检索结果-内蒙古大学图书馆

中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 34-45页

作者：范钢伟骆韬张东升张世忠范张磊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

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡... 详细信息

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡时间对弱胶结粉砂岩微观结构和孔隙分形维数的影响规律,确定了孔隙分形维数、孔隙率与单轴抗压强度、抗拉强度之间的函数关系,建立了碱水侵蚀条件下弱胶结粉砂岩劣化非线性动力学模型.研究结果表明:1)浸泡溶液碱性越强,弱胶结粉砂岩矿物颗粒形态越趋于圆润,且颗粒间接触形式变得疏松多孔;浸泡初期孔隙率与孔隙分形维数增幅相对较大而后期趋缓.2)碱水侵蚀作用下孔隙结构复杂程度及分布形态对力学强度影响显著,弱胶结粉砂岩单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数、孔隙率之间均具有较强的负线性相关关系;单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数的相关性大于孔隙率;碱水侵蚀降低了弱胶结粉砂岩的脆性.3)选取孔隙分形维数、孔隙率和单轴抗压强度为描述水化学反应系统的变量,以相应参量的时间序列值为非线性动力学方程的特解,通过反演建立了碱水化学作用弱胶结粉砂岩劣化的非线性动力学模型;采用建立的模型计算的孔隙分形维数值、孔隙率和单轴抗压强度与试验值的误差范围分别为2.37%~2.64%,2.38%~4.57%,3.48%~8.12%,可用于弱胶结岩石碱水侵蚀不同时间后孔隙分形维数、孔隙率以及单轴抗压强度等参数的预测评估.

关键词：碱水侵蚀弱胶结粉砂岩孔隙率孔隙分形维数非线性模型

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综合赋权的TOPSIS充填采煤液压支架评价方法研究

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采矿与安全工程学报 2023年第3期40卷 543-553页

作者：时培涛张吉雄张强闫浩宗庭成中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116

为了评价充填采煤液压支架的结构设计,提出了一种基于层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)和CRITIC三者综合赋权的TOPSIS评价方法。从结构特性、夯实特性、支护特性和充填特性4个方面确定了8项评价指标,构建了充填采煤液压支架评价体系。融合... 详细信息

为了评价充填采煤液压支架的结构设计,提出了一种基于层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)和CRITIC三者综合赋权的TOPSIS评价方法。从结构特性、夯实特性、支护特性和充填特性4个方面确定了8项评价指标,构建了充填采煤液压支架评价体系。融合主客观赋权方法,主观上采用AHP赋权,客观上基于仿真模型采用EWM和CRITIC赋权,建立了AEC-TOPSIS综合评价模型,通过计算各支护状态的相对贴近度分析出优良支护区间。以某四柱充填采煤液压支架为例,该液压支架的优良贴合度为2.4%~2.9%,优良支护区间为3.75~4.80 m,与其服务的煤层厚度相吻合,说明在该煤层进行固体充填开采时可发挥该支架最均衡的性能,为充填采煤液压支架结构设计提供了一种可靠的评价体系与方法。

关键词：充填采煤液压支架层次分析法熵权法 CRITIC TOPSIS 综合评价

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基于DA-DE-SVM智能模型的煤岩体SC-CO_(2)压裂效果预测

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岩土工程学报 2023年第2期45卷 362-368,F0003页

作者：闫浩张吉雄周楠时培涛中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

煤岩体压裂效果是超临界CO_(2)(SC-CO_(2))压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,基于多孔相向裂缝动态扩展模拟,筛选确定影响煤岩体SC-CO_(2)压裂效果的6个地质因素和4个施工因素,提出了一种集成支持向量机(SVM... 详细信息

煤岩体压裂效果是超临界CO_(2)(SC-CO_(2))压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,基于多孔相向裂缝动态扩展模拟,筛选确定影响煤岩体SC-CO_(2)压裂效果的6个地质因素和4个施工因素,提出了一种集成支持向量机(SVM)、蜻蜓算法(DA)、差分进化算法(DE)的混合人工智能模型,利用支持向量机构建SC-CO_(2)压裂效果与其影响因素之间的关系,并利用蜻蜓算法、差分进化算法联合优化支持向量机的超参数。以相关系数、均方根误差、平均绝对误差为评价指标对混合人工智能模型性能进行了评估,并采用MIV方法对模型输入变量进行了敏感性分析,结果表明:本文提出的DA-DE-SVM智能模型能很好预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,其训练集的R值为0.9572,测试集的R值为0.9316。SC-CO_(2)压裂效果影响因素的重要程度从高到低依次为:相邻压裂钻孔水平距离>垂直地应力>压裂液注入速率>相邻压裂钻孔垂直距离>煤体抗拉强度>水平地应力>压裂液温度>煤体渗透系数>煤体初始孔隙压力>煤体弹性模量。研究成果可为SC-CO_(2)压裂工程参数优化设计及工程应用提供重要指导。

关键词：煤岩体超临界CO_(2) 压裂效果智能预测

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煤矸石的储能化改性及其在高比能电池中的应用

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煤炭科学技术 2025年

作者：孙志辉王云搏马书轩李猛中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室

煤矸石电化学储能利用有力地支撑了煤矿产业的能源共生发展，同时解决了矿山固废排放问题，为矿山固体废弃物的资源化利用和推进绿色低碳开采提供了前瞻性的解决方案。通过可控的碱烧活化与酸化学改性技术，将矸石固废转化为纳米级储能... 详细信息

煤矸石电化学储能利用有力地支撑了煤矿产业的能源共生发展，同时解决了矿山固废排放问题，为矿山固体废弃物的资源化利用和推进绿色低碳开采提供了前瞻性的解决方案。通过可控的碱烧活化与酸化学改性技术，将矸石固废转化为纳米级储能材料，实现了其在高比能电池领域的高效应用。采用透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术，对改性煤矸石和原矸的微观结构进行了详细表征，旨在深入揭示改性机理。通过单因素试验方法，深入分析了原煤矸石与改性煤矸石在组分、晶体结构及局部电子环境方面的差异，进而确定了改性煤矸石在储能应用中的最佳条件。研究结果表明：①经过改性处理，煤矸石表面形成了一层非晶态纳米颗粒Al2O3活化层，有效降低了电极反应过程中的能量损耗；②改性煤矸石表面富含含氧官能团和氧空位等高活性电催化位点，显著降低了表面反应的活化能。在锂-氧气电池中，改性煤矸石展现出较低的充放电过电势（1.12 V）、高放电比容量(8310 mAh g-1)以及优异的续航稳定性（＞180h）；③改性煤矸石表现出柔性可穿戴储能特性，在45°翻折状态下仍能稳定供能。本研究的结果对于促进矿山废弃物的资源化利用、降低环境污染、提高资源利用效率等方面具有重要的实践意义和应用价值。

关键词：煤矸石储能化利用电化学催化剂锂-氧气电池绿色开采

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露天煤矿无人驾驶下交叉口协调通行策略研究

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煤炭学报 2023年第S01期48卷 357-367页

作者：栾博钰周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

为实现露天煤矿无人驾驶下交叉口无人卡车间协调通行,提出了基于间隙理论的交叉口协调通行策略。策略主要涉及车辆间冲突协调策略与车辆跟驰行为,冲突协调策略方面:拆解露天煤矿交叉口冲突类型为交叉冲突与合流冲突,分析交叉冲突加速协... 详细信息

为实现露天煤矿无人驾驶下交叉口无人卡车间协调通行,提出了基于间隙理论的交叉口协调通行策略。策略主要涉及车辆间冲突协调策略与车辆跟驰行为,冲突协调策略方面:拆解露天煤矿交叉口冲突类型为交叉冲突与合流冲突,分析交叉冲突加速协调与减速协调2种策略的判定条件,建立不发生交叉冲突的数学模型;理清合流过程中车辆间的跟驰关系,设计基于跟驰行为的合流冲突区域,明确不发生合流冲突的数学模型与协调策略;车辆跟驰行为方面:改进Krauss跟驰模型,实现车辆自适应车间安全距离要求;分析车辆间隙对间隙理论下的交叉口协调通行影响,提出满足协调通行的最小车辆间隙;策略验证方面:基于露天煤矿实际场景搭建了交叉-合流混合冲突的交叉口仿真模型,建立了协调策略-跟驰模型混合决策机制,以交叉口小时车流量密度、车辆速度与间隙变化作为评价指标,无高优先级车辆时的测试结果作为对照组。结果表明:初始车辆平均间隙达到3(4)倍及以上安全距离时,交叉冲突(合流冲突)协调通行表现较好,交叉口通行能力接近无冲突时的通行能力,车辆调整次数较少,证明了提出的交叉口协调通行模型在理论上存在可行性,反映了车流量密度是影响运输效率的因素,在满足生产的条件下,尽量采用大载重无人矿卡,减少无人化矿卡数量,降低设备间的干扰,是减少交叉口冲突,提高交叉口车辆通行能力的途径之一。

关键词：露天煤矿无人驾驶交叉口协调通行仿真模拟

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覆岩隔离注浆充填浆液减水改性试验研究

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采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 1122-1128页

作者：马成卫轩大洋许家林李建张哲宁晓明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

覆岩隔离注浆充填技术是实现煤矿减损开采与固废减排的绿色开采方法,而浆液流动性是影响注浆充填效率、效果与安全性的重要因素。高水灰比浆液流动性好,但其需水量大、脱水量高,易导致充填效率低、缺水矿区应用受限、构造复杂区影响安... 详细信息

覆岩隔离注浆充填技术是实现煤矿减损开采与固废减排的绿色开采方法,而浆液流动性是影响注浆充填效率、效果与安全性的重要因素。高水灰比浆液流动性好,但其需水量大、脱水量高,易导致充填效率低、缺水矿区应用受限、构造复杂区影响安全生产等问题。试验研究了粉煤灰浆液、矸石粉浆液中添加木质素磺酸钠(21F4型)、聚羧酸(HLX型)、萘系(FDN-C型)减水剂后,对配置用水、压实泌水、浆液析水率及浆液絮凝结构的影响。结果表明:聚羧酸减水剂减水效果最为显著,当其添加量为1.2%时,粉煤灰、矸石粉浆液的配置用水分别减少25%和35%;压实泌水分别减少60%和40%。研究发现,浆液需水量大的原因是浆液中存在大量絮凝结构,该结构束缚了部分自由水,减水剂通过打破絮凝结构提高自由水占比进而提高浆液的流动性。提出的粉煤灰和矸石粉浆液减水改性方法,可提高覆岩隔离注浆充填效率、效果与安全性,为该方法在缺水矿区的应用提供重要支撑。

关键词：减水改性配置用水压实泌水絮凝结构绿色开采

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覆岩采动裂隙空间形态反演方法及在瓦斯抽采中的应用

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煤炭学报 2023年第2期48卷 750-762页

作者：胡国忠李康许家林贾丽明王晓振秦伟谢建林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

如何实现工作面采空区瓦斯的高效抽采一直是煤矿安全领域亟待解决的重要难题。覆岩采动裂隙作为采空区瓦斯储运的主要空间,其演化过程与覆岩运动密切相关。通过掌握采动覆岩运动演化特征,反演出覆岩采动裂隙空间形态,从而提出精准的瓦... 详细信息

如何实现工作面采空区瓦斯的高效抽采一直是煤矿安全领域亟待解决的重要难题。覆岩采动裂隙作为采空区瓦斯储运的主要空间,其演化过程与覆岩运动密切相关。通过掌握采动覆岩运动演化特征,反演出覆岩采动裂隙空间形态,从而提出精准的瓦斯抽采技术方案,是解决上述难题的根本途径。为此,结合山西某矿深部高强度开采条件,采用地面钻孔全柱状原位监测方法,研究了工作面开采过程中覆岩运动的演化过程,揭示了覆岩关键层运动的分段特征;在此基础上,反演得到了覆岩采动裂隙空间形态发育特征,即采动覆岩瓦斯卸压运移“三带”、“O”形圈裂隙区、覆岩移动“横三区”的具体范围,提出了包括钻孔布置层位、伸入工作面水平距离和抽采最优时段的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术方案。试验结果表明,深部开采条件下覆岩运动经历了煤壁支撑影响阶段、低位岩层破断运动阶段、破断覆岩快速回转阶段、上部覆岩向下重新压实阶段、采动影响衰减的整体运动平稳阶段等变化过程,其中,在低位岩层破断运动阶段和破断覆岩快速回转阶段内,覆岩的离层空间与破断裂隙快速发育并相互贯通而形成导气裂隙带,为采空区瓦斯的聚集与运移提供了空间,是抽采采空区瓦斯的有利时机;基于采动裂隙空间形态反演的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术,使工作面采空区瓦斯抽采率平均提高了57.5%,有效保障了工作面的安全开采。

关键词：采动裂隙空间形态覆岩运动监测精准抽采煤与瓦斯共采关键层

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铁路隧道下综放面覆岩隔离注浆充填开采试验研究

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采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 1102-1110页

作者：轩大洋许家林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

针对铁路隧道压煤开采问题,研究了长壁开采条件下铁路隧道的破坏形式及保护要求,提出覆岩隔离注浆充填保护隧道的方法。在采动影响下,铁路隧道保护的核心是变形后的内轮廓满足限界要求,其控制的关键在于减少开采导致的移动量。提出计算... 详细信息

针对铁路隧道压煤开采问题,研究了长壁开采条件下铁路隧道的破坏形式及保护要求,提出覆岩隔离注浆充填保护隧道的方法。在采动影响下,铁路隧道保护的核心是变形后的内轮廓满足限界要求,其控制的关键在于减少开采导致的移动量。提出计算采动变形条件下隧道限界富余量的方法,推导出开采变形后隧道内轮廓的坐标方程,并计算其与限界的富余空间。开展长壁综放工作面覆岩注浆充填保护地面铁路隧道试验研究,共施工7个地面钻孔,对覆岩内裂隙进行注浆充填。通过实施注浆充填,隧道减沉率达到88%,限界满足列车通行要求。该方法为开采影响下地面隧道保护提供参考与借鉴。

关键词：综放开采铁路隧道保护地表沉陷控制覆岩隔离注浆

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煤岩体裂隙结构形态和力学属性的可视化数据库构筑初探

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煤炭科学技术 2023年第S01期51卷 27-39页

作者：王宏伟张翠敏宋嘉祺王泽亮潘艳中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 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

煤岩体中裂隙赋存状态、结构形态和力学属性等对其材料强度、变形能力和抗冲击性能等具有显著的影响,确定裂隙的空间几何结构、空间展布形态和力学属性对于研究煤岩力学性能具有重要的理论意义和工程应用价值,构筑煤岩体裂隙结构形态和... 详细信息

煤岩体中裂隙赋存状态、结构形态和力学属性等对其材料强度、变形能力和抗冲击性能等具有显著的影响,确定裂隙的空间几何结构、空间展布形态和力学属性对于研究煤岩力学性能具有重要的理论意义和工程应用价值,构筑煤岩体裂隙结构形态和力学属性可视化数据库可为研究裂隙形态多样性识别提供一个新的思路和方向。从数据库概念和建立数据库基本方法出发,设计了裂隙可视化数据库构筑的基本思路,建立了煤岩实体和裂隙实体间一对多的映射关系,构建了裂隙多源数据智能获取、裂隙属性智能分类与存储、形态可视化分析与实现3个方面的数据库基本框架,实现了可视化数据库的裂隙结构形态智能识别、基于结构形态和断裂力学的分类属性多角度判别、几何展布形态可视化、基于条形码与二维码扫描的裂隙属性智能传输等特色功能。以北京昊华能源股份有限公司大安山煤矿为工程背景,获取了逆冲断层和倒转褶皱等复杂地质构造中的煤岩样品。运用CT扫描、图像分析处理与三维重构等技术手段构建了若干裂隙的三维数字化模型。结合不同属性分类标准,基于智能识别算法分类了裂隙的形态特征、分布位置和几何特征等数据,初步建立了煤岩体裂隙可视化数据库的基本模块,开展了裂隙检索与数据入库,展示了裂隙结构的结合形态,为可视化数据库的建立打下基础。

关键词：裂隙结构形态可视化数据库分类属性智能识别

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基于岩层移动类双曲线模型的水资源“浅保-深储”方法

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煤炭学报 2023年第S02期48卷 501-513页

作者：孙运江左建平米长宁于美鲁李政岱史月中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

针对煤炭开采导致地下水位下降和地表植被破坏等生态问题,基于保水采煤的科学内涵和采动覆岩移动类双曲线模型,建立了采动覆岩不同层位含水层“浅保-深储”差异化保护方法。即在上覆岩层破坏损伤最窄的主关键层下离层区注浆控制其上部... 详细信息

针对煤炭开采导致地下水位下降和地表植被破坏等生态问题,基于保水采煤的科学内涵和采动覆岩移动类双曲线模型,建立了采动覆岩不同层位含水层“浅保-深储”差异化保护方法。即在上覆岩层破坏损伤最窄的主关键层下离层区注浆控制其上部岩层不破断,保护潜水水位和地表生态;其下部破坏的含水层利用采空区垮落岩体的空隙储存起来,经自净化后再利用。“浅保-深储”模型融合了采空区充填和煤矿地下水库保水的各自优势,并给出其适用的覆岩条件。根据采动覆岩“类双曲线”破坏移动特征,理论推导了主关键层下离层区初次注浆、周期注浆步距以及注采比,分析了注采比受主控参数的影响规律,得知注采比随垮落角和主关键层与煤层间距的增大而减小,随充分采动角和工作面推进距离的增大而增大。采用现场实测注浆数据对理论注采比进行验证,2者基本吻合。采用数值模拟对比分析了覆岩含水层“浅保-深储”、采空区充填保水地下水库的储水效果和煤柱稳定性,获得了采动覆岩移动和地下水流动均具有显著的“类双曲线”特征。基于理论注采比在主关键层下离层区注浆能够实现不同层位含水层“浅保-深储”,且该保水方法煤柱支承压力最大可降低60.8%,显著提高了储水采空区隔水煤柱的安全性,解决了井下采煤与充填难协调问题,利于煤炭绿色、安全、高效开采。

关键词：保水采煤类双曲线浅保-深储主关键层离层区注浆

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