩隔离注浆充填、井下采选充+X,为“三下”开采、条带煤柱回收、岩层移动与地表变形控制、煤基固废井下处置提供了较全面的技术途径;煤基固废充填开采充填材料本构模型、关键岩层控制及地表变形控制等理论研究也取得了较大进展,基本构建成充填开采岩层控制理论体系;面临产业智能化升级、深部资源开采、煤基固废规模化处置与资源化利用等重点发展趋势,煤基固废充填开采技术的主要发展方向包括但不限于煤基固废高效智能充填、井下嗣后注浆充填处置、深部充填采热、煤基固废充填井下碳封存、煤基固废绿色功能材料井下利用等。现有研究现状及发展趋势综合表明:煤基固废充填开采技术是实现煤炭资源绿色智能高效开采的重要代表性途径。 展开更多
关键词 煤基固废 充填开采 采选充 岩层控制 绿色开采
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深部煤炭资源采选充绿色化开采理论与技术 被引量：142
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作者 张吉雄 张强 +3 位作者 巨峰 周楠 李猛 孙强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期377-389,共13页
深部煤炭资源开采已势在必行,但面临更加复杂的开采环境、更加危险的开采扰动诱导潜在灾变过程。结合深部煤炭开采"四高一扰动"的挑战与充填开采在岩层控制等方面的技术优势,总结分析了深部充填开采面临的五大技术难题,提出... 深部煤炭资源开采已势在必行,但面临更加复杂的开采环境、更加危险的开采扰动诱导潜在灾变过程。结合深部煤炭开采"四高一扰动"的挑战与充填开采在岩层控制等方面的技术优势,总结分析了深部充填开采面临的五大技术难题,提出深部煤炭资源采选充绿色化开采构想,即直接在井下构建煤炭开采、煤矸分选与矸石就地充填一体化生产系统,形成深部煤炭采选抽充防协同生产模式,实现深部煤炭及伴生资源的安全高效及绿色开采。该构想的初步技术体系已基本形成,并在平煤集团十二矿、开滦集团唐山矿等深部矿井建立了示范工程或基地。后续将继续深入开展深部充填开采岩层控制等6个基础理论方面的研究工作,创新采选充绿色化系统布置、自动化充填、物料大流量输送、煤矸智能分选等7项关键技术,形成深部煤炭资源采选充绿色化开采的系列理论与技术体系,为实现深部资源绿色化开采提供可靠基础。 展开更多
关键词 深部资源 充填开采 采选充 岩层控制 绿色化开采
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部分充填采煤技术的研究与实践 被引量：119
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作者 许家林 轩大洋 +3 位作者 朱卫兵 王晓振 王秉龙 滕浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1303-1312,共10页
对煤矿充填开采而言,如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术,为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上,系... 对煤矿充填开采而言,如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术,为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上,系统总结了部分充填采煤技术的研究进展,包括:部分充填开采的概念与技术框架,覆岩隔离注浆充填、短壁冒落区嗣后充填、长壁墩柱同步充填等3种部分充填采煤技术的原理、设计方法、适用条件和应用情况。实践证明,部分充填是一种高效低成本充填采煤技术,尤其是覆岩隔离注浆充填,其吨煤充填成本仅为30~60元,单面充填采煤能力可达60~100万t/a,已在淮北矿区得到推广应用。 展开更多
关键词 部分充填 建筑物下采煤 覆岩隔离注浆充填 关键层 绿色开采
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