复杂条件下遗煤开采岩层控制理论与关键技术研究 被引量：20

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作者 冯国瑞 侯水云 +7 位作者 梁春豪 白锦文 张玉江 王朋飞 贺志宏 马占元 戚庭野 康立勋 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期144-149,共6页

为解决我国老矿区资源枯竭,优质稀缺煤种匮乏、矿井服务年限不足等问题,通过理论分析、实验、数值模拟等方法系统研究了我国遗煤储量及类型、复杂条件下遗煤资源开采矿山压力显现规律、岩层控制机理及判定方法、构造充填岩控技术及工艺... 为解决我国老矿区资源枯竭,优质稀缺煤种匮乏、矿井服务年限不足等问题,通过理论分析、实验、数值模拟等方法系统研究了我国遗煤储量及类型、复杂条件下遗煤资源开采矿山压力显现规律、岩层控制机理及判定方法、构造充填岩控技术及工艺装备。取得了以下创新性成果:①首次摸清了我国遗煤储量、分布及类型等,遗煤资源开采可增加我国30%的煤炭储量,其开采将增加主要产煤省的煤炭储采比,提出了遗煤资源开采急需解决的技术难题;②揭示了复杂条件下遗煤开采的"应力场-结构场-变形场"时空演化与矿压显现规律,建立复杂条件下遗煤开采岩层移动预测模型;③发现复合残采区整层遗煤资源开采存在"主控岩层结构",建立了"扰动块体梁"结构模型和"上控制层+下承载层"结构模型,揭示复杂条件下遗煤开采岩层控制机理,构建了以"主控岩层结构稳定"为核心的复杂条件下遗煤开采可行性定量判定理论体系;④研发了综合柱旁充填、"梁-柱"式充填岩移控制技术、固体资源化充填材料和制备输送系统,充填效果监测技术,发明了复杂条件下遗煤开采构造充填岩控技术及工艺装备,形成了复杂条件下遗煤开采关键技术体系。该成果对延长服务年限、保证国家能源供给具有重要意义。 展开更多

关键词 遗煤 复采 岩层控制 岩层结构 充填

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柱式充填体单轴压缩损伤演化及破坏特征研究 被引量：7

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作者 冯国瑞 赵永辉 +2 位作者 郭育霞 冉洪宇 解文硕 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期4012-4023,共12页

为研究结构充填中柱式充填体在承受上覆岩层荷载作用下的损伤破坏,制备高宽比为3的3种不同截面边长矸石胶结充填柱并对其进行单轴压缩试验;基于数字图像相关法(DIC),对加载过程中充填柱的表面散斑图像进行分析,同时对加载过程中试件的... 为研究结构充填中柱式充填体在承受上覆岩层荷载作用下的损伤破坏,制备高宽比为3的3种不同截面边长矸石胶结充填柱并对其进行单轴压缩试验;基于数字图像相关法(DIC),对加载过程中充填柱的表面散斑图像进行分析,同时对加载过程中试件的声发射及电阻率变化进行监测,并建立了不同截面边长矸石胶结充填柱的损伤模型及本构方程。研究结果表明:矸石胶结充填柱的抗压强度及弹性模量随截面边长的增大而减小,峰值应变随截面边长的增大而增大;不同截面边长的充填柱均以斜剪切破坏为主,随着截面边长的增大充填柱会出现部分拉伸破坏的特征,压缩过程中试件的全场应变演化云图与应力−应变曲线有较好对应关系;在初始压密阶段与峰后破坏阶段,不同截面边长矸石胶结充填柱的声发射振铃不同,声发射事件定位点的空间演化与破坏形态有一定对应关系;可将声发射振铃的突变及电阻率的稳定阶段作为判定充填体被破坏的前兆。 展开更多

关键词 柱式充填体 破坏形式 数字图像相关法 声发射 电阻率 损伤模型

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保水开采相似模拟高精度位移测量方法研究 被引量：1

3

作者 张玉江 冯国瑞 +4 位作者 戚庭野 康立勋 LUO Yi 章敏 闫永敢 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期112-117,共6页

针对保水开采相似模拟岩层大范围非线性位移特点和大量程高精度测量要求,提出了一种通过布设参考点提高位移测量精度的方法,并通过实验进行了分析验证。研究结果表明:测量精度随参考点个数及位移值的增加而提高;参考点个数增加可以减小... 针对保水开采相似模拟岩层大范围非线性位移特点和大量程高精度测量要求,提出了一种通过布设参考点提高位移测量精度的方法,并通过实验进行了分析验证。研究结果表明:测量精度随参考点个数及位移值的增加而提高;参考点个数增加可以减小系统误差,系统误差随着参考点个数的增加在一定范围内波动,测量值误差的正负决定波动趋势;当参考点个数大于15时,误差均值向有序过渡,大于25时,表现为有序状态;为保证测量精度,至少需要对25个参考点。本方法可为保水开采覆岩移动变形模拟观测提供借鉴。 展开更多

关键词 相似模拟 覆岩移动 测量精度 系统误差 保水开采

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不同高径比煤岩力学性能及破坏特征实验研究 被引量：1

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作者 张玉江 邵珠娟 +4 位作者 袁红辉 郭育霞 程豪杰 史旭东 王胜伟 《中国矿业》 北大核心 2020年第5期110-114,共5页

为解决复采过程中不同尺寸遗留煤柱失稳致灾难以判定的问题,对不同高径比煤岩试件进行单轴加载实验,研究不同高径比对煤岩试件破坏形式、应力应变曲线形式、峰值强度、峰值应力、弹性模量的影响规律。结果表明:随着高径比的减小,试件由... 为解决复采过程中不同尺寸遗留煤柱失稳致灾难以判定的问题,对不同高径比煤岩试件进行单轴加载实验,研究不同高径比对煤岩试件破坏形式、应力应变曲线形式、峰值强度、峰值应力、弹性模量的影响规律。结果表明:随着高径比的减小,试件由剪切破坏为主破坏形式过渡为复杂破坏形式;峰值应力σmax和峰值应变εP随高径比的减小呈幂函数增大,两者间随高径比增加呈一次函数关系:εP=0.218σmax-2.465;弹性模量及割线模量随着高径比的减小而减小,其变化趋势服从二次函数;0.8和1.5是引起煤岩试件力学参数变化速率改变的关键高径比,高径比小于0.8时,力学参数变化明显,而大于1.5后变化趋缓。上述结果可应用于不同宽高煤柱稳定性的判定,提高了复采安全。 展开更多

关键词 复采 煤柱 高径比 峰值应力 失稳

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厚煤层刀柱采空区下分层复采工作面矿压规律研究 被引量：3

5

作者 牛利凯 郭育霞 +1 位作者 冯国瑞 杜云楼 《煤炭技术》 CAS 2018年第8期59-61,共3页

针对虎峰煤矿2#煤层刀柱式采空区下分层复采工作面矿压规律显现异常等现象,根据SMP准则得到煤柱极限稳定宽度为7 m,采用数值模拟与现场实测进行研究。得出工作面过煤柱时,支承压力显现为"弱-强-弱"的规律;工作面过跨度较小的... 针对虎峰煤矿2#煤层刀柱式采空区下分层复采工作面矿压规律显现异常等现象,根据SMP准则得到煤柱极限稳定宽度为7 m,采用数值模拟与现场实测进行研究。得出工作面过煤柱时,支承压力显现为"弱-强-弱"的规律;工作面过跨度较小的采空区时,支承压力显现为"强-弱-强"的规律,工作面过跨度较大的采空区时,支承压力显现为"强-弱-强-弱-强"的规律。 展开更多

关键词 复采工作面 煤柱 采空区 支承压力

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基于煌斑岩遇水软化的声发射特性研究 被引量：1

6

作者 冯佳瑞 冯国瑞 郭军 《煤炭技术》 北大核心 2015年第8期6-8,共3页

为研究煌斑岩遇水前后在破裂过程中的声发射特征,设计了干燥和饱水2种状态的煌斑岩,利用YAW-1000型压力机和PCI-2声发射信号采集系统对其进行单轴加载作用下的声发射试验,分析煌斑岩的声发射特征。结果表明:2种含水状态煌斑岩的声发射... 为研究煌斑岩遇水前后在破裂过程中的声发射特征,设计了干燥和饱水2种状态的煌斑岩,利用YAW-1000型压力机和PCI-2声发射信号采集系统对其进行单轴加载作用下的声发射试验,分析煌斑岩的声发射特征。结果表明:2种含水状态煌斑岩的声发射特性明显不同,饱水状态煌斑岩的最大振铃计数率为干燥状态的69.2%,饱水状态煌斑岩的最大能率为干燥状态的68.2%。 展开更多

关键词 煌斑岩 饱水 软化 声发射

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含气岩石的强度特性及脆性评价研究

7

作者 李文璞 赵洪宝 +1 位作者 范翔宇 张千贵 《能源与环保》 2021年第5期46-50,共5页

储层岩石的强度特性与脆性特征是薄互层煤层气(瓦斯)合采中井壁稳定性及压裂效果评价的重要指标。基于三轴流固耦合试验系统,开展了不同围压条件下含气页岩和不含气页岩的强度特征及脆性评价的试验研究。结果表明:当围压保持一定,含气... 储层岩石的强度特性与脆性特征是薄互层煤层气(瓦斯)合采中井壁稳定性及压裂效果评价的重要指标。基于三轴流固耦合试验系统,开展了不同围压条件下含气页岩和不含气页岩的强度特征及脆性评价的试验研究。结果表明:当围压保持一定,含气页岩的峰值强度均低于不含气页岩的峰值强度和残余强度;随着围压的增加,含气页岩和不含气页岩的峰值强度和残余强度均表现出增加的趋势。基于应力—应变曲线的岩石脆性特征评价方法,得出含气页岩和不含气页岩的脆性指标随着围压的增加而降低;当围压相同时,含气页岩的脆性指标均高于不含气页岩的脆性指标。基于应力—应变曲线考虑峰后相对应力降大小和应力降速率的岩石脆性特征评价方法具有较高的准确性。该研究对薄互层煤层气(瓦斯)安全高效合采具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 含气页岩 强度特征 脆性评价 力学特性

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粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响 被引量：63

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作者 任昂 冯国瑞 +6 位作者 郭育霞 戚庭野 郭军 章敏 康立勋 韩玉林 张丕林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2374-2380,共7页

为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%-69.8%,膏体流变性、泌水率... 为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%-69.8%,膏体流变性、泌水率、抗压强度和干缩率的变化情况。结果表明：1随粉煤灰掺量的增加,膏体流变性减弱,黏聚性增强,泌水率减小。2随粉煤灰掺量的增大,不同龄期膏体抗压强度变化不同,3 d强度变化不大,在0.5 MPa左右;7 d强度呈先增后降的趋势,在66.7%掺量时最大达到2.5 MPa;14 d强度于67.8%掺量前在4 MPa上下变化,在68.9%掺量时达到6.9 MPa;28 d强度发展缓慢,与14 d变化趋势相似。7-14 d水化作用显著,强度增长量能达到28 d强度的40%-60%。3膏体的干缩量随粉煤灰用量增加而减小,与龄期近似满足对数关系。且膏体干缩量曲线160 d开始趋于平稳,干缩率不超过0.2%。 展开更多

关键词 煤矿充填膏体 粉煤灰用量 流变性 抗压强度 干缩率

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废弃混凝土粗骨料对充填膏体性能的影响 被引量：32

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作者 冯国瑞 贾学强 +7 位作者 郭育霞 戚庭野 李典 李振 冯佳瑞 刘国艳 宋凯歌 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1320-1325,共6页

为解决废弃混凝土长期堆放占用土地资源,破坏周围生态环境的问题,利用废弃混凝土粗骨料替代煤矸石制备充填膏体,分别测定了其初始坍落度与扩展度、流变性能,以及静置2 h后的坍落度与扩展度、泌水率及单轴立方体抗压强度。结果表明:废弃... 为解决废弃混凝土长期堆放占用土地资源,破坏周围生态环境的问题,利用废弃混凝土粗骨料替代煤矸石制备充填膏体,分别测定了其初始坍落度与扩展度、流变性能,以及静置2 h后的坍落度与扩展度、泌水率及单轴立方体抗压强度。结果表明:废弃混凝土粗骨料对初始流动性能的影响显著,随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,初始坍落度由25 cm逐渐减小到22 cm,而对充填膏体的静置流动性能影响较小;随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,屈服应力及塑性黏度均呈上升趋势;废弃混凝土粗骨料对充填膏体的泌水有很好的抑制作用,随废弃混凝土粗骨料替代率的增加,泌水率由5.56%逐渐减小到4.61%;随着废弃混凝土粗骨料替代膏体矸石量的增加,废弃混凝土充填膏体试件的抗压强度先增大后减小,综合分析选取了废弃混凝土粗骨料替代矸石量的合理范围。 展开更多

关键词 废弃混凝土 再生粗骨料 充填材料 充填膏体

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上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响 被引量：18

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作者 白锦文 冯国瑞 +6 位作者 章敏 戚庭野 姜海纳 张玉江 郭军 郭峰 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1896-1904,共9页

针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部... 针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明:1下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。2多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现"原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡"的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。3复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。 展开更多

关键词 多重柱式开采 中部残煤 应力分布 波态平衡 时空叠加效应 复合卸压效应

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“上柱-下垮”复合残采区中部残煤开采可行性评价 被引量：12

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作者 冯国瑞 郭峰 +5 位作者 白锦文 张玉江 戚庭野 郭军 章敏 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2245-2253,共9页

针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中... 针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中部残煤开采可行性进行了研究。研究表明:(1)上下煤层的采动影响并未破坏中部残煤的宏观连续性,且在中部残煤开采过程中,上覆岩层结构相对稳定;(2)采场岩层的支承压力与塑性区的分布范围基本一致,二者皆可以评价上下煤层开采后层间岩层的损伤破坏范围,其损伤范围包含整个上位层间岩层和下位层间岩层的局部范围;(3)中部残煤主要受上部煤层开采影响,处于上部煤层开采损伤破坏范围之内,因此在中部7号残煤开采过程中,其采场顶板稳定性较差,应采取合理有效的顶板控制措施保证安全生产。 展开更多

关键词 复合残采区 残煤采场岩层 损伤范围 可采性评价

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机械破碎后煤矸石在Ca(OH)_2溶液中的活性特征 被引量：5

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作者 戚庭野 郭育霞 +4 位作者 李振 冯国瑞 李典 贾学强 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1339-1346,共8页

为研究在48 h内机械破碎后的矸石粉末在不同浓度的氢氧化钙溶液中火山灰反应特性和活性离子溶出特性,采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别对矸石粉末浸入1 mol/L和0.1 mol/L Ca(OH)2溶液中不同时间段的滤渣... 为研究在48 h内机械破碎后的矸石粉末在不同浓度的氢氧化钙溶液中火山灰反应特性和活性离子溶出特性,采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别对矸石粉末浸入1 mol/L和0.1 mol/L Ca(OH)2溶液中不同时间段的滤渣矿物成分、微观形态和红外光谱进行分析和观测,同时运用电感耦合等离子体发射光谱仪和电导率仪分别对滤液的活性离子浓度和电导率进行测定。结果表明:机械破碎后的矸石具有火山灰活性,在两种浓度矸石-Ca(OH)2溶液中,活性离子Al3+,Fe3+,Si4+浓度均在6 h和24 h达到峰值;活性离子来源于矸石中高岭石Al—O和Si—O键能的变化,溶解时间越长,键能变化越明显;矸石在两种浓度的Ca(OH)2溶液中表面形态,都经历了片状矿物的裸露→薄片状Ca(OH)2晶体的附着→小颗粒活性物质的析出→花瓣状产物的生成向针柱状产物转变的过程;随溶解时间的增加,1 mol/L和0.1 mol/L矸石-Ca(OH)2溶液的电导率均呈下降趋势,且前者的火山灰反应程度明显高于后者。 展开更多

关键词 机械破碎 煤矸石 Ca(OH)2溶液 活性特征

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塔山盘区大巷巷间煤柱合理宽度优化探究

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作者 王贵文 冯国瑞 +1 位作者 郭军 任玉琦 《煤炭技术》 CAS 2018年第8期36-38,共3页

针对塔山煤矿3条1070大巷之间宽煤柱留设造成煤炭资源巨大浪费的现状,采用FLACK3D数值模拟软件对不同水平地应力下的1070大巷在不同动压系数垂直应力影响下的巷间煤柱的合理宽度进行模拟探究,从煤柱塑性区发育及应力变化角度分析煤柱稳... 针对塔山煤矿3条1070大巷之间宽煤柱留设造成煤炭资源巨大浪费的现状,采用FLACK3D数值模拟软件对不同水平地应力下的1070大巷在不同动压系数垂直应力影响下的巷间煤柱的合理宽度进行模拟探究,从煤柱塑性区发育及应力变化角度分析煤柱稳定性,结果表明3条1070大巷合理巷间煤柱宽度不应少于20 m。 展开更多

关键词 巷间煤柱 数值模拟 塑性区

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