检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭科学技术 2022年第7期50卷 50-58页

作者：许献磊王一丹朱鹏桥马正中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

煤岩层位的识别与追踪是煤炭智能化开采的重要难题,常规的煤岩层位探测方法存在精度低、实时性差等问题,提出一种基于高频空气耦合雷达的煤岩层位识别与追踪方法,相比于传统方法,本方法可实现非接触式探测,并且能实时进行层位的追踪与... 详细信息

煤岩层位的识别与追踪是煤炭智能化开采的重要难题,常规的煤岩层位探测方法存在精度低、实时性差等问题,提出一种基于高频空气耦合雷达的煤岩层位识别与追踪方法,相比于传统方法,本方法可实现非接触式探测,并且能实时进行层位的追踪与识别。首先通过正演模拟分析了天线悬空耦合条件下高频雷达波在“空气-煤-岩”层位的回波反射特征,提出了“空气-煤”和“煤-岩”层的定位方法;其次对不同煤层厚度条件下的界面探测精度和误差进行分析,提出了“煤-岩”层精确定位方法,并建立了种子层位点的位置关系模型;针对雷达天线悬空高度受煤层起伏变化的影响,研究推导出煤岩层位动态探测过程中煤层厚度的解算算法;再次,根据“煤-岩”层位种子点,提出以三级“窗口算子”为核心的煤岩层位追踪算法,实现了煤岩层位的快速追踪,提高了系统稳定性;最后开展了物理模型试验和现场探测试验,结果表明:物理模型探测中平均误差为±0.12 cm,平均误差百分比为2.18%,矿井工作面探测平均误差值为±0.71 cm,平均误差百分比为3.53%;基于1.2 GHz高频空气耦合雷达可在悬空条件下实时动态获取到1 m范围内煤岩层位信息,动态探测精度达到厘米级,研究成果为煤矿智能化开采以及透明地质模型的动态更新提供技术支撑。

关键词：煤岩识别空气耦合高频雷达煤岩层位实时动态探测识别与追踪窗口算子

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覆岩隔离注浆充填绿色开采技术

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煤炭学报 2022年第12期47卷 4265-4277页

作者：轩大洋许家林王秉龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

充填是煤矿减损开采与固废减排的技术,覆岩隔离注浆充填是在深入揭示覆岩卸荷膨胀累积效应基础上提出的绿色开采新方法。该项技术通过确定控制岩层移动与地表沉陷的关键层,采用压实注浆新工艺,在关键层下的主层位实施高压注浆,将下方覆... 详细信息

充填是煤矿减损开采与固废减排的技术,覆岩隔离注浆充填是在深入揭示覆岩卸荷膨胀累积效应基础上提出的绿色开采新方法。该项技术通过确定控制岩层移动与地表沉陷的关键层,采用压实注浆新工艺,在关键层下的主层位实施高压注浆,将下方覆岩的卸荷膨胀量重新压缩转化为可充填空间,大幅提高了注采比,在采空区形成压实承载结构,支撑关键层,实现岩层沉陷控制与建(构)筑物保护。覆岩隔离注浆充填采用粉煤灰、煤矸石、煤泥等作为注浆材料,充分利用了煤矿采动空间与空隙,实现固废减排。介绍了不同类型固废制浆的工艺及特点,论述了充填浆液从固体-浆体-压实体的转变过程,以及浆液流动泌水固结特征。浆液由钻孔进入覆岩裂隙腔体内快速泌水,并在压力作用下不断固结压实,泌出水向注浆层围岩渗流。岩层饱和度对泌出水向工作面的流动产生影响。注浆充填体最终在地层内形成压实体,保证了地表沉陷控制的长期效果。除沉陷控制、固废减排之外,覆岩隔离注浆充填还可用于减震防冲、保水采煤等领域,并在无煤柱开采、相邻采空区开采、多煤层开采等复杂地质采矿条件中得到了成功应用。该技术的适用条件是工作面具有一定的基岩厚度,能够找出可作为注浆层位的关键层。未来该技术仍需在减震防冲、保水采煤中开展进一步试验研究。

关键词：绿色开采关键层覆岩隔离注浆煤基固废减排沉陷控制

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非均质复合岩巷围岩破坏机理及底鼓控制技术

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岩土工程学报 2022年第9期44卷 1699-1709,I0011,I0012页

作者：张栋柏建彪闫帅王瑞孟宁康王共元中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

深部高地应力、层间软弱夹层(结构面)等复杂应力环境下复合煤(岩)巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理... 详细信息

深部高地应力、层间软弱夹层(结构面)等复杂应力环境下复合煤(岩)巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理论建立底鼓力学模型,推导了底板破坏半径R0的显式解析式,并借助ZDY钻孔窥视仪对围岩内部损伤裂隙发育程度进行量化表征。建立UDEC数值计算模型反演了原支护下复合岩巷围岩应力、裂隙发育特征以及位移分布规律,综合分析了复合岩巷底鼓变形机理。结果表明:高地应力、邻近岩石极限强度差异大、底板岩性差、底板无支护或弱支护是复合岩巷产生底鼓大变形的根本性原因。结合现场调研及数值模拟分析结果,基于“固底–强帮”整体支护、“强–弱–强”组合承载圈分梯次加固底板的控制思路,提出了一种“全断面锚索+预制块反底拱”锚注联合支护技术应用于复合岩巷底鼓返修实践中。现场监测结果表明,巷道返修60 d内底鼓缓慢变形直至趋于稳定,最大底鼓量约为67.9 mm,相比原支护条件下底鼓变形量降低了95%,大大降低了巷道重复返修的可能性,确保了该矿煤炭资源安全高效开采。

关键词：复合岩巷底鼓全断面锚索预制块反底拱锚注联合支护

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采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响因素

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煤炭学报 2022年第1期47卷 115-127页

作者：许家林秦伟陈晓军胡国忠谢建林王晓振朱卫兵中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。... 详细信息

采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程,将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象,对岩层移动规律具有重要影响。基于修正后的采动覆岩卸荷膨胀累积效应力学模型,以山西赵庄煤矿1311工作面内部岩层移动实测结果为基础,针对采高、采深和岩性对采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响开展了理论研究。结果表明:采动覆岩卸荷膨胀总量主要由垮落带和裂隙带的塑性膨胀与主关键层下部弯曲下沉带的弹性膨胀所组成,其中垮落带的塑性膨胀占比最大,弯曲下沉带的弹性膨胀占比最小。采动覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度的逐步增大呈现先增大到峰值后再逐步减小的过程,当覆岩主关键层破断后,弯曲下沉带的弹性膨胀量降为0,此时覆岩卸荷膨胀总量达到最小值,为覆岩残余膨胀量。采高对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采高条件下垮落带与裂隙带高度不同。覆岩卸荷膨胀总量随采高的增大而增加,当采高由2.5 m增大至10.5 m时,卸荷膨胀总量峰值和残余碎胀量均增大3倍以上。与采高相比,采深变化一般不会改变垮落带与裂隙带高度,采深对覆岩卸荷膨胀总量峰值影响较小。采深对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采深条件下覆岩残余膨胀量的不同,覆岩残余膨胀量随采深增大而减小,当采深由496.6 m增加至896.5 m时,覆岩残余膨胀量减少了32.5%。岩性对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同岩性碎胀煤岩被压实的难易程度不同,覆岩卸荷膨胀总量随岩性的变硬而增加。当初始切线模量和弹性模量由降低50%到增大50%时,覆岩卸荷膨胀总量峰值增加4.3%,但覆岩残余膨胀量增加110%。覆岩残余膨胀量决定了地表下沉系数大小,因此,覆岩卸荷膨胀累积效应可影响地表下沉系数变化规律。采高对地表下沉系数的影响并非单调线性的,下沉系数随采高增大是微量减小还是微量增大取决于关键层位置对裂隙带高度的影响情况。在充分采动条件下,由于塑性膨胀区残余膨胀量随采深增大而减小,下沉系数随采深增大而增大。当岩性由软变硬时,塑性膨胀区越不易被压缩,地表下沉系数相应减小。

关键词：卸荷膨胀累积效应关键层岩层移动下沉系数绿色开采

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仰斜综放开采顶煤运移规律及合理放煤参数研究

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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 104-109页

作者：王圣志袁永朱成袁超峰钟慧伟中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为研究不同倾角的煤层在放煤过程中顶煤的运移规律和确定合理的放煤参数,采用PFC^(2D)颗粒流软件模拟济宁二号煤矿10301工作面不同倾角下的顶煤运移规律,并结合现场实测确定合理的放煤参数,得到了采放比、放煤步距、仰采角度对顶煤放出... 详细信息

为研究不同倾角的煤层在放煤过程中顶煤的运移规律和确定合理的放煤参数,采用PFC^(2D)颗粒流软件模拟济宁二号煤矿10301工作面不同倾角下的顶煤运移规律,并结合现场实测确定合理的放煤参数,得到了采放比、放煤步距、仰采角度对顶煤放出率的影响规律。结果表明:仰采角度越大,顶煤从初始位置运移到放煤口的位移距离越长;仰采角度越大,顶煤运移轨迹形成“倒勺子”形状就越明显,放煤过程中顶煤越容易向采空区运移,顶煤放出率越低;随着支架倾角的增加,顶煤在运移过程中与支架相互作用形成的“力链拱”、成拱效应越明显;济宁二号煤矿10301工作面的最佳采高确定为3.5 m,最佳放煤步距为0.8 m,最佳采放比为1:3,确定最佳放煤含矸率为7%;现场实测与模拟结果相近,验证数值模拟的可行性。

关键词：仰采综放开采煤层倾角顶煤运移路径含矸率

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基于Mask R-CNN的煤矿巷道掘进迎头裂隙检测与定位算法

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采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 925-932页

作者：张农袁钰鑫韩昌良李永乐中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221018

针对当前煤矿巷道掘进迎头裂隙图像识别精度不高、井下环境难以批量化快速识别的难题,提出基于Mask R-CNN的煤矿巷道掘进迎头裂隙检测与定位算法。首先,建立一个包含1000张图像的煤矿巷道掘进迎头裂隙图像数据库。然后,基于Mask R-CNN... 详细信息

针对当前煤矿巷道掘进迎头裂隙图像识别精度不高、井下环境难以批量化快速识别的难题,提出基于Mask R-CNN的煤矿巷道掘进迎头裂隙检测与定位算法。首先,建立一个包含1000张图像的煤矿巷道掘进迎头裂隙图像数据库。然后,基于Mask R-CNN深度学习网络构建一个裂隙检测与定位框架,并选择该数据库对神经网络模型进行训练和测试,进而开展煤矿井下干扰环境下的鲁棒性和适应性评价,并与传统图像处理算法进行对比。结果表明,在相同样本条件下,基于Mask R-CNN的深度学习算法能够高效实现煤矿巷道迎头裂隙的检测与定位,该算法能有效避免低照度、多尺度边缘、截割刻痕、非均匀光照等干扰因素的影响,具有更高的分割准确度和计算速度,可满足煤矿井下裂隙批量化快速识别的要求,为煤矿巷道裂隙迹线的检测与定位提供了新路径。

关键词：煤矿巷道掘进迎头裂隙识别深度学习 Mask R-CNN

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我国煤矿矿震发生机理及治理现状与难题

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煤炭学报 2023年第5期48卷 1894-1918页

作者：曹安业窦林名白贤栖刘耀琪杨科李家卓王常彬中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室江苏徐州221116 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

随着我国煤矿开采深度和开采强度不断增加,煤矿矿震以前所未有的频度和强度展现出来,引起政府部门和社会民众的广泛关注。在政府倡导及科研人员积极探索下,我国在矿震致灾机理研究与工程治理实践方面取得了一系列重要进展,在正确认识矿... 详细信息

随着我国煤矿开采深度和开采强度不断增加,煤矿矿震以前所未有的频度和强度展现出来,引起政府部门和社会民众的广泛关注。在政府倡导及科研人员积极探索下,我国在矿震致灾机理研究与工程治理实践方面取得了一系列重要进展,在正确认识矿震现象与矿震灾害防控方面取得了长足进步。总结了矿震发生现状,基于我国煤矿矿震研究成果,系统阐述了矿震发生机理、破坏效应、防治技术等方面研究进展与主要难题。结论如下:矿震发生条件复杂,诸多学者从不同角度给出了矿震的定义与分类,总结前人研究后笔者从狭义和广义方面提出了矿震定义,根据矿震发生后的现象及发生机理对矿震进行了分类;矿震致灾现象普遍存在于矿山开采活动中,世界主要采矿国家均有记录,矿震灾害的专业预防与治理已刻不容缓;我国矿震的专业治理起步较晚,但近年来国家部委、省市以及地方管理机关陆续颁布关于矿震防范的规章制度,有力提升了我国矿震灾害治理和应急处置能力;总结了我国煤矿矿震宏观触发机制包括煤柱失稳诱发矿震、顶板破断运动诱发矿震以及断层错动滑移诱发矿震,矿震微观破裂机制包括震源张拉破裂、震源内爆破裂以及震源剪切破裂;从矿震震源参量、震动波传播衰减规律以及震动波扰动情况等方面探讨了矿震的致灾效应,归纳了矿震对井上下的扰动致灾评估方法;以源头防控为宗旨,以精准预防为方针,概括了我国煤矿矿震治理现状与难题。当前,我国煤矿矿震依然存在“震源找不准、灾害控不住”等难题,亟待深入研究矿震孕育发生机理、破坏效应及防控技术方法,以保障煤炭绿色安全高效开采,支撑国家深部资源开发和能源安全战略。

关键词：煤矿矿震发生机理破坏效应震源破裂机制治理技术

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圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能提升机制

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哈尔滨工业大学学报 2023年第5期55卷 122-131页

作者：刘德军夏志恒王军左建平常永全煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 山东建筑大学土木工程学院济南250101

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应... 详细信息

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应变曲线、约束指数和中性轴偏移规律,揭示了焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制。进一步,分析了圆钢直径以及构件长细比对圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能的影响规律。结果表明:焊接圆钢可以降低截面中性轴的位置,增大受压侧钢管环向应变,从而提高了受压区混凝土面积,增强了受压侧钢管对混凝土的约束作用,进一步提升钢管混凝土偏压构件的抗弯承载力和弯曲刚度,并且圆钢直径越大提升幅度越高;圆钢加固钢管混凝土偏压构件的极限弯矩随着轴压比的增加而减小,减小的幅度随着圆钢直径和构件长细比的增加而增大,焊接圆钢提升大长细比偏压构件弯曲性能的效果更好,且对大长细比构件弯曲性能的提升效果随着轴压比的增加而增大。

关键词：钢管混凝土数值模拟焊接圆钢偏压构件弯曲性能轴压比长细比

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煤层气储层岩石物理建模与脆性正演分析

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地质论评 2023年第S01期69卷 445-446页

作者：张钊基王国伟邹冠贵中国矿业大(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

煤层气储层煤岩具有定的脆性,容易出现裂缝和破碎,这对于煤层气的开采和生产会产生定的影响和挑战。同时,煤层气具有‘低孔低渗’的特点,实现煤层气的开采依赖于对煤层气储层的水力压裂,脆性是水力压裂至关重要的指标。脆性是岩层的种属... 详细信息

煤层气储层煤岩具有定的脆性,容易出现裂缝和破碎,这对于煤层气的开采和生产会产生定的影响和挑战。同时,煤层气具有‘低孔低渗’的特点,实现煤层气的开采依赖于对煤层气储层的水力压裂,脆性是水力压裂至关重要的指标。脆性是岩层的种属性,大量研究者采用不同方法表征评价岩石的脆性,有基于岩石强度、硬度、压痕、破裂面、应力—应变、矿物组分和力学参数等多种脆性评价方法。

关键词：脆性煤层气建模

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榆神府煤矿区土壤黏粒的矿物组成及其演化规律

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矿物学报 2025年

作者：毕银丽李晗西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

黏粒是土壤中最活跃的粒级组分，通过矿物界面反应调控土壤理化性质及生态功能，揭示其矿物组成特征与演化规律，可为煤矿区土壤结构改良和生态功能恢复提供理论依据。以榆神府煤矿区自南向北8个典型煤矿和红碱淖自然保护对照区地表0～2... 详细信息

黏粒是土壤中最活跃的粒级组分，通过矿物界面反应调控土壤理化性质及生态功能，揭示其矿物组成特征与演化规律，可为煤矿区土壤结构改良和生态功能恢复提供理论依据。以榆神府煤矿区自南向北8个典型煤矿和红碱淖自然保护对照区地表0～20 cm土壤黏粒为研究对象，通过X荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）和选择性溶解分析等试验方法，鉴定土壤黏粒的矿物组成，探讨榆神府煤矿区土壤黏粒矿物随地形地貌的演化规律。结果表明：（1）榆神府煤矿区土壤黏粒的化学组成以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主，Sa值和Saf值分别为3.29～4.03和2.55～3.06，黏粒矿物整体上受到的淋溶风化程度较弱；（2）土壤黏粒红外光谱的振动吸收峰主要集中在4000～3400 cm–1和1200～400 cm–1两个区间内，大柳塔和伊旗煤矿区土壤黏粒4000～3400 cm–1振动吸收峰形与高岭石较为相似；（3）土壤黏粒矿物组成以伊利石和伊蒙混层矿物为主，蒙脱石和高岭石次之，蛭石、绿泥石含量相对较少，铁铝氧化物矿物的游离度较低，结晶程度较好；（4）随着榆神府煤矿区由风积沙地貌向黄土丘陵沟壑区过渡，黏粒矿物组成中的伊利石含量降低，蒙脱石、高岭石升高，伊利石结晶度逐渐变低，空间分布规律受侵蚀程度和成土过程共同控制。

关键词：榆神府煤矿区黏粒矿物组成黏粒矿物演化规律 X射线衍射光谱

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