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深部采动响应与灾害防控研究进展 被引量：195
1
作者 袁亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期716-725,共10页
掌握深部采动响应机制与灾害防控技术对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的现实意义。针对深部开采面临高地应力、高地温、高岩溶水压和强开采扰动的复杂环境,探讨了深部采动煤岩体响应特征。阐述了煤炭开采多物理化学场时空动态演... 掌握深部采动响应机制与灾害防控技术对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的现实意义。针对深部开采面临高地应力、高地温、高岩溶水压和强开采扰动的复杂环境,探讨了深部采动煤岩体响应特征。阐述了煤炭开采多物理化学场时空动态演化规律和多资源全生命周期动态叠加多相多场耦合致灾机理。最后,基于上述采动响应特征和多场耦合规律及致灾机理,从透明矿山及地质保障关键技术、灾害风险判识与监控预警关键技术和典型动力灾害防控关键技术3个方面讨论了深部采动灾害防控方法。未来应继续加大对深部开采基础研究支持力度,大力支持自主创新重大仪器及科学装置研究,重点开展深部煤炭开采应用基础理论和关键技术研究,依靠科技创新突破制约我国深部煤炭开采的理论与技术瓶颈。加强深部采动多物理化学场耦合灾变机理分析,实现深地资源地质精准勘探和三维地质可视化,建立深部采动灾害风险判识及合理性评价模型,以及开展多参量灾害预警与防控技术和装备研究,实现对灾害的有效预警和精准防控,综合形成深部煤矿灾害防控理论与技术标准体系。同时,在充分认清深部各种灾害特征、治理能力极限和技术经济可行性的基础上,科学确定开采下限。最终有效解决深部煤炭开采面临的科学问题和重大技术难题,促进深部煤炭安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 采动响应 灾害防控 地质保障 多场耦合
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煤岩瓦斯复合动力灾害监测预警与防控技术研究进展 被引量：5
2
作者 杨科 李彩青 +1 位作者 刘文杰 张寨男 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期18-32,共15页
煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动... 煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动力灾害研究进展。总结了以能量释放主体、初始瓦斯压力、载荷条件为主的复合动力灾害类型划分依据;梳理了理论分析尺度和实验室尺度下的复合动力灾害机理研究进展,发现应力路径、微裂纹动态演化和煤岩赋存地质因素临界指标是致灾机理研究的关键;概述了以前期灾害前兆信息判识、中期灾害前兆信息采集、后期灾害一体化监测预警为主线的复合动力灾害监测预警技术研究进展;揭示了复合动力灾害消能减灾一体化防控技术和多尺度分源防控关键技术科学内涵。在此基础上针对两淮矿区灾害特点,提出了深部强动载条件下复合动力灾害智能判识与预警方法和分区协同防控方法。基于当前研究进展,提出了煤岩瓦斯复合动力灾害研究亟待解决的问题,助力实现深部煤炭安全、精准、高效开采。 展开更多
关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 灾害分类 致灾机理 监测预警 灾害防控
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采动影响下破碎围岩巷道控制机理及支护优化
3
作者 陈诚 刘纪良 +1 位作者 卢淑涛 赵明 《建井技术》 2025年第2期7-12,共6页
针对朱仙庄煤矿Ⅱ5采区行人上山巷道受采动影响导致围岩破碎严重,以及原有支护方案承载力不足发生严重变形等问题,采用破碎围岩控制机理提出一种联合控制优化方案,包括注浆锚杆、高压注浆锚索、钢筋网、喷浆和注浆等措施,提高了巷道围... 针对朱仙庄煤矿Ⅱ5采区行人上山巷道受采动影响导致围岩破碎严重,以及原有支护方案承载力不足发生严重变形等问题,采用破碎围岩控制机理提出一种联合控制优化方案,包括注浆锚杆、高压注浆锚索、钢筋网、喷浆和注浆等措施,提高了巷道围岩黏聚力和承载能力,限制了塑性区域发展。结合现场工业试验验证,结果表明:75 d后围岩变形达到平稳,新支护方案有效地控制住了巷道变形,显著降低变形速度,并在后期实现稳定。 展开更多
关键词 采动影响 破碎围岩 巷道支护 黏聚力 承载能力
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我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害分类、预测与防控 被引量：44
4
作者 朱斯陶 刘金海 +8 位作者 姜福兴 尚晓光 孙希奎 张修峰 宋大钊 张明 王爱文 谢华东 曲效成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期807-816,共10页
针对我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害频发的现状,采用现场调查、理论分析、现场监测等方法,对顶板运动型矿震及诱发灾害发生机制、预测和工程分类技术进行了研究,得到以下主要结论:(1)基于关键层运动模式将顶板运动型矿震分为关键层... 针对我国煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害频发的现状,采用现场调查、理论分析、现场监测等方法,对顶板运动型矿震及诱发灾害发生机制、预测和工程分类技术进行了研究,得到以下主要结论:(1)基于关键层运动模式将顶板运动型矿震分为关键层断裂型、关键层回转型和关键层滑移型3类矿震,建立了基于“关键层运动状态”的顶板运动型矿震的能量预测模型,分别提出了3类顶板运动型矿震能量的计算方法;(2)基于顶板运动型矿震诱发井下和地面灾害机制,建立了顶板运动型矿震诱发井下冲击地压和地面建筑物震动损害的一体化力学模型和评估方法,为煤矿顶板运动型矿震诱发灾害的预测提供了基础;(3)提出了分类防控、源头减震、吸能抗震协同防控顶板运动型矿震的理念,形成了以低矿震能量、低围岩密度和高抗震能力为基础的煤矿顶板运动型矿震及诱发灾害防控体系,开展了地面直井压裂源头防控顶板运动型矿震的技术试验研究;(4)根据工作面在压裂区开采期间的矿压显现和相似材料模拟试验结果,大范围压裂措施能够降低大能量矿震发生频次,但也可能改变关键层运动模式,甚至增大井下矿压显现强度。 展开更多
关键词 坚硬顶板 矿震 冲击地压 矿震分类 矿震预测 地面震动损害 地面压裂
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综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究 被引量：2
5
作者 李志华 耿倩 +2 位作者 杨科 邹恩隆 何祥 《中国矿业》 北大核心 2024年第2期159-167,共9页
为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,... 为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 垮落带注浆充填 相似模拟 分形理论 裂隙演化 覆岩运移
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动静荷载作用下煤矿TBM滚刀贯入度预测理论模型 被引量：1
6
作者 王成博 沈仁为 +4 位作者 李宏亮 张鹏涛 程晋轶 李天国 唐彬 《煤炭技术》 CAS 2024年第10期231-234,共4页
全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM... 全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM滚刀贯入度进行开展分析研究,获得了动静荷载作用下TBM滚刀贯入度计算公式。基于煤矿TBM掘进硬岩巷道工程问题,计算TBM掘进煤矿巷道滚刀贯入度,并与滚刀贯入度现场监测数据对比,研究结果表明:TBM施工现场滚刀贯入度最大14.7 mm,最小5.2 mm,平均值为9.76 mm,滚刀贯入度理论计算值为9.27 mm,验证了理论模型的准确性。 展开更多
关键词 煤矿 滚刀 动静荷载 贯入度 理论模型
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冲击载荷下煤样动力学响应特性与损伤本构模型
7
作者 杨科 许日杰 +2 位作者 刘帅 刘文杰 张杰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期139-148,共10页
为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射... 为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射能、透射能、吸收能、耗能密度与应变率呈一次函数关系,耗能占比与应变率呈指数型函数关系,且均保持正相关。基于经典朱-王-唐模型、Weibull分布、Drucker-Prager准则,建立了考虑煤样损伤与黏滞性特征的动态统计损伤本构模型,并对本构模型的准确性与普适性进行了验证。该模型能够较好地描述煤样冲击动态力学行为,为动载影响下深地煤炭安全开采提供了基础研究。 展开更多
关键词 煤 应变率 朱-王-唐模型 动态损伤本构模型 分离式霍普金森压杆
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煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究进展 被引量：111
8
作者 袁亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1557-1566,共10页
围绕拟解决的重大科学问题“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术”,以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型煤矿动力灾害为研究对象,鉴于煤矿典型动力灾害诱发机理不清、风险判识不明、监控预警技术不足等现状,开展了冲击地压孕育机理与... 围绕拟解决的重大科学问题“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术”,以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型煤矿动力灾害为研究对象,鉴于煤矿典型动力灾害诱发机理不清、风险判识不明、监控预警技术不足等现状,开展了冲击地压孕育机理与风险判识及监测预警、煤与瓦斯突出灾变机理及监测预警、煤矿典型动力灾害信号采集传输和智能化分析、煤矿典型动力灾害监控预警系统平台等研究,开发了大尺度、真三维、全封闭自动开挖煤与瓦斯突出物理模拟实验装置,研制了包括光纤光栅微震传感、三轴应力传感、分布式多点激光甲烷检测等在内的动力灾害前兆信息新型感知与多网融合传输传感装置,建立了井下传感器数据的多元海量动态信息的聚合理论与方法,提出了基于漂移特征的潜在煤矿典型动力灾害预测方法与多粒度知识挖掘方法,构建了基于大数据分析和数据挖掘的煤矿动力灾害风险判识和监控预警模型。通过现场实践,表明能实现全面采集人机环参数,且采集传感器具有故障自诊断、响应时间短、标校周期长等优点。监控预警系统稳定运行无故障率达到了99%,抗干扰等级不低于3级,系统监控预警准确率大于90%,实现了煤矿典型动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时预警。 展开更多
关键词 煤矿 典型动力灾害 风险判识 监控 预警
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不同应变率下松软煤体动态压缩力学特征
9
作者 朱传奇 王磊 +2 位作者 刘怀谦 陈礼鹏 张帅 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期244-254,共11页
深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征,针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体,压制ø50 mm×25 mm的圆柱形型煤试样,运用分离式霍普金森压杆试验系统,开展5组冲击速度下(0... 深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征,针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体,压制ø50 mm×25 mm的圆柱形型煤试样,运用分离式霍普金森压杆试验系统,开展5组冲击速度下(0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa)煤体的动态压缩试验,获取煤体动态应力−应变曲线,计算破碎耗能及耗能密度,筛分不同粒径区间破碎煤体质量,分析煤体力学特征参数、能量耗散及破碎特征随应变率的变化规律,揭示煤体冲击破坏的应变率效应。结果表明:在试验应变率范围内,煤体初始压密阶段均不明显,且随应变率的增高,弹性变形阶段曲线斜率缓慢增大,屈服阶段有所增长,软化阶段应力降幅增大。煤体峰值应力、峰值应变、割线模量随应变率的增高均具有线性增大的变化特点,增幅分别为130.998%、111.335%、52.026%。随应变率的增高,煤体破碎耗能及破碎耗能密度均呈指数增长,破碎耗能占比逐渐增大。应变率越大,破坏后煤体小体积碎块越多,应变率由66.778 s^(−1)变化到259.154 s^(−1)过程中,碎块平均粒径由3.34 mm逐渐降低至2.49 mm,碎块分形维数由2.37缓慢增大到2.61,型煤与原煤(应变率为57.433~240.100 s^(−1))破碎特征随应变率变化趋势具有一致性。研究结果可为厘清松软煤体冲击动态力学响应过程、防控失稳灾害提供试验依据。 展开更多
关键词 松软煤体 应变率 力学特征参数 能量耗散 破碎特征
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基于正交试验的U形通风采煤工作面瓦斯爆炸超压影响因素分析
10
作者 刘佳佳 张翔 +3 位作者 高志扬 张扬 陈玖强 靳马超 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第4期163-176,共14页
为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律,并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性,利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。首先,根据瓦斯爆炸机理搭建了数学模型,并依据前人实验方案进行了数值模拟... 为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律,并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性,利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。首先,根据瓦斯爆炸机理搭建了数学模型,并依据前人实验方案进行了数值模拟,以此验证了该数学模型的可靠性;其次,依序进行了模拟关键参数的优化,并得到了关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度的最合理设置分别为0.2 m、0.05 ms和1900 K,通过拟合得到了工作面爆炸超压峰值及其到达时间与爆心距之间的函数关系。通过正交试验分析了瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性。极差分析结果表明,温度、瓦斯体积分数和瓦斯积聚区压力3个主控因素的极差值依次减小,温度对于爆炸超压衰减的影响最显著,其中R值达到5.928。运用方差分析对影响瓦斯爆炸超压衰减率的主控因素进行了显著性研究,结果表明,温度的方差值最大,瓦斯积聚区压力的方差值次之,瓦斯体积分数的方差值最小,其中温度的显著值F达到31.835,其余两项不显著。 展开更多
关键词 U形通风 采煤工作面 瓦斯爆炸 超压衰减率 正交试验
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超临界CO_(2)脉动作用对低阶煤微观-宏观结构损伤演化特征
11
作者 刘佳佳 李元隆 +2 位作者 高建良 王丹 张云龙 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期190-199,共10页
为了明晰超临界CO_(2)脉动作用对低阶煤的作用效果及机理,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤作为试验对象,通过自主搭建的超临界CO_(2)脉动致裂试验系统开展试验研究,对脉动作用前后的煤样分别进行XRD、FTIR、低温液氮吸附试验、低场核磁共... 为了明晰超临界CO_(2)脉动作用对低阶煤的作用效果及机理,采集新疆艾维尔沟矿深部低阶煤作为试验对象,通过自主搭建的超临界CO_(2)脉动致裂试验系统开展试验研究,对脉动作用前后的煤样分别进行XRD、FTIR、低温液氮吸附试验、低场核磁共振及单轴压缩试验测定,量化分析超临界CO_(2)脉动作用前后煤体的微观结构、孔隙结构及力学特性变化。结果表明:超临界CO_(2)脉动作用后,煤中方解石和黏土矿物的质量分数增加,黏土矿物质量分数的变化主要受氨伊利石增加的影响,煤中各有机官能团峰值均呈现不同程度的降低,超临界CO_(2)对有机物的萃取作用效果明显,脉动作用后煤体的微晶结构受到损伤,晶体层片间距增加了0.002 9 nm,煤体结构趋于松散;对比超临界CO_(2)脉动作用前,作用后煤样XJ-A、XJ-B有效孔隙率分别提高了66.7%、128.6%,煤体内部孔隙连通性增强,脉动作用对微小孔及中孔的改造作用更明显;超临界CO_(2)脉动作用后煤的力学特性显著劣化,单轴抗压强度和弹性模量分别降低54.73%和59.82%,声发射振铃计数和累积能量均大幅降低,振铃计数峰值降至作用前51%,煤样内部颗粒黏聚力降低,累积能量降低了62%。综上,超临界CO_(2)脉动作用能够显著破坏低阶煤的微观-宏观结构,对深部低阶煤储层致裂增透、煤层气抽采具有重要意义。 展开更多
关键词 超临界CO_(2) 脉动致裂 微观结构 孔隙 力学特性
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深井切顶留巷底鼓机制及其防控
12
作者 华心祝 李琛 +3 位作者 刘啸 杨朋 陈登红 祁亚宝 《岩土力学》 北大核心 2025年第3期955-968,共14页
沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建... 沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长,一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462(1)轨顺切顶留巷条件为工程研究背景,建立离散元数值计算模型,分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型,并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式,运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件,求得该巷道平均底鼓量为0.74 m,最大底鼓量为0.77 m,最大鼓起位置偏向采空区侧,距巷中1.15 m,计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式,分析了留巷底鼓影响因素,底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小,底板刚度在5~13 MN·m^(2)之间内变化时,巷道底鼓对其变化较为敏感;与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ均呈线性正相关,增长率分别为0.0826、0.0349、0.0272 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析,提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明,相较于留巷初期底板变形得以有效控制,底鼓降幅明显,所留巷道能够满足复用要求。 展开更多
关键词 底鼓机制 沿空留巷 切顶卸压 底鼓防控
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CO_(2)作用下煤体裂隙发育及三维动力学特性研究
13
作者 王磊 廖志鹏 +3 位作者 陈礼鹏 杨震宇 吴雨轩 李伟利 《振动与冲击》 北大核心 2025年第9期135-146,共12页
为研究CO_(2)吸附对煤体裂隙及其三维动力学特性的影响,利用高压气体吸附解吸系统和CT扫描系统分别对煤样开展了CO_(2)吸附试验和扫描试验,实现了对吸附前后煤样内部裂隙的精准提取及数字化定量表征,并结合自主研发的高温高压含气煤岩... 为研究CO_(2)吸附对煤体裂隙及其三维动力学特性的影响,利用高压气体吸附解吸系统和CT扫描系统分别对煤样开展了CO_(2)吸附试验和扫描试验,实现了对吸附前后煤样内部裂隙的精准提取及数字化定量表征,并结合自主研发的高温高压含气煤岩动静组合加载系统对煤样开展了不同CO_(2)压力和围压作用下三维动态冲击试验,分析了煤样的动态力学参数,最后从数值模拟角度探讨了煤体裂隙发育与强度劣化间的内在联系。结果表明:吸附CO_(2)会促进煤体内部裂隙扩展并伴随新生裂隙的萌发,导致裂隙网络更加复杂,且作用效果随CO_(2)压力升高而加剧;不同CO_(2)压力作用下,煤体三维动态应力-应变曲线变化趋势大致相同,CO_(2)压力和围压均会影响煤体的动力学特性,CO_(2)会弱化煤体的动态强度和动态弹性模量,而围压作用会使煤体的动态强度和动态弹性模量增加;CO_(2)压力的增大会导致煤体孔隙率不断增大,减小煤体有效承载体积,进而导致煤体宏观力学特性的劣化,同时围压的存在会限制煤样环向变形,且围压越大,限制作用越强。 展开更多
关键词 CO_(2)吸附 CT扫描 裂隙发育 三维动力学特性 COMSOL模拟
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爆破工程课程教学中岩石材料动态力学实验实践与分析方法 被引量：1
14
作者 杨荣周 徐颖 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第3期248-260,共13页
《爆破工程》课程是土木和采矿类专业教学的基础核心课程。为了提高学生对岩石材料动态力学响应和损伤破坏机理的认识与理解,在培养方案中开设岩石材料的爆炸与冲击动力学实验教学内容以更好地实现《爆破工程》课程教学目标。针对学生... 《爆破工程》课程是土木和采矿类专业教学的基础核心课程。为了提高学生对岩石材料动态力学响应和损伤破坏机理的认识与理解,在培养方案中开设岩石材料的爆炸与冲击动力学实验教学内容以更好地实现《爆破工程》课程教学目标。针对学生缺乏在爆破工程方面的冲击动力学理论知识和实验基础等问题,将分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)实验技术和二维平板爆破(Two-Dimensional Plate Blasting,TDPB)实验技术应用于《爆破工程》的实践教学中。介绍了SHPB和TDPB的实验系统组成和实验计算原理;设计了岩石材料的SHPB冲击压缩实验课程内容和TDPB中心起爆实验课程内容;分析了SHPB实验下砂岩材料的动态力学行为与能量演化特征和TDPB实验下类砂岩材料的应变波演化与动力损伤破裂行为机理;引导了学生对岩石冲击动力学关键问题的深入讨论。教学实践效果表明:通过采用SHPB和TDPB实验课程与《爆破工程》理论课程相结合的教学模式,锻炼了学生的理论实践能力,提升了学生的科研探索水平,增进了学生的团队协同互助意识,实现了《爆破工程》课程教学目标。 展开更多
关键词 爆破工程 实验教学 分离式霍普金森压杆(SHPB) 二维平板爆破(TDPB) 岩石爆破
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超前工作面采动煤体损伤与孔裂隙结构演化特征研究 被引量：1
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作者 张通 谢志争 +4 位作者 袁亮 唐明 郑凯歌 张村 毛钧林 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期981-994,共14页
我国大型盆地中赋存丰富的煤与煤层气资源,煤层开采扰动原始应力场、裂隙场,影响煤层气运移分布及工程抽采。利用研制的低场核磁共振真三轴试验系统,开展煤层开采扰动煤体应力-裂隙-损伤演化试验,监测载荷过程中T2谱、MRI信号变化及瓦... 我国大型盆地中赋存丰富的煤与煤层气资源,煤层开采扰动原始应力场、裂隙场,影响煤层气运移分布及工程抽采。利用研制的低场核磁共振真三轴试验系统,开展煤层开采扰动煤体应力-裂隙-损伤演化试验,监测载荷过程中T2谱、MRI信号变化及瓦斯抽采状况,分析不同区域煤体孔隙结构强度、损伤程度、孔隙裂隙分布与连通性的载荷响应规律。研究表明:煤体孔隙、裂隙由吸附孔(0~0.1μm,60%~74%)、渗流孔(0.1~1μm,26%~29%)和运移孔(>1μm,0%~13%)构成;载荷煤体经历了弹性、弹-塑性、塑性、损伤阶段,弹性—塑性—损伤阶段煤体孔隙度分别为4.9%—2.62%—3.1%(原岩应力区域)、2.46%—1.45%—1.8%(峰值前区域)、2.57%—1.03%—1.95%(工作面区域),煤体损伤前吸附孔向渗流孔、运移孔转变,煤体损伤过程吸附孔和运移孔向渗流孔转变,孔裂隙结构连通性增强;原岩应力区域至工作面区域煤体吸附孔、渗流孔的非均匀性、各向异性增强,运移孔的连通性与均匀性增强,孔隙度载荷响应逐渐增加,孔隙扩张、节理裂隙等显著发育,吸附孔、渗流孔及渗流孔-运移孔主导了原岩区、峰值区及工作面区煤体孔隙、裂隙变化;原岩区域煤体孔裂隙发生压缩与扩张变化形成吸附型瓦斯解析-渗流通道,峰值区域煤体剪切裂隙、拉伸裂隙充分发育形成吸附-渗流-运移型瓦斯分布通道,工作面区域煤体出现大尺度剪切裂隙且拉伸裂隙间连通性加强,形成瓦斯渗流-运移通道。瓦斯抽采过程中超前工作面瓦斯抽采经历了稳定期(原岩区域吸附-解析型瓦斯)与高峰期(峰值破损区域解析-运移型瓦斯),峰值区域煤体的破损对井下瓦斯抽采体积分数与流量产生重要影响。研究成果为煤与伴生瓦斯资源安全高效开采提供理论支撑。 展开更多
关键词 NMR在线真三轴试验 超前支承压力 煤体损伤 孔裂隙结构 瓦斯抽采
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饱水作用时间对砂岩动态力学特性影响试验研究
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作者 平琦 孔德龙 +2 位作者 刘子训 孙栋 钱明 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 2025年第4期88-94,142,共8页
为研究不同饱水作用时间对砂岩动态力学特性影响规律,对天然砂岩和饱水作用2 d~28 d砂岩试件,进行基本物理试验,采用SHPB试验装置开展冲击压缩试验。结果表明:砂岩经饱水作用后,试件颜色逐渐加深,成分无明显变化,裂隙逐渐扩展;随饱水作... 为研究不同饱水作用时间对砂岩动态力学特性影响规律,对天然砂岩和饱水作用2 d~28 d砂岩试件,进行基本物理试验,采用SHPB试验装置开展冲击压缩试验。结果表明:砂岩经饱水作用后,试件颜色逐渐加深,成分无明显变化,裂隙逐渐扩展;随饱水作用时间增加砂岩试件质量和体积呈先增加后减小趋势,密度表现出增长现象;不同饱水作用时间砂岩试件动应力-应变曲线变化趋势相似,可分为弹性变形、塑性屈服和破坏3个阶段。试件动抗压强度随饱水作用时间增加呈现指数函数减小趋势,动应变和平均应变率分别呈二次函数和线性函数增加趋势;与天然砂岩相比,饱水作用2 d试件动抗压强度增加,而动应变和平均应变率减小,表现出水作用的Stefan效应。饱水作用2 d~28 d砂岩试件随饱水作用时间增加破坏程度加剧、平均粒径呈二次函数减小趋势。随饱水作用时间增加,砂岩碎块平均粒径越小,试件破坏程度越明显。 展开更多
关键词 岩石动力学 砂岩 饱水作用时间 冲击压缩 SHPB(分离式Hopkinson压杆)
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通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律
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作者 黄超 唐明云 +2 位作者 王乐乐 蔡建国 袁雅楠 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期168-178,共11页
为掌握通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律,以陕西红柳林煤矿15218连采工作面为研究对象,采用SolidWorks构建了连采工作面物理模型,基于欧拉-拉格朗日方法,使用CFD软件对风流场、粉尘浓度分布、粉尘粒径分布进行了数值模拟。... 为掌握通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律,以陕西红柳林煤矿15218连采工作面为研究对象,采用SolidWorks构建了连采工作面物理模型,基于欧拉-拉格朗日方法,使用CFD软件对风流场、粉尘浓度分布、粉尘粒径分布进行了数值模拟。结果表明:(1)连采工作面内大部分含尘风流向回风侧运移,粉尘主要富集于回风侧连续采煤机截割滚筒下方的三角区及连续采煤机尾部至巷道中部区域。(2)涡流区内粉尘富集较少,部分粉尘富集于梭车内,尾流区内粉尘云团呈凹形条带状。(3)含尘风流向巷道出口运移过程中,粗尘沉降最多,细尘次之,微尘沉降最少;微尘、细尘、粗尘数量随巷道高度增加均呈先增加后减少的变化规律;微尘、细尘、粗尘数量随距采煤壁面距离、回风侧巷道壁面距离的增大均减少。(4)呼吸带高度处粉尘云团浓度和面积均随风速增大而减小,且微尘、细尘、粗尘占比分别为15%,54%,31%左右,基本不受风速变化影响。(5)1.6 m/s的风速虽利于呼吸带高度平面粉尘富集区域的排尘,但会扬起更多的粉尘进入呼吸带高度平面,因此既要合理增大风速进行全局排尘,也要采取针对性措施进行局部重点控降尘。 展开更多
关键词 连采工作面 截割粉尘 粉尘运移 粉尘浓度 粒径分布
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神东矿区深部多次采动巷道稳定性影响规律与协调控制研究 被引量：7
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作者 王想君 陈登红 +2 位作者 华心祝 吕情绪 高亮 《煤炭工程》 北大核心 2021年第7期48-54,共7页
为了揭示上覆遗留煤柱底板应力和下伏煤层开采扰动叠加作用下的巷道围岩稳定性影响规律,以神东布尔台矿二盘区42煤42202辅运巷为工程背景,采用理论计算、数值模拟等手段,验证了上覆呈T形分布的遗留煤柱对下伏煤层回采巷道的扰动范围约为... 为了揭示上覆遗留煤柱底板应力和下伏煤层开采扰动叠加作用下的巷道围岩稳定性影响规律,以神东布尔台矿二盘区42煤42202辅运巷为工程背景,采用理论计算、数值模拟等手段,验证了上覆呈T形分布的遗留煤柱对下伏煤层回采巷道的扰动范围约为170m,在此基础上间隔30~35m布置7个分析测站,并进一步模拟分析了受多次采动影响的巷道围岩应力、超前支承压力、围岩塑性区的时空演化过程。基于此提出了水力压裂卸压、长距离支架超前支护、巷道两帮非对称补强支护的一体化协调控制方案,现场应用取得良好效果。 展开更多
关键词 神东矿区 遗留煤柱 多次采动影响 时空危险区域 围岩控制
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卸荷与补偿路径下深部岩体力学特性与变形破坏特征
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作者 戚敏杰 赵光明 +2 位作者 刘崇岩 许文松 王坤 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1541-1554,共14页
为了研究应力补偿对单面卸荷砂岩力学特性与变形破坏特征的影响,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统对砂岩进行不同中间主应力单面卸荷试验和应力补偿路径下岩体破坏试验,基于Mg-C强度准则研究了2种应力路径对卸荷岩石强度参数的影响,分析... 为了研究应力补偿对单面卸荷砂岩力学特性与变形破坏特征的影响,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统对砂岩进行不同中间主应力单面卸荷试验和应力补偿路径下岩体破坏试验,基于Mg-C强度准则研究了2种应力路径对卸荷岩石强度参数的影响,分析了应力补偿后卸荷岩石的力学特性和变形特征。结果表明:在研究范围内,即使是在非常规真三轴状态下,中间主应力σ_(2 )的增大同样可以有效提高岩石的承载能力和稳定性,使岩石由塑性向脆性转化;2种应力路径下卸荷岩石的破坏模式存在差异,岩石的整体破坏模式随着σ_(2 )的梯次增大由张拉向张拉-剪切复合再到剪σ_(3)'切破坏发展,卸荷面附近的破碎区逐渐由深部向浅部转移,而随着卸荷面补偿应力的梯次增大,整体破坏模式由张拉-剪切复合破坏向剪切破坏转变,卸荷面附近的破碎区逐渐由浅部向深部转移;岩石在单面卸荷与应力补偿支护过程中,伴随着ε_(3)的扩容与压缩,ε_(2)基本上无明显变化,但是ε_(1)和ε_(v)发生2次明显的回弹变形,且ε_(1)和ε_(v)的变形与ε_(3)同步;应力补偿可以有效补偿卸荷引起的岩石应力损失,提高砂岩的黏聚力和破坏强度,使砂岩加卸载期间的补偿系数η(m1)、η(m^(3))、η(mv)逐渐增大,但对内摩擦角和η(m2)影响较小;在任意补偿应力条件下压裂系数ξ(m2)和ξ(m^(3))均为负值,岩石在σ_(2 )和σ_(3)方向处于扩容状态,而ξ(m1)和ξ(mv)正好相反,在任意补偿应力条件下均为正值,岩石处于压缩状态。 展开更多
关键词 真三轴 单面卸荷 中间主应力 卸荷效应 应力补偿
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面向煤矿综掘工作面复杂环境的视觉感知系统
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作者 苏国用 胡坤 +2 位作者 王鹏彧 赵东洋 张辉 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第5期995-1006,1030,共13页
针对煤矿恶劣环境下视觉检测算法鲁棒性不足的难题,提出面向煤矿综掘工作面复杂环境的视觉感知系统.该系统采用ELAN-DS特征提取模块、SimAM注意力模块与解耦检测头对YOLOv7-tiny算法进行优化,构建煤矿综掘工作面视觉检测网络(CMCE-Net).... 针对煤矿恶劣环境下视觉检测算法鲁棒性不足的难题,提出面向煤矿综掘工作面复杂环境的视觉感知系统.该系统采用ELAN-DS特征提取模块、SimAM注意力模块与解耦检测头对YOLOv7-tiny算法进行优化,构建煤矿综掘工作面视觉检测网络(CMCE-Net).将CMCE-Net迁移部署到视觉感知终端平台内,测试CMCE-Net在煤矿实际作业工况下的检测性能,基于煤矿综掘工作面数据集开展验证实验.实验结果表明,CMCE-Net的检测精度达到89.5%,相较于YOLOv7-tiny算法提升了5.2%.与Faster RCNN、YOLOv7-tiny、YOLOv8s等8种算法相比,综合检测性能最佳,模型复杂度处于较低水平.在视觉感知终端平台内,CMCE-Net对测试视频的检测速度最高达到33.4帧/s,在人机多目标混杂工况下,CMCE-Net对装备与人员的检测精度均大于90.0%. 展开更多
关键词 综掘工作面 关键目标 视觉感知 检测网络
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