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煤及共伴生资源精准开采科学问题与对策 被引量：105
1
作者 袁亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期1-9,共9页
面临新一轮以大数据、云计算、人工智能、物联网、区域链、互联网为代表的信息技术革命,及煤、铀、油气相继走向智能化无人开采的发展趋势,深度融合现代信息技术、资源开采理论技术助推煤及共伴生资源无人(少人)开采,保障国家能源及战... 面临新一轮以大数据、云计算、人工智能、物联网、区域链、互联网为代表的信息技术革命,及煤、铀、油气相继走向智能化无人开采的发展趋势,深度融合现代信息技术、资源开采理论技术助推煤及共伴生资源无人(少人)开采,保障国家能源及战略需求,成为新时代能源资源开发模式变革的导向,基于此率先提出煤及共伴生资源精准开采的科学构想。煤及共伴生资源精准开采是以创新地球空间物理科学、多相多场耦合理论及智能管控系统为核心保障,互联网+现场监测、物理/数值模拟、基础实验的"三位一体"科研手段为支撑,实现煤及共伴生资源禀赋、原生/扰动地质灾害、开采装备工况全息实时展现,资源开发规划、矿井运行管理及退役矿井生态修复方案的智能弹性决策,潜在致灾因素的智能深度感知、精准圈定及高效解危,突发灾害的损伤体自主修复、管控系统韧性恢复、装备自适应调整的能源资源科学开发模式。煤及共伴生资源精准开采可有效破解资源开发面临的勘探监测、协同开发、灾害防控及环境负外部性等重大难题,为未来煤及共伴生资源开发提供了新思路。本文凝练了煤及共伴生资源精准开发的5个关键科学问题和7个主要研究方向,为实现新时代资源安全高效绿色开发提出了阶段性规划。 展开更多
关键词 煤及共伴生资源 精准开采 三位一体 互联网+ 物联网 人工智能
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基于流动扩散互竟关系的基质吸附态瓦斯表观扩散系数实验室测定准确性分析 被引量：12
2
作者 赵伟 王凯 +4 位作者 李成武 鞠杨 刘晨熙 魏诚敏 袁廷璐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期860-869,共10页
解吸试验初期高速涌出的游离瓦斯使得不同损失时间条件下观测到的解吸曲线形态发生剧烈变化,给实验室准确测定基质吸附态瓦斯表观扩散系数,以及工程中精确测定钻屑瓦斯解吸指标K_(1)与损失瓦斯含量带来了不便。基于瓦斯流动与扩散的竞... 解吸试验初期高速涌出的游离瓦斯使得不同损失时间条件下观测到的解吸曲线形态发生剧烈变化,给实验室准确测定基质吸附态瓦斯表观扩散系数,以及工程中精确测定钻屑瓦斯解吸指标K_(1)与损失瓦斯含量带来了不便。基于瓦斯流动与扩散的竞争互抑关系,建立了引入游离瓦斯流动的全浓度表观扩散模型,确定了游离瓦斯和吸附瓦斯对于整体逸散瓦斯的贡献变化,同时构建了K_(1)时因衰减模型。利用自主研发的瓦斯解吸自动测试装置,精确测定了初期瓦斯解吸曲线,并获得了损失时间为1,5,10 min条件下的表观扩散系数有效值。研究结果显示:随解吸时间的延长,整个解吸过程可分为3个阶段,分别为游离瓦斯流动主控阶段、过渡阶段和基质吸附瓦斯扩散主控阶段;裂隙游离瓦斯量与解吸时间呈线性规律,基质吸附瓦斯量与解吸时间符合单孔扩散模型规律,其在短时间内又符合√t(t为时间)模型;随着损失时间增大,游离瓦斯在整体逸散瓦斯中的贡献逐渐减小,而吸附瓦斯扩散的比例逐渐增大,在宏观上表现为解吸曲线线性段缩短,而曲率增加;依此推导出的表观扩散系数有效值和K_(1)亦随之逐渐减小,且减小速度初期较大。利用表观扩散系数时因衰减关系,给出了K_(1)及损失量测定的有效测算时间区间,并建立了精确度更高的瓦斯损失量推算模型,将原有√t模型对试验样品数据的拟合度提升了20.8%。 展开更多
关键词 损失量 单孔扩散模型 扩散系数 K_(1) 解吸曲线
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深部煤炭资源安全高效开采科学问题及关键技术 被引量：10
3
作者 袁亮 张通 +3 位作者 王玥晗 王新中 王雅亭 郝宪杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期1-12,共12页
在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现... 在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现状,分析了现有技术针对深部资源开发的适用性。基于现有技术现状及深部矿产资源原位贮存及采动特性,提炼出了深部矿井建设运营全过程面临的关键理论及技术问题,进一步指出了实现深部煤炭资源安全高效开采未来的技术攻关方向。通过分析数字孪生、人工智能、大算力模型等新兴技术的发展趋势,明确了地质透明化、智能开采工艺、灾害预警体系、生态环境修复等重要领域的技术突破路径,构建了深部资源安全−高效−智能−绿色开采的可行技术发展战略。未来,通过逐步在跨尺度地质体演化动态表征、非线性煤岩多相多场耦合致灾机理研究、耐高温高压多功能材料与新型勘探开采装备研发、泛适应性无人开采工艺构建、地质生态高效绿色精准修复、矿区建设−生产−修复区域智能决策大模型孕训等方向形成突破,奠定深部矿产资源稳定、高效、智能、绿色开采的基础技术保障,深部资源开采必将实现少人/无人开采及全网络分布式智能调控开采,为国家能源安全战略保障提供核心支撑。 展开更多
关键词 深部煤炭资源 安全、高效、智能、精准、绿色开采 关键技术 多相多场响应 人工智能 泛工艺
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面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术 被引量：49
4
作者 袁亮 《工矿自动化》 北大核心 2017年第10期1-7,共7页
在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上,围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现状,提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵,凝练出其5种关键技术,即多源信息智能感知、多网融合传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害... 在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上,围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现状,提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵,凝练出其5种关键技术,即多源信息智能感知、多网融合传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害监控预警、矿井灾害应急救援;指出基于透明地球的煤炭精准开采和基于物联网的智能感知是实现未来无人矿山的两大技术体系,其中精准开采是技术核心,物联网是技术保障;以煤矿动力灾害精准预警物联网为例,阐述了其包含感知层、网络层、应用层和公共技术的体系架构,并介绍了其工程应用,为实现煤炭精准开采科学构想提出了技术路径。 展开更多
关键词 煤炭精准开采 矿山物联网 煤矿生产物流系统 煤矿动力灾害 智能感知 多网融合 精准预警 应急救援
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基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性分级判别准则 被引量：2
5
作者 赵毅鑫 杨哲 +2 位作者 谢镕澴 王涛 赵良辰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期297-310,共14页
判别煤的冲击倾向性是评估煤矿冲击地压危险程度的主要依据之一,考虑到现有判别煤冲击倾向性分级的流程相对复杂。为此,提出了一种基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性判别方法。对来自4个煤矿的20个煤样开展里氏硬度测试、纵波波速... 判别煤的冲击倾向性是评估煤矿冲击地压危险程度的主要依据之一,考虑到现有判别煤冲击倾向性分级的流程相对复杂。为此,提出了一种基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性判别方法。对来自4个煤矿的20个煤样开展里氏硬度测试、纵波波速测试和单轴压缩试验,获取了煤里氏硬度与岩石力学参数之间的拟合关系式,并探究了不同里氏硬度煤样在受压破坏过程中的能量演化规律。定义了描述煤样破坏时能量释放速率的系数KPE,并分析了KPE与传统煤冲击倾向性指标的关联。基于里氏硬度与KPE之间的关联,构建了基于里氏硬度的煤冲击倾向性分级判别准则。为验证该准则的合理性,将其判别结果与国家标准及煤屑弹射质量比F的判别结果进行对比,并在鄂尔多斯盆地某强冲击地压矿井选择了2个工程应用场景进一步对该准则的工程应用效果进行检验。结果表明:煤里氏硬度与单轴抗压强度、弹性模量具有强相关性,而与纵波波速相关性较弱;里氏硬度越大,煤样的储能及释放能力越强。不同冲击倾向煤样的KPE差异显著,且与传统冲击倾向性指标相关性较好,表明KPE可用于煤冲击倾向性分级判别。煤样的KPE与里氏硬度呈幂函数正相关,表明随里氏硬度的增加,煤样的冲击倾向性显著变化。基于便携式里氏硬度测试的煤冲击倾向性分级判别准则与国家标准、煤屑弹射质量比F的判别结果具有较好的一致性,同时在2种工程应用场景下的应用效果良好,表明该方法具有一定的可行性和可靠性。 展开更多
关键词 里氏硬度 煤 冲击倾向性 能量演化
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地下气化过程中煤体孔隙结构演化的核磁共振研究
6
作者 薛熠 滕腾 +3 位作者 王林潮 高峰 刘冠男 高亚楠 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3742-3759,共18页
在全球能源结构转型与“双碳”目标背景下,煤炭地下气化(UCG)被广泛视为深部难采煤资源实现原位高效转化与清洁利用的战略路径。UCG过程中,煤体结构在高温及多阶段化学反应(如干燥、热解、气化、氧化)作用下持续演变,孔隙结构的变化对... 在全球能源结构转型与“双碳”目标背景下,煤炭地下气化(UCG)被广泛视为深部难采煤资源实现原位高效转化与清洁利用的战略路径。UCG过程中,煤体结构在高温及多阶段化学反应(如干燥、热解、气化、氧化)作用下持续演变,孔隙结构的变化对气化剂渗流行为与合成气产率具有重要影响。为揭示热作用条件下煤体孔隙结构的响应机制,基于低场核磁共振(NMR)技术,系统研究了不同气氛(氮气与空气)及加热温度(200、300、400℃)对煤样孔隙率、孔径分布与孔隙连通性的影响规律。结果表明,热作用促进孔隙的扩展和连通,表现为横向弛豫时间谱峰值整体增强,尤以中孔与大孔增幅最为明显。相同温度下,空气气氛下热作用效果优于氮气气氛。空气气氛下热作用提高了煤样的孔隙率,其增长率高于氮气气氛,在400℃时,空气气氛下孔隙率增长率达到90.04%,远高于氮气气氛下的65.24%。同时,随着热作用温度的升高,煤样的孔隙结构发生了显著变化,微孔的占比下降,中孔和大孔的占比增加。热作用促进了孔隙连通性的增强,有利于提升煤体渗透能力。在空气气氛下,400℃时煤样的有效孔隙率达到19.17%,占总孔隙率的75.56%,高于氮气气氛下的15.56%,占比70.53%。此外,随着热作用温度的升高,大孔和中孔的分形维数呈下降趋势,表明热作用处理使煤样的孔隙结构更加规则,连通性与渗透性同步增强。在空气气氛下的热作用处理过程中,煤样经历了干燥、气化和燃烧等多个阶段,导致其内部结构破坏更为严重。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 核磁共振 热作用 孔隙结构 分形维数 渗透性
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基于划痕测试的煤冲击倾向性分级判别准则
7
作者 赵毅鑫 王涛 +1 位作者 杨哲 谢镕澴 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期117-127,共11页
冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏固有属性,是煤矿诱发冲击地压事故的内在因素,也是判别煤矿冲击危险性的关键指标,但传统判别煤冲击倾向性的流程相对繁琐。为此,提出了一种基于划痕试验间接评价煤冲击倾向性的方法。分别对来自5个矿井... 冲击倾向性是煤岩体发生冲击破坏固有属性,是煤矿诱发冲击地压事故的内在因素,也是判别煤矿冲击危险性的关键指标,但传统判别煤冲击倾向性的流程相对繁琐。为此,提出了一种基于划痕试验间接评价煤冲击倾向性的方法。分别对来自5个矿井的煤样开展划痕测试和单轴压缩试验,建立了煤样划痕比能与其物理力学参数(单轴抗压强度、弹性模量)之间的拟合模型;并分析了不同划痕比能煤样在单轴压缩过程中的能量演化规律。采用峰后能量释放速率指数KPE定量表征煤的冲击倾向性并通过拟合与回归分析建立划痕比能与KPE关联表达式;然后构建了基于划痕比能的煤冲击倾向性分级评价方法并利用国标综合评价法以及煤屑弹射质量比F对该分级方法进行验证。研究结果表明:煤样的划痕比能与单轴抗压强度呈现正线性相关,与弹性模量呈现负线性相关,R^(2)分别为0.96577、0.88196。随着划痕比能的增加,煤样峰前积累的弹性应变能以及峰后快速释放能量的能力逐渐增强。煤样的划痕比能与弹性应变能指数、冲击能量指数、KPE呈现正相关幂函数关系,而与动态破坏时间呈现负相关幂函数关系。分别以国标综合评价法和煤屑弹射质量比F的判别结果为标准,基于划痕比能分级准则的评价吻合度均为100%,因此划痕法可以作为煤冲击倾向性间接测试方法。 展开更多
关键词 划痕比能 煤冲击倾向性 能量演化 峰后能量释放速率指数 弹射质量比
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我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考 被引量：262
8
作者 袁亮 姜耀东 +3 位作者 王凯 赵毅鑫 郝宪杰 徐超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期14-20,共7页
当前我国煤炭产能中部分矿井已到达其生命周期或不符合安全生产的要求或开采成本高亏损严重,直接关闭或废弃此类矿井不仅造成资源的巨大浪费,还有可能诱发后续的安全、环境及社会等问题。我国关闭/废弃矿井剩余资源开发利用难度大,无法... 当前我国煤炭产能中部分矿井已到达其生命周期或不符合安全生产的要求或开采成本高亏损严重,直接关闭或废弃此类矿井不仅造成资源的巨大浪费,还有可能诱发后续的安全、环境及社会等问题。我国关闭/废弃矿井剩余资源开发利用难度大,无法照搬国外利用模式,开展整体战略、基础理论和关键技术研究迫在眉睫。系统阐述了我国关闭/废弃矿井资源开发利用面临的5个科学问题:地下煤炭气化高效转化与开发利用耦合机制、基于安全智能精准控制的地下空间储物环境保障机理、基于多场耦合的矿井水及非常规能源智能精准开发模式、构建关闭/废弃矿井可再生能源开发与微电网输能模式、构建基于生态修复与环境支持的关闭/废弃矿井工业旅游开发模式。在能源生产与消费革命和推动煤炭供给侧改革的新时代背景下,开展我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用研究,具有重要的政治和经济战略内涵,对于提高关闭/废弃矿井资源开发利用效率意义重大。 展开更多
关键词 关闭/废弃矿井 资源开发利用 精准开发 供给侧改革
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煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展 被引量：169
9
作者 袁亮 姜耀东 +7 位作者 何学秋 窦林名 赵毅鑫 赵旭生 王凯 于庆 卢新明 李红臣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期306-318,共13页
新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力... 新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警是在煤炭精准开采的理念指导下,基于多相多场耦合灾变孕育演化机理,利用灾害前兆信息采集传感与多网融合传输技术、多源海量前兆信息提取挖掘方法,能够实现煤矿典型动力灾害前兆信息深度感知、风险精准判识及监控预警的新模式新方法。该模式能够实现煤矿监控预警由传统的经验型、定性型向精准型、定量型转变,全面提升我国煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力。凝练了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警的4个关键科学问题和8个主要研究方向,围绕基础理论研究、关键技术开发和预警平台搭建,重点阐述了12个方面的研究进展,为实现冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时精准预警提供了技术路径。 展开更多
关键词 煤矿典型动力灾害 煤炭精准开采 多场耦合 风险精准判识 监控预警
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基于“2-4”模型的高校易燃易爆实验室事故致因与对策 被引量：23
10
作者 徐超 郭琳 +1 位作者 赵春雨 艾子博 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2021年第5期248-254,共7页
该文收集了46起高校易燃易爆实验室事故案例,采用"2-4"模型统计分析了事故致因频次和占比,进而建立了高校易燃易爆实验室事故行为分析模型,并提出了针对性事故防范对策。该研究结果对预防高校易燃易爆实验室事故的发生具有一... 该文收集了46起高校易燃易爆实验室事故案例,采用"2-4"模型统计分析了事故致因频次和占比,进而建立了高校易燃易爆实验室事故行为分析模型,并提出了针对性事故防范对策。该研究结果对预防高校易燃易爆实验室事故的发生具有一定的现实意义。 展开更多
关键词 易燃易爆实验室 “2-4”模型 事故分析模型 防范对策
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基于非线性渗透率模型的高抽巷精准抽采参数优化 被引量：12
11
作者 徐超 李小芳 +2 位作者 陈晴晴 曹明月 申立华 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期100-109,共10页
利用高抽巷抽采工作面与断裂带卸压瓦斯是煤层群瓦斯治理的重要技术手段,为进一步提高高抽巷瓦斯抽采效果并实现精准抽采,基于砌体梁理论和“O”形圈理论建立采空区非线性渗透率模型,以此建立更符合实际情况的模拟模型,提高数值模拟结... 利用高抽巷抽采工作面与断裂带卸压瓦斯是煤层群瓦斯治理的重要技术手段,为进一步提高高抽巷瓦斯抽采效果并实现精准抽采,基于砌体梁理论和“O”形圈理论建立采空区非线性渗透率模型,以此建立更符合实际情况的模拟模型,提高数值模拟结果的准确性,并将其运用到Fluent模拟软件中分析高抽巷在不同抽采负压、垂距、平距下对采空区瓦斯三维流场的影响规律,进而提出了高抽巷精准抽采的优化技术参数。结果表明,采空区渗透率分布特征规律为沿采空区倾向,进风、回风巷两侧渗透率大,阻力系数较小,中部渗透率较小,呈先减小后增大趋势分布;沿采空区走向方向,随着远离工作面,渗透率逐渐下降,在压实稳定区内基本保持稳定;采空区内瓦斯分布受风流及高抽巷抽采的影响,进风巷侧瓦斯浓度较低,回风巷侧瓦斯浓度较高,采空区瓦斯浓度分布等值线呈现“外凸”分布;当高抽巷平距为32 m,垂距为30 m,抽采负压为15 kPa时,抽采效果最佳,且采空区低浓度瓦斯分布范围较广,瓦斯浓度峰值最小,可以有效降低上隅角瓦斯浓度;通过对比现场实测高抽巷瓦斯抽采效果及上隅角瓦斯浓度和模拟结果,验证了模拟结果的准确性。研究结果可为高瓦斯煤层群精准开采及高抽巷参数优化提供理论依据。 展开更多
关键词 高抽巷 采空区渗透率 合理层位 抽采负压 瓦斯抽采
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不同载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化行为及渐进损伤特性
12
作者 王凯 左晓欢 +4 位作者 杜锋 孙加智 张俊文 李康楠 张翔 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期50-72,共23页
研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,... 研究常规三轴载荷和分级循环载荷作用下含瓦斯煤岩组合体能量演化特征及渐进损伤行为,对深部煤岩瓦斯复合动力灾害的防控具有重要意义。采用实验室试验、理论分析等研究方法,开展了不同围压和应力载荷的声发射-渗流-损伤三轴同步试验,分析了受载含瓦斯煤岩组合体的力学响应特征、渐进损伤行为及能量演化规律,结合宏-细观破坏特征,揭示了围压及应力载荷对含瓦斯煤岩组合体失效行为的影响机制。研究结果表明:(1)组合体试样的峰值强度、弹性模量、残余强度均随围压增加线性增大,在围压相同时,分级循环载荷下的弹性模量比常规三轴载荷低0.13~1.76 GPa,峰值强度比.常规三轴载荷低8.91%~20.81%;(2)围压升高显著抑制裂隙发育,但分级循环载荷的起裂应力比和损伤应力比更低,试样更易在低应力下产生裂纹;(3)试样声发射信号随渐进损伤特征应力呈阶段性变化特征,峰值声发射计数随围压的提高而增大。围压的增加会限制试样内部裂纹的扩展和贯通,分级循环载荷下,声发射计数的Kaiser效应区延长,Felicity效应区缩短;(4)分级循环载荷的总能量、弹性能和耗散能均高于常规三轴载荷,较大应力幅值区间内能量耗散更显著,试样破坏面的SEM细观结构更加复杂和粗糙,裂纹和孔隙特征更加明显,分形维数值比常规三轴载荷大0.057~0.280;(5)高围压产生的损伤作用大于压缩限制作用,加剧了煤岩组合体的界面破坏效应,破坏模式以剪切破坏为主。研究结果为深部煤层开采过程中高应力、高瓦斯压力区的煤岩瓦斯复合动力灾害防控提供理论依据。 展开更多
关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 含瓦斯煤岩组合体 分级循环载荷 力学响应 能量演化 宏-细观失效行为
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深部煤层瓦斯含量分阶赋存规律及其与突出危险的关联 被引量：3
13
作者 赵伟 董虎子 +5 位作者 闫志达 王凯 舒龙勇 冯忠凯 卢守青 胡科 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1555-1568,共14页
我国目前采用的煤与瓦斯突出区域预测指标包括瓦斯压力和瓦斯含量2种,在不同矿区两者对突出危险的敏感性不一。煤与瓦斯突出机理是合理制定突出危险性预测指标的基础,“本源瓦斯主控说”突出机理暗示瓦斯含量在深部条件下对突出危险的... 我国目前采用的煤与瓦斯突出区域预测指标包括瓦斯压力和瓦斯含量2种,在不同矿区两者对突出危险的敏感性不一。煤与瓦斯突出机理是合理制定突出危险性预测指标的基础,“本源瓦斯主控说”突出机理暗示瓦斯含量在深部条件下对突出危险的敏感性要高于瓦斯压力。为了检验上述推论的正确性,对比选取了具有高地温、高压力特征的平煤八矿作为典型研究对象,其高地温与高压力特点使得深部煤层瓦斯赋存规律与浅部不同,瓦斯含量在某一“临界深度”以下产生负增长,导致瓦斯赋存规律呈现分阶特征,与瓦斯压力的线性递增赋存规律产生明显差别。采用理论计算、试验分析、数值模拟与现场验证相结合的方法,首先理论计算了平煤八矿瓦斯含量分阶赋存规律,并建立了考虑温度与压力竞争效应的固-流-热三场耦合模型,分析出现瓦斯含量随深度逆向减小的影响因素;然后对比地勘/采动时期的瓦斯含量和瓦斯压力的差异化赋存规律,验证了理论研究和数值模拟的研究结果;之后理论分析了研究矿区的突出能量纵向分布规律,并以现场瓦斯涌出量以及突出事故案例,对突出危险性分阶分布特征进行了正面和侧面验证;最后比较分析了深部条件下瓦斯压力与瓦斯含量对突出危险的敏感性差异,阐明了造成两者差异的内在原因。论文研究显示:深部逐渐增高的地温以及压力对瓦斯含量形成了竞争作用,使得瓦斯含量在某一深度以下可能产生负增长现象,形成临界深度。临界深度的大小受到地温梯度、吸附能力以及温度敏感系数等因素影响。“本源瓦斯主控说”强调吸附瓦斯在突出中的主控作用,在临界深度以深,瓦斯含量对突出危险的敏感性要大于瓦斯压力。尤其对于构造煤而言,瓦斯含量的区域预测指标要更为敏感可靠。论文研究成果从宏观角度验证了“本源瓦斯主控说”的正确性,对于深部煤岩瓦斯动力灾害防治具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 瓦斯含量 临界深度 突出能量 突出敏感性指标 地温
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基于能量传导机制的覆岩裂断损伤主控因素及表征 被引量：1
14
作者 张村 樊柏强 +4 位作者 任赵鹏 马健起 赵毅鑫 李全生 赵勇强 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期781-793,共13页
采场上覆岩层的运移和裂断是影响工作面矿压显现的重要因素。从能量角度对覆岩损伤及破坏特征进行研究,能够更好地了解采动影响下覆岩运移与破坏的行为规律和潜在风险,为采场合理的开采参数设计提供有效的指导。以陕西神府矿区青龙寺煤... 采场上覆岩层的运移和裂断是影响工作面矿压显现的重要因素。从能量角度对覆岩损伤及破坏特征进行研究,能够更好地了解采动影响下覆岩运移与破坏的行为规律和潜在风险,为采场合理的开采参数设计提供有效的指导。以陕西神府矿区青龙寺煤矿为研究背景,通过能量耗散理论从二维平面及三维空间的角度对覆岩裂断损伤的峰后变形破坏特征进行研究。创新性地提出了煤层开挖赋予上覆岩层势能的总能量计算方法。在此基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立了基于能量传导机制的覆岩损伤程度表征体系。基于能量平衡和有限差分理论,推导了岩石耗散能有限差分方程式,采用FISH语言将其写入FLAC3D应变软化模型,补充了软件能量计算模块,弥补了常规采用塑性区定性表征工程岩体开挖导致的破坏程度及类型的不足。通过定义损伤度指标量化表征了指标参数尺度效应的能量耗散程度,并结合青龙寺煤矿工作面地质条件模拟分析了工作面长度和推进速度对覆岩损伤程度的影响。覆岩损伤度随工作面长度、工作面推进速度的增加分别呈“S”型增长和减小。最终确定工作面长度应小于303.26 m,推进速度应控制在10.13~18.00 m/d并匀速推进。若工作面参数超过上述范围,开采损伤将会引起上覆岩层中主要控制层的破坏,进而导致损伤比大幅度增加。最后,结合青龙寺煤矿5-20108工作面推进速度与其工作面来压步距的相关关系,发现工作面推进速度的增加使得来压步距增长,矿压显现强度增强,整体覆岩损伤程度降低,进而验证了基于能量传导模型表征体系的可行性。 展开更多
关键词 覆岩结构 损伤度 能量耗散 损伤表征 开采参数
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瓦斯抽采“钻孔-管网”系统智能决策调控方法
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作者 王凯 王东旭 +6 位作者 周爱桃 张俊文 宋方舟 杜昌昂 郝玉双 范席辉 赵伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3235-3251,共17页
瓦斯抽采负压的准确设置是确保瓦斯抽采系统高效抽采的关键,如何确定抽采系统中各位置的最优负压是目前亟需解决的技术难点。因此,为了合理、精准地调控瓦斯抽采系统负压,通过对比分析4种预测算法筛选出了表现最为出色的预测算法,并对... 瓦斯抽采负压的准确设置是确保瓦斯抽采系统高效抽采的关键,如何确定抽采系统中各位置的最优负压是目前亟需解决的技术难点。因此,为了合理、精准地调控瓦斯抽采系统负压,通过对比分析4种预测算法筛选出了表现最为出色的预测算法,并对其自身缺点进行改进,基于改进后的算法模型构建了钻孔负压智能决策调控模型;构建了瓦斯抽采管网解算模型并实现了管网解算模型的解算寻优,基于改进粒子群算法构建了管网智能寻优决策调控模型;在现场开展了试验研究,验证了智能决策调控模型的可靠性。结果表明:4种预测算法中LSTM(Long Short-Term Memory)与瓦斯抽采数据特征匹配度最高,改进得到的CNN-LSTM(Convolutional Neural Network-Long Short-Term Memory)模型能有效改善LSTM过度依赖时间序列的问题,基于CNN-LSTM模型构建的钻孔智能决策调控模型能够实现钻孔抽采负压的精准预测和调控。改进粒子群算法可以有效避免陷入局部最优的问题,得到迭代解算的最优解,同时基于改进粒子群算法构建的管网智能寻优决策调控模型可以对瓦斯抽采管网负压进行合理分配。现场试验中,1号和2号试验钻孔瓦斯流量在智能调控后分别提升了0.014和0.013 m^(3)/min,瓦斯浓度在智能调控后分别提升了11.91%和10.03%,抽采管网在调控后瓦斯流量提高了1.23 m^(3)/min,瓦斯浓度提高了2.87%,表明智能决策调控模型可靠性较高。研究结果对提高瓦斯抽采系统抽采效率及保障矿井生产具有重要的意义。 展开更多
关键词 抽采系统 智能预测 管网解算 智能寻优 智能决策调控
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深部充填开采留巷围岩偏应力演化规律与控制 被引量：38
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作者 谢生荣 岳帅帅 +4 位作者 陈冬冬 潘浩 索海翔 杨军辉 乔顺兴 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1837-1846,共10页
针对深部充填开采留巷围岩控制难题,以邢东矿1126运料巷为研究背景,采用应变软化模型研究工作面推进全过程中留巷围岩偏应力与塑性区演化规律。研究表明:(1)超前采动影响较明显区顶板约为32 m,底板和两帮均约为16 m,留巷采动影响较明显... 针对深部充填开采留巷围岩控制难题,以邢东矿1126运料巷为研究背景,采用应变软化模型研究工作面推进全过程中留巷围岩偏应力与塑性区演化规律。研究表明:(1)超前采动影响较明显区顶板约为32 m,底板和两帮均约为16 m,留巷采动影响较明显区顶板约为32 m,底板约为24 m;(2)从工作面回采开始到工作面回采结束的全过程对留巷围岩偏应力和塑性区进行监测得到:偏应力分布形态以瘦高椭圆状→近似圆状→小半圆拱→大半圆拱→扇形拱进行演化,偏应力峰值带以顶底板→顶底帮角(实体煤侧)和实体煤帮进行转移;塑性区分布形态以近似椭圆状→近似圆状→半球状进行演化,且塑性区呈非对称分布;(3)基于深部充填开采留巷围岩偏应力和塑性区非对称分布特征,提出了分区非对称围岩控制技术,实践表明,留巷围岩控制效果明显。 展开更多
关键词 深部充填开采 沿空留巷 应变软化模型 偏应力
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国外废弃矿井可再生能源开发利用现状及展望 被引量：50
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作者 霍冉 徐向阳 姜耀东 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第10期267-273,共7页
为建立适合我国国情的废弃矿井可再生能源开发利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国外废弃矿井各类可再生能源利用技术及应用进展,包括太阳能、风能、矿井水蓄热、抽水蓄能和压缩空气储能,并分别选取有代表性项目总结其开发利用特... 为建立适合我国国情的废弃矿井可再生能源开发利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国外废弃矿井各类可再生能源利用技术及应用进展,包括太阳能、风能、矿井水蓄热、抽水蓄能和压缩空气储能,并分别选取有代表性项目总结其开发利用特点,分析对我国废弃矿井可再生能源开发利用的主要经验启示主要在于:完备的法规体系与政策保障;科学合理的规划与管理机制;多元化投资与市场化运营模式;重视科研投入与技术创新。在参考借鉴这些经验的基础上,结合我国能源革命和供给侧改革要求,提出相关政策建议,即我国废弃矿井可再生能源开发利用应以“典型示范与稳步推广相结合,开发利用与经济发展相适应,安全优先和成本效益相统一,立足长远和科学布局相协调”为原则,走智能精准开发之路,并逐步总结形成一套完整的适合我国国情的废弃矿井可再生能源开发利用标准规范与管理体系。 展开更多
关键词 废弃矿井 资源开发利用 可再生能源技术
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扩孔前后煤层渗透率阶段演化与瓦斯动态运移特征研究
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作者 徐超 苑永旺 +4 位作者 王凯 蒋立翔 胡园园 蔡永博 刘伟 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期900-911,F0003,共13页
机械扩孔技术能够显著提高煤层渗透性、促进低渗透性煤层的瓦斯抽采,是降低煤与瓦斯动力灾害风险的有效措施。为揭示机械扩孔对瓦斯抽采的影响机制,通过气固耦合模型与数值模拟,研究了扩孔前后煤层渗透率演化规律并求解了瓦斯抽采解析... 机械扩孔技术能够显著提高煤层渗透性、促进低渗透性煤层的瓦斯抽采,是降低煤与瓦斯动力灾害风险的有效措施。为揭示机械扩孔对瓦斯抽采的影响机制,通过气固耦合模型与数值模拟,研究了扩孔前后煤层渗透率演化规律并求解了瓦斯抽采解析解。随后在阳泉矿区开展了现场试验予以验证。结果表明:扩孔应力扰动下煤层瓦斯压力下降速率变化规律可分为随抽采时间逐渐减小(Ⅰ型)和基本不变(Ⅱ型)2种,扩孔煤层瓦斯压力明显低于普通孔径煤层;随距钻孔中心距离增加煤层渗透率逐渐降低,随时间延长煤层渗透率不断增大,扩孔煤层渗透率明显高于普通孔径煤层;相较于普通孔径钻孔,扩孔钻孔瓦斯渗流速度提高约8倍,有效抽采半径扩大1.70倍~1.78倍;实施机械扩孔掘进工作面煤层的瓦斯平均抽采浓度、纯量分别提升了6.2倍、12.6倍,残余瓦斯含量减少了19%。扩孔明显提高了煤层渗透性与瓦斯抽采效果,这既证明了机械扩孔技术的有效性,也验证了耦合模型的可靠性。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 煤层渗透率 机械扩孔 气-固耦合模型 瓦斯运移
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小分子有机物对CH_(4)和CO_(2)吸附动力学行为的影响研究
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作者 王凯 林双双 赵伟 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期808-820,F0003,共14页
煤的复杂孔隙结构和有机质组成显著影响瓦斯的储运特性,但目前针对可溶性有机质的作用机制仍缺乏深入研究。以四氢呋喃-2-醇(C4H8O2)为代表,通过量子化学模拟探讨小分子有机物对煤吸附CH_(4)和CO_(2)的影响,并计算确定了单个分子的静态... 煤的复杂孔隙结构和有机质组成显著影响瓦斯的储运特性,但目前针对可溶性有机质的作用机制仍缺乏深入研究。以四氢呋喃-2-醇(C4H8O2)为代表,通过量子化学模拟探讨小分子有机物对煤吸附CH_(4)和CO_(2)的影响,并计算确定了单个分子的静态电位,详细分析了吸附过程的吸附热、均方位移和径向分布函数以及吸附能量分布。结果表明:煤对CO_(2)的吸附能力总是高于CH_(4);小分子有机物显著降低了煤的气体吸附量和吸附热,减弱杂原子与吸附质分子的相互作用,并且对CO_(2)吸附影响较大,从而大幅度减弱CO_(2)与煤分子之间的相互作用,以及CO_(2)对甲烷的驱替作用;在6 MPa时,煤对CO_(2)吸附影响最小。研究结果有助于深入理解煤层甲烷的赋存机理,为优化预抽瓦斯技术提供理论支撑,助力煤矿安全与高效生产。 展开更多
关键词 小分子有机物 煤 甲烷吸附 二氧化碳吸附 分子模拟
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裂隙煤岩组合结构渐近破坏行为及应力演化特征
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作者 王凯 张翔 +5 位作者 杜锋 鞠杨 李康楠 孙加智 王乙桥 左晓欢 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期432-451,共20页
结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响。在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩。因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要... 结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响。在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩。因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要意义。研究对比分析了不同裂隙位置和裂隙角度对裂隙煤岩组合结构试样力学特性演变及渐近破坏特征的影响;进一步建立了裂隙煤岩组合结构的离散元模型,分析了裂隙位置与角度变化下的模型应力场演化、裂纹萌生扩展-特征应力值动态演变关系;最后,结合裂隙尖端应力场理论和界面约束效应理论,探讨了裂隙组合结构试样的力学机制。结果表明:裂隙主要作用于结构内的煤体,导致煤岩组合结构试样的强度和变形能力显著降低。试样的裂纹闭合应力、屈服应力、峰值应力、初始变形模量和弹性模量均随裂隙角度的增加而呈指数上升趋势。界面裂隙导致组合结构试样的损伤启动提前,屈服阶段的声发射计数在整个加载过程中占比较高。当裂隙角度靠近水平时,试样在达到峰值应力前裂纹扩展较快,累计损伤程度更大。不同试样的应变集中带均倾向于向煤体内传播,最终导致单材料或跨界面的宏观拉伸裂纹形成。研究还确定了力链场和应力场的特征区域分布,发现裂隙角度的变化会造成特征区域的偏转,其对界面约束效应产生显著影响。裂隙显著改变了常规煤岩组合结构中煤、岩体的极限强度分布。 展开更多
关键词 裂隙 煤岩组合结构 应变场 力学特性 应力演化
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