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煤炭地下气化顶板砂岩高温致裂规律实验研究
1
作者 辛林 王欣 +5 位作者 牛茂斐 杨敏 李华龙 徐伟豪 尚振杰 刁垌彤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期163-170,共8页
煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,... 煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,对试验过程中声发射信号进行采集分析,研究表明:累计声发射事件数与内部裂纹数的正相关性能够较好地反映砂岩宏观破坏规模,400~500℃砂岩破裂最为明显。微观上,试样各个温度快速升温阶段裂纹发展速度快,随温度升高,低频占比减少56.02%,高频占比增加57.1%,主频由低频为主转为高频为主,即砂岩破坏由晶间滑移主导转变为裂隙扩展主导。砂岩热破裂是膨胀变形、裂纹的萌生、快速发展以及裂纹持续贯通到破坏的过程。砂岩裂纹萌生,裂纹发育及裂纹非稳定发育分别对应分形维数数值变化≥0.35、-0.15~0.35、≤-0.15,分形维数曲线不规则波动阶段和突降阶段之间的突变点,可作为预测岩石热破裂时内部宏观裂隙形成的信号,为煤炭地下气化设计合理的采宽提供理论支持。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 砂岩 单向加热 声发射 裂隙演化 分形维数
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基于能量原理的厚煤层巷道冲击失稳锚固控制效能分析
2
作者 卞永添 王俊 +3 位作者 周帅 张帅 胡亚波 孔凯 《煤炭科技》 2025年第2期101-110,115,共11页
锚固支护是冲击地压巷道防冲的重要手段,特别是深井厚煤层动载巷道对巷道锚杆支护系统的抗冲击能力提出了更高的要求。首先,以陕西某矿4402工作面回风巷开采技术及地质条件为背景,依据能量原理建立了厚煤层巷道锚固围岩冲击失稳结构模型... 锚固支护是冲击地压巷道防冲的重要手段,特别是深井厚煤层动载巷道对巷道锚杆支护系统的抗冲击能力提出了更高的要求。首先,以陕西某矿4402工作面回风巷开采技术及地质条件为背景,依据能量原理建立了厚煤层巷道锚固围岩冲击失稳结构模型,推演了其灾变失稳能量判据,即认为锚固围岩冲击失稳后剩余的弹性应变能与诱冲动能之比大于1;其次,利用单因素及全局敏感性分析法,分析了锚固参数对控制厚煤层巷道冲击失稳启动的定量贡献以及敏感度;最后,提出了深部厚煤层巷道锚固防控技术策略,并进行工程实践。研究结果表明,围岩静载储能与外界扰动能量的叠加、释放是冲击失稳的驱动力,但锚固围岩失稳后剩余的弹性应变能释放转化形成的动能是冲击失稳显现的充分条件;定量分析发现,锚固参数中锚杆(索)数量、直径、强度、长度以及端头锚固等因素对控制巷道冲击失稳有积极作用,但锚索数量、长度、直径与锚杆直径、数量等因素对其控制效果中属高敏感性因素;锚杆(索)数量、直径的防冲效能的发挥主要依据锚杆(索)杆体变形与锚固结构破坏耗能,其次为降低围岩静载能量;锚杆(索)屈服强度、长度、锚固方式、预紧力的防冲效能的发挥主要依据锚杆(索)自由段变形耗能。 展开更多
关键词 冲击失稳 能量判据 锚固 敏感度
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“实用矿山压力控制理论”的内涵及发展综述 被引量：50
3
作者 宋振骐 郝建 +2 位作者 石永奎 汤建泉 刘建康 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2019年第1期1-15,共15页
一直以来,矿山灾害严重威胁着中国煤矿的安全高效开采。矿山压力与岩层控制是防治煤矿重大灾害的关键,被国内外学者重点关注。20世纪80年代,紧密联系煤矿现场生产一线,宋振骐研究团队创建了"实用矿山压力控制理论",亦称"... 一直以来,矿山灾害严重威胁着中国煤矿的安全高效开采。矿山压力与岩层控制是防治煤矿重大灾害的关键,被国内外学者重点关注。20世纪80年代,紧密联系煤矿现场生产一线,宋振骐研究团队创建了"实用矿山压力控制理论",亦称"传递岩梁理论"。传递岩梁理论是中国最著名的岩层控制理论之一,对指导煤矿安全生产起到重要作用。论文阐述了传递岩梁理论的主要研究成果:严格定义了矿山压力与矿山压力显现的概念,并揭示矿山压力与矿山压力显现的关系。理论分析了矿山压力的来源、支承压力分布特征及采场结构力学模型的组成及发展规律等重要问题。指出影响矿压显现的岩层范围是有限的、可知的、可控的。上述研究成果为把传统矿山压力理论研究推进到针对具体煤层条件科学定量的发展阶段奠定了基础。 展开更多
关键词 矿山压力 岩层 传递岩梁 支承压力 采场结构力学模型
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深部煤巷帮部失稳诱冲机理及“卸-固”协同控制研究 被引量：62
4
作者 谭云亮 郭伟耀 +1 位作者 赵同彬 孟祥军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期66-81,共16页
采用室内试验、理论分析、数值模拟和工程实践相结合的综合研究方法,研究了“煤体”自身能量释放型和“煤体+顶底板”共同能量释放型两类煤巷帮部失稳诱冲机理,分析了深部煤巷帮部不同破坏类型的能量释放特征,揭示了深部煤巷帮部“卸-... 采用室内试验、理论分析、数值模拟和工程实践相结合的综合研究方法,研究了“煤体”自身能量释放型和“煤体+顶底板”共同能量释放型两类煤巷帮部失稳诱冲机理,分析了深部煤巷帮部不同破坏类型的能量释放特征,揭示了深部煤巷帮部“卸-固”协同控制机理,研发了深部煤巷帮部失稳“卸-固”协同控制技术。结果表明:①顶底板及煤体内积聚弹性变形能共同释放是导致深部煤巷帮部发生冲击破坏的基本力学机制;②深部煤巷帮部按破坏程度由弱到强依次为产生宏观裂缝、轻微帮鼓片帮、严重片帮和帮部整体抛出共4类破坏形态;③产生宏观裂缝和轻微帮鼓片帮破坏驱动能量主要来自煤体本身,而严重片帮和帮部整体抛出破坏驱动能量来自煤体和顶底板共同作用;④深部煤巷帮部冲击地压防控应从“卸”和“固”两方面入手,包括巷帮浅部破裂区煤体加固和巷帮深部完整区煤体及顶底板卸压,实现煤巷帮部冲击地压“卸-固”协同控制。如何提升巷道锚固支护系统与围岩结构耦合吸能水平,构建冲击地压灾害"卸-固"协同控制理论与技术体系,是深部开采冲击地压防治工程中需重点研究内容之一。 展开更多
关键词 深部开采 煤巷 冲击地压 能量释放 卸压 支护 协同控制
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采场空间结构模型及相关动力灾害控制研究 被引量：28
5
作者 文志杰 景所林 +10 位作者 宋振骐 蒋宇静 汤建泉 赵仁乐 肖庆华 张同俊 王洪涛 赵洪宝 孙国权 张桐桐 孔超 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期52-61,共10页
基于社会对煤炭行业安全生产的重视,煤矿灾害事故控制研究显得愈发重要,尤其现阶段煤矿灾害事故多发,安全形势愈发严峻。为了有效控制预防煤矿动力灾害事故,提出了采场空间结构模型;探讨了采场空间结构模型中应力分布和结构发育的力学特... 基于社会对煤炭行业安全生产的重视,煤矿灾害事故控制研究显得愈发重要,尤其现阶段煤矿灾害事故多发,安全形势愈发严峻。为了有效控制预防煤矿动力灾害事故,提出了采场空间结构模型;探讨了采场空间结构模型中应力分布和结构发育的力学特征,以及采动时上覆岩层的运动变化规律和矿压显现特征;以采场空间结构模型和采动应力孕育力学特征为基础,提出了采场顶板、巷道顶板控制、冲击地压、顶板水害,以及地表沉陷等煤矿灾害事故致灾条件及其控制措施,构建了相关采场灾害控制结构力学模型。建立的采场空间模型解释了"裂断拱"和"应力拱"结构演化规律以及采动应力与覆岩空间结构演化的相关性;指出了导水裂隙带高度与"裂断拱"高度范围基本一致,是顶板水害治理依据;建立了基于"应力拱"拱外岩梁下沉预测地表沉陷的方法;提出了对直接顶采取"给定载荷"控制方式,对基本顶采取"给定变形"和"限定变形"控制方式的支护方案;预测了冲击地压可能发生位置并提出了控制措施;提出了透水判据和不发生透水事故的合理工作面长度和开切眼位置的计算方法;建立了以开采工作面长度和覆岩裂断步距相关性为核心的采动沉陷模型,从力学的角度解释并计算分析了地表沉陷范围。实践证明,正确建立决策模型是实现煤矿灾害事故控制的基础,模型的建设有效实现了煤矿灾害事故控制从定性到定量的发展,可为煤矿灾害事故的有效预测和科学控制提供指导。 展开更多
关键词 采场空间结构 动力灾害 决策模型 应力场
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南屯煤矿深部泵房硐室群动压失稳机理及控制对策 被引量：13
6
作者 孙晓明 王冬 +2 位作者 缪澄宇 李阳 徐慧臣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2303-2312,共10页
采用工程地质调查、理论分析、数值模拟相结合的手段,针对南屯煤矿-670泵房硐室群在二次回采初期出现的失稳破坏现象,对其采动影响下的失稳过程进行了分析,并提出了相应的稳定性控制对策。认为-670泵房硐室群在相邻工作面相继回采过程中... 采用工程地质调查、理论分析、数值模拟相结合的手段,针对南屯煤矿-670泵房硐室群在二次回采初期出现的失稳破坏现象,对其采动影响下的失稳过程进行了分析,并提出了相应的稳定性控制对策。认为-670泵房硐室群在相邻工作面相继回采过程中,已采工作面93上10对其影响较小,原支护能够保证泵房硐室群的稳定,数值模拟结果与现场观测值接近,两者吻合较好,而备采工作面93上08对其影响较大,二次回采扰动将使泵房发生极大的顶沉及帮缩现象,围岩稳定性急剧下降,围岩远部应力集中加剧,对围岩影响范围增大。据此提出了锚杆(索)与注浆相结合的耦合支护对策,充分利用二者优点,以注浆恢复岩体强度,关键部位锚索加强支护。数值模拟与现场应用结果表明,该支护方案能够满足泵房承受二次回采动压影响的稳定性控制要求。 展开更多
关键词 深部 泵房硐室群 采动影响 注浆加固
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浅部开采尾砂膏体巷采设计与地表沉陷控制 被引量：13
7
作者 张新国 郭惟嘉 +3 位作者 张涛 于孝胜 孔贺 王昌祥 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1326-1332,共7页
针对我国充填开采材料来源不足的问题,通过理论分析、室内实验及现场实测等方法,系统研究了尾砂膏体充填材料特性、充填工艺,进行了尾砂膏体巷采设计及地表沉陷效果分析。研究确定了尾砂膏体优化配比为水砂比1∶5,质量浓度为70%;提出了... 针对我国充填开采材料来源不足的问题,通过理论分析、室内实验及现场实测等方法,系统研究了尾砂膏体充填材料特性、充填工艺,进行了尾砂膏体巷采设计及地表沉陷效果分析。研究确定了尾砂膏体优化配比为水砂比1∶5,质量浓度为70%;提出了尾砂膏体巷采方案,建立了巷采充填地表沉陷模型,解决了采煤、充填、工作面通风和安全出口问题;相似材料模拟试验表明,在巷采连采连充过程中覆岩没有冒落过程,直接顶是以微裂隙和层间离层往上发育,基本顶以弯曲下沉为主;充填体密实性、变形监测及地表移动观测表明,尾砂膏体巷采对地表沉陷控制较好。研究成果在淄博市张店区沣水镇张赵煤矿102采区进行了成功应用。 展开更多
关键词 浅部开采 尾砂膏体 巷采 连采连充 地表沉陷控制
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大型危岩体崩塌灾害早期监测预警技术研究综述 被引量：5
8
作者 杜岩 张洪达 +3 位作者 谢谟文 蒋宇静 李双全 刘敬楠 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期10-23,共14页
作为中国常见的一种地质灾害,大型危岩崩塌成因复杂、分布范围广、隐蔽性和突发性强、危害性大,其早期预警一直难以实现。通过总结岩体崩塌灾害失稳机理与预警模型可知,开展岩桥结构面损伤识别及静力学-动力学-环境量参量(SDEI)的综合... 作为中国常见的一种地质灾害,大型危岩崩塌成因复杂、分布范围广、隐蔽性和突发性强、危害性大,其早期预警一直难以实现。通过总结岩体崩塌灾害失稳机理与预警模型可知,开展岩桥结构面损伤识别及静力学-动力学-环境量参量(SDEI)的综合性监测技术研究是实现大型危岩体崩塌灾害早期监测预警的关键所在,而基于分离破坏前兆识别的早期预警机制研究是提高崩塌灾害预警时效性的有效手段之一。随着微机电系统与云边融合技术的发展,在未来有望形成一套稳定性动态评价、失稳工况预测与失稳时间预测模型实时联动的多元预警新范式。与此同时,还需通过不断丰富大型危岩崩塌等脆性破坏灾害预警技术体系,实现危岩体预警等级、稳定性状态、失稳工况、失稳时间的实时分析,进而有效解决大型危岩体崩塌灾害科学精准防控与智慧化应急决策的双重难题。最后,针对目前崩塌灾害早期监测预警研究中存在的技术瓶颈问题,提出具体的发展策略与应对措施,以期为中国地质灾害高风险区更好地应对大型危岩体崩塌灾害提供一些参考。 展开更多
关键词 崩塌 早期预警 大型危岩体 脆性破坏灾害 监测指标体系
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西部大采高工作面保护煤柱宽度优化研究
9
作者 解成成 刘学生 +2 位作者 范德源 杨康 宋虎 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第4期12-22,共11页
保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场... 保护煤柱尺寸一直是三下开采研究的热点问题,特别是在西部大采高软弱覆岩特厚煤层开采条件下,其对地表建筑物安全的影响有待进一步研究。以榆树湾井田20119工作面为例,综合利用数值模拟和概率积分法确定了合理保护煤柱宽度,并进行现场验证。结果表明:随着煤柱宽度的减小,地表沿X方向的水平移动呈现倒“S”型趋势,沿Y方向的移动呈现倒“U”型趋势,地表的最大下沉量随煤柱宽度的减小而不断减少;结合概率积分法对保护煤柱宽度进行预计,确定优化后的煤柱宽度为180 m;对现场村庄进行实时监测,地表下沉和倾斜值均满足现场施工要求,验证了保护煤柱宽度的合理性。 展开更多
关键词 大采高工作面 数值模拟 概率积分 保护煤柱宽度
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浸水煤表面结构演化与自然发火指标实验研究
10
作者 葛俊岭 解树亮 +2 位作者 赵滨 夏鸣泽 王刚 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第3期21-30,共10页
为了提高浸水煤自燃预警的可靠性和准确性,采用扫描电镜实验与程序升温氧化实验研究了不同含水率煤与原煤的结构变化和氧化规律。首先对比分析了浸水煤的表面结构变化,然后通过浸泡法制备了含水率为4%、11%、18%、25%、32%的煤样,利用... 为了提高浸水煤自燃预警的可靠性和准确性,采用扫描电镜实验与程序升温氧化实验研究了不同含水率煤与原煤的结构变化和氧化规律。首先对比分析了浸水煤的表面结构变化,然后通过浸泡法制备了含水率为4%、11%、18%、25%、32%的煤样,利用程序升温实验分析不同含水率煤样气体产生量随温度的变化关系。结果表明:浸水后,煤样氧化产生CO和C_(2)H_(4)的临界温度由73℃、180℃提前到62℃、161℃,各煤样升温过程中产生气体随温度升高而升高,含水率为18%的煤样产生的CO、CO_(2)、C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)体积分数最高;在CO、C_(2)H_(4)可作为标志气体的基础上,引入CO与CO_(2)体积分数比值γ和C 2H_(4)与C 2H_(6)的体积分数比值ε,分别作为煤吸氧蓄热阶段和自热氧化阶段的预测指标,即:γ≤0.019时,煤样温度小于136℃,处于吸氧蓄热阶段;0.752≤ε≤0.836时,煤样温度136~226℃,处于自热氧化阶段;γ≥0.908时,煤氧化温度大于226℃,处于加速氧化阶段。最后,基于CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)三种标志气体和γ、ε值,建立了浸水条件下采空区遗煤自燃的分级预警防控指标体系。 展开更多
关键词 浸水煤 扫描电镜 程序升温实验 表面结构 自然发火 指标气体
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迎采掘进巷道水力切顶关键部位对顶板断裂行为的影响
11
作者 林榆昆 刘江伟 +1 位作者 刘耀友 刘长友 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期593-605,共13页
动压巷道往往存在着巷道变形严重、围岩控制困难等问题,动压巷道大变形问题通常与围岩自身特性和动静载叠加形成的应力环境有关。山西怀仁峙峰山煤矿5号煤层回采巷道掘进采用迎采动的掘进方式,即存在掘进工作面和回采工作面交锋的问题,... 动压巷道往往存在着巷道变形严重、围岩控制困难等问题,动压巷道大变形问题通常与围岩自身特性和动静载叠加形成的应力环境有关。山西怀仁峙峰山煤矿5号煤层回采巷道掘进采用迎采动的掘进方式,即存在掘进工作面和回采工作面交锋的问题,迎采掘进会造成相邻工作面巷道的围岩结构失稳而引发大变形问题,使巷道维护困难,严重制约着煤炭资源的安全高效生产。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂的方法,破坏指定区域的岩体结构,从而降低巷道围岩范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性;构建了坚硬岩层断裂部位的岩梁力学模型,通过峙峰山煤矿岩体的物理力学参数计算了水力切顶位置与顶板弯曲弹性能、顶板下沉速率的关系,分析了坚硬顶板断裂部位对断裂行为的影响。结合现场工程验证等方式,揭示了迎采掘进巷道大变形的机理,确定合理的压裂位置。研究结果表明:在坚硬岩层关键部位进行水力压裂切顶卸压可以破坏应力传递路径,降低上覆岩层的应力叠加效应,控制顶板能量释放的速率,压裂后巷道的累计围岩变形量普遍降低了40%~60%,表明在关键部位水力切顶实现了对迎采掘进巷道围岩的有效控制,有效解决了临近巷道的围岩失稳大变形的问题,理论结果可以指导现场施工,证实了模型的可靠性。 展开更多
关键词 动压巷道 水力压裂 迎采掘进 能量释放 围岩失稳
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煤层注水渗流与润湿机制研究进展
12
作者 王刚 陈雪畅 +3 位作者 程卫民 刘震 孙路路 徐浩 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期1-17,共17页
近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理... 近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理了国内外煤层注水发展脉络,从孔裂隙结构、渗流过程、渗流机理及润湿机制等方面综合分析相关成果。在孔裂隙结构研究方面,借助先进的微观观测技术已成功建立起了多种孔裂隙结构的定量表征模型,并准确描述其几何参数特征,有助于针对不同煤层特性制定更具针对性的注水方案。在渗流过程研究方面,构建了考虑多因素的渗流理论模型,并通过先进测量技术获取渗流数据,揭示注水参数影响规律,同时,数值模拟技术实现了渗流场的可视化。煤体润湿机制研究方面,揭示了润湿微观原理,明确了不同煤质润湿特性差异,并筛选有效润湿剂提高注水效果。现阶段的研究还存在局限性,如孔裂隙结构研究与宏观工程结合欠缺,渗流数值模型需进一步考虑流体对煤体结构的影响进行优化等。本研究为优化煤层注水效果提供了理论基础,对保障煤矿安全、推动灾害治理技术发展及能源安全稳定有借鉴意义。 展开更多
关键词 深部开采 煤层注水 孔裂隙结构 注水渗流 润湿机制
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“测氡-磁”法探测小窑自然发火技术的应用研究
13
作者 胡相明 洪海博 +4 位作者 董浩 吴佰谦 孙自超 王伟 张茜 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期200-210,共11页
山西小窑煤矿自然发火区域存在火源多且分布范围较广、火源位置隐蔽难以准确探测、漏风通道多、难以防治的实际问题。为了准确探测火源位置及范围,首先,从自然发火区域探测手段的探测机理开展研究,基于测氡法与磁法探测火区基础理论,提... 山西小窑煤矿自然发火区域存在火源多且分布范围较广、火源位置隐蔽难以准确探测、漏风通道多、难以防治的实际问题。为了准确探测火源位置及范围,首先,从自然发火区域探测手段的探测机理开展研究,基于测氡法与磁法探测火区基础理论,提出了地面“测氡-磁”联合技术探测原理对小窑火源的位置与范围进行精确探测;其次,使用FD213α能谱氡测量仪和GSM-19T磁力仪现场采集小窑隐蔽火源数据,采用地面“测氡-磁”联合技术对采集数据处理分析,综合圈定小窑隐蔽火源的位置与范围,并利用井下测温与测气钻孔,结合初步探测结果和井下巷道分布情况,对火源位置进行了核实;最后采用钻孔注浆技术进行火区治理,并采取束管气体监测和复测氡法联合技术对火区治理效果进行检测。试验结果发现:井下测温与测气钻孔结果成功验证“测氡-磁”联合技术圈定的隐蔽火源的位置与范围,本次试验共圈定隐蔽火区面积约213 m^(2);钻孔注浆火区治理工作累积充填材料约1 862 m~3;治理效果检测表明圈定火区内部指标气体CO体积分数降为0,氡浓度趋于正常水平,治理工作取得良好的效果。 展开更多
关键词 小煤窑隐蔽火区 火源测探 磁法与测氡联用法 钻孔注浆技术 束管监测
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基于运动姿态感知的综放支架主动控顶空间研究
14
作者 曾庆良 雷小万 +3 位作者 孟昭胜 万丽荣 班新亮 胡雨龙 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期645-660,共16页
综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感... 综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感知方法,以期提升综放支架对顶煤碎放过程可控性。首先,借助Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了综放支架空间姿态数学模型,分析得到支架顶梁和放煤机构在各关节节点坐标系与本体坐标系下坐标,明确了综放支架各关键部件之间的相对姿态及运动耦合关系;在此基础上建立了综放工作面全局感知模型并求解得到了支架的绝对空间位姿数据,获得了工作面顶板、底板倾角对综放支架空间支护姿态影响。其次,提出并计算了综放支架顶梁触支空间和放煤机构支护空间分布模型,获得了综放支架对顶煤的主动调控范围,同时使用初值优选的Levenberg-Marquardt(L-M)优化算法探究支架主动触顶姿态的调控方法与立柱的有效驱动行程。最后,搭建了支架姿态数据采集系统,依托山东省菏泽市赵楼煤矿7303综放工作面获取了支架运动过程中真实空间姿态参数数据,对比理论解算数据与传感器实测数据,验证了该空间位姿测量方法的可行性与准确性。结果表明,使用该方法解算的顶梁姿态与传感器测量结果重合率达98.26%,为进一步提高支架的空间位姿感知技术提供了研究思路。 展开更多
关键词 智能综放开采 综放支架 触支空间 顶煤调控 触顶姿态
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采动影响下坚硬岩桥型断层活化与储能演变规律
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作者 吕进国 韩文鹤 +3 位作者 张学朋 彭意胜 潘一山 代连朋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期902-916,共15页
断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开... 断层阻滑结构的存在会改变断层能量积聚与滑移行为规律,导致断层活化失稳机理与以往存在较大差异。为研究采动影响下坚硬岩桥型断层活化及储能的演化规律,理论分析了含坚硬岩桥型阻滑结构的断层活化条件;采用物理模拟试验方法,研究了开采扰动下含坚硬岩桥断层的滑移规律,分析了含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层活化差异特征,研究了工作面回采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带正、剪应力变化特征;采用数值模拟方法,研究了临近断层开采过程中含坚硬岩桥与无阻滑结构的断层带应力分布与能量积聚规律。研究结果表明:开采扰动下含坚硬岩桥的断层呈现了更强的非均匀性滑移,但断层的滑移量明显减小,活化程度降低,坚硬岩桥可增加断层的稳定性,其稳定性的提高主要体现在断层面黏聚力的增加;靠近工作面的坚硬岩桥应力集中程度最高,最易发生剪切破坏,但在一定程度上坚硬岩桥会分散应力集中带;对于无阻滑的断层带,其弹性应变能密度随靠近断层开采而逐步增高,但增加幅度有限,且弹性应变能密度峰值始终呈现在工作面前方区域;而坚硬岩桥的存在改变了断层带能量的分布规律,其应变能密度峰值主要聚集在坚硬岩桥与断层带接触处位置。越靠近岩桥的断层带,其滑移挤压程度越高,能量积聚程度也越高;含坚硬岩桥的断层能量积聚程度远大于无阻滑结构断层,阻滑结构可大幅度提升断层带储能潜力。 展开更多
关键词 阻滑结构 坚硬岩桥 应变能 断层活化 失稳破坏
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基于优化的U-net网络掘进工作面煤岩识别方法研究
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作者 栾恒杰 杨玉晴 +4 位作者 刘建康 蒋宇静 刘建荣 马德良 张孙豪 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期94-108,共15页
为了提高煤岩识别的精准度,采集了内蒙古上海庙矿业有限责任公司榆树井煤矿掘进工作面煤岩原始图像并制作了深度学习数据集,通过FCN全卷积神经网络(FCN网络)、Unet语义分割网络(U-net网络)与加入Canny边缘检测算法改进后的U-net网络等3... 为了提高煤岩识别的精准度,采集了内蒙古上海庙矿业有限责任公司榆树井煤矿掘进工作面煤岩原始图像并制作了深度学习数据集,通过FCN全卷积神经网络(FCN网络)、Unet语义分割网络(U-net网络)与加入Canny边缘检测算法改进后的U-net网络等3种网络模型对数据集进行训练,并对训练结果进行对比分析。分析结果表明:在训练次数达到100次时,3种网络模型准确率分别为89.25%, 93.52%及94.55%,改进U-net网络模型准确率相较改进前提高1.03%;在煤岩识别方面, U-net网络模型比FCN网络模型取得了更高的准确率,在测试环节中也表现出了更好的性能;在预测环节中,对煤岩边缘部分的识别做到了更为精准的处理。该方法可为煤岩识别的精准度的提高提供参考。 展开更多
关键词 煤岩识别 深度学习 U-net网络 CANNY边缘检测算法
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矿用PET基梯度复合纤维膜制备及滤尘−透湿性能研究
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作者 周刚 徐卓 +4 位作者 姜力玮 陈冠双 马云龙 柳茹林 王勇梅 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1017-1033,共17页
井下湿热高尘环境中粉尘颗粒物对作业人员的身心健康造成了巨大危害,其中细颗粒粉尘易吸入后到达呼吸道深部肺泡区,是诱发煤矿行业职业性尘肺病的主要原因。为此,基于静电纺丝技术调控微纳米纤维材料结构,层合纺丝制备一种兼具高效捕尘... 井下湿热高尘环境中粉尘颗粒物对作业人员的身心健康造成了巨大危害,其中细颗粒粉尘易吸入后到达呼吸道深部肺泡区,是诱发煤矿行业职业性尘肺病的主要原因。为此,基于静电纺丝技术调控微纳米纤维材料结构,层合纺丝制备一种兼具高效捕尘与强化透湿性能的复合材料,利用超亲水纤维增强高湿条件下对水分子的吸附,利用疏水纤维避免材料中产生毛细水,引入润湿性介于疏水和超亲水之间的多级导流层,构筑多层梯度润湿型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基复合纤维滤料,解决现有滤料制备难度大,佩戴亲肤性较差及热舒适性不足的问题。实验以PET为基材,引入羟基化石墨烯增强扩散和静电吸附效应以捕获粉尘,选择聚乙烯吡咯烷酮调节亲水梯度,提高复合纤维滤料的润湿性。微观表征和性能测试结果表明:所制备纤维膜具有微纳米尺度的直径、良好的结构规整性和相对光滑的表面形貌,实现了纤维直径和形态的较好调控,各纳米纤维膜的表面元素和官能团分布与其特性相符。对比实验表明,多层复合膜具有较好的滤尘防护性能,品质因子高达0.439 Pa^(−1),孔径分布于2.15~4.61μm,同时接触角测试表明多层复合膜具有从超亲水(0°)到疏水(135.2°)渐变的润湿梯度,水蒸气透过量为5434.503 g/m^(2)·24 h,比单独的亲水膜和疏水膜分别高出1.37倍和2.04倍。此外,通过太赫兹扫描成像分析的方法,开展纤维材料内部液态水的定量分析,阐明了纳米纤维膜对水分子的传输机制。因此,构筑的多层梯度润湿纤维滤料在工矿湿热高尘环境呼吸防护领域具有广阔的应用前景,同时为废弃物的资源化利用提供一种有效的途径。 展开更多
关键词 聚对苯二甲酸乙二醇酯 静电纺丝 梯度式复合膜 滤尘透湿 太赫兹成像
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基于钻孔数据的断层带结构数值模型构建及应用探索
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作者 赵金海 朱伟龙 +2 位作者 孙文斌 马海龙 乔洋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1458-1472,共15页
断层带数值模型的准确构建和参数赋值一直是煤矿地质工作者面临的难题,采动断层带涌水量预计存在结构复杂、渗透系数获取困难等问题。以采动影响下断层带涌水量计算为背景,基于钻孔探测数据进行断层带数值模型的构建与涌水量研究。首先... 断层带数值模型的准确构建和参数赋值一直是煤矿地质工作者面临的难题,采动断层带涌水量预计存在结构复杂、渗透系数获取困难等问题。以采动影响下断层带涌水量计算为背景,基于钻孔探测数据进行断层带数值模型的构建与涌水量研究。首先运用随机裂隙生成方法结合Comsol Multiphysic有限元数值模拟软件,探究了单位面积内和单位体积内不同裂隙数量对孔隙水压力、渗流速度和渗透性的影响,获得了裂隙岩体中单位面积和单位体积裂隙数量与渗透率之间的关系,建立了二维与三维岩体中随机裂隙与渗透率之间的关系。然后基于钻孔探测数据,建立了裂隙岩体质量指标(Rock Quality Designation,RQD)与岩体渗透率之间的函数关系。同时根据钻探数据建立了断层裂隙带三维数值分析模型,研究了不同的岩体在煤层开采过程中,断层带导水和采空区涌水量规律。研究表明:裂隙数量与渗透率之间符合指数函数关系,且相较于二维裂隙模型,三维裂隙岩体中渗透率受裂隙数目增加所提升的幅度更为显著。通过钻孔控制区域范围内实体裂隙的线性延展和未探测区域RQD值参数赋值相结合的方法,构建了含断层带结构的数值分析模型,结合岩体多点钻孔分析,建立了岩体质量指标RQD与渗透率之间的指数函数关系,实现了应用矿井岩体质量指标进行涌水量预测分析。研究成果在矿井涌水预测、突水灾害防治及安全评价方面具有重要意义。 展开更多
关键词 钻孔数据 断层带 裂隙数量 渗透率 裂隙岩体质量指标 涌水量
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考虑滤失效应的煤层水力压裂与裂隙扩展关系研究
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作者 王刚 王恩茂 +3 位作者 隆清明 徐浩 陈雪畅 刘昆轮 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1071-1083,共13页
煤体是多孔介质结构,水力压裂过程中液体会沿原生孔裂隙流失,即滤失效应,降低水力压裂施工效果。同时,煤层水力压裂压力变化与裂隙扩展之间的对应关系没有形成体系,无法准确判断水力压裂对煤体的损伤情况。为此,以乌东煤矿为研究背景,... 煤体是多孔介质结构,水力压裂过程中液体会沿原生孔裂隙流失,即滤失效应,降低水力压裂施工效果。同时,煤层水力压裂压力变化与裂隙扩展之间的对应关系没有形成体系,无法准确判断水力压裂对煤体的损伤情况。为此,以乌东煤矿为研究背景,采用理论分析、实验室试验以及现场试验的技术手段,首先,以岩石力学圆孔问题围岩应力分析理论和煤体渗流理论为基础,结合孔壁应力集中诱发拉伸破裂准则理论,分析考虑滤失条件下的水力压裂起裂机制;其次,开展急倾斜顶煤水力压裂试验,依据试验煤样裂隙扩展情况,判断急倾斜顶煤压力曲线与煤岩体的破断关系;再次,开展现场水力压裂试验,进一步判断现场压力曲线与顶煤破断之间的关系;最后,总结分析出4种压力曲线演化规律,作为判断煤岩体水力压裂效果的依据。研究结果表明:当钻孔内部注水压力达到煤岩抗拉强度相等的拉应力时,孔壁出现首次开裂。水力压裂过程中,注水流量必须大于滤失量,且注水速率越大,憋压过程所用时间越短。压力曲线可划分为4种类型:(1)一次起裂型,(2)裂隙导通型,(3)流体滤失型,(4)二次起裂型。在压裂过程中流体滤失型占比越小压裂效果越优。该研究结果能够为现场水力压裂对煤体损伤效果提供判断依据。 展开更多
关键词 水力压裂 急倾斜煤层 注水压力 原生孔裂隙 滤失效应
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弱胶结巷道围岩全断面锚固支护时机-支护参数综合影响分析
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作者 赵增辉 杜佳泽 +1 位作者 马庆 何睿喆 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期134-144,共11页
针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场... 针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场和位移场的演化规律;探讨了锚杆支护时机对围岩位移控制和锚杆轴力的影响,指出锚杆最佳支护时间;基于锚杆最佳支护时间讨论了锚固密度、锚固长度和锚杆预紧力对围岩位移控制的影响。研究结果表明:巷道开挖后,围岩产生过大的塑性变形是导致巷道破坏的主要原因,对巷道进行锚杆支护时主要控制围岩塑性变形;支护时机对锚固-围岩系统有显著影响,过早支护会导致锚杆轴力过大,增加锚杆破断风险;过晚支护则会导致巷道发生较大变形,影响巷道稳定性。巷道最佳支护时间为围岩应力释放率达到0.80~0.85之间。支护参数优化:提高锚杆支护密度、增大锚杆预紧力对围岩控制效果显著,而增加锚杆长度对围岩位移的约束效果并不明显。因此,对巷道进行锚杆支护时应在确定合理的支护时间的情况下选择短锚杆、高密度和高预紧力的支护方案,确保巷道稳定性和安全性。 展开更多
关键词 绿色矿山 锚杆支护时间 应力释放 全断面锚固 巷道位移控制
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