检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭科学技术 2023年第12期51卷 220-231页

作者：杨耀曹安业白贤栖刘耀琪闫振乾王常彬王崧玮赵迎春顾颖诗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 徐州物硕信息技术有限公司江苏徐州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 内蒙古昊盛煤业有限公司内蒙古鄂尔多斯017000

矿震是深部矿井开采必然出现的动力现象,针对鄂尔多斯矿区白垩系巨厚覆岩邻空采动强矿震频发的现状,采用地面离层探测、地表岩移监测等技术,结合Reissner厚板理论与相对矩张量反演方法,分析了工作面邻空采动下白垩系巨厚覆岩破断运移特... 详细信息

矿震是深部矿井开采必然出现的动力现象,针对鄂尔多斯矿区白垩系巨厚覆岩邻空采动强矿震频发的现状,采用地面离层探测、地表岩移监测等技术,结合Reissner厚板理论与相对矩张量反演方法,分析了工作面邻空采动下白垩系巨厚覆岩破断运移特征,研究了工作面实体煤阶段向邻空回采阶段过渡区域频发矿震震源破裂模式的演化规律,揭示了白垩系巨厚覆岩深部煤层邻空采动强矿震孕育发生机理。结果表明:综放工作面实体煤回采阶段,白垩系巨厚覆岩无明显裂隙产生,地表沉降稳定,沉降量最大为0.23 m;邻空回采阶段,裂隙发育高度最大至煤层上方444.8 m处白垩系巨厚覆岩,强矿震震源处地表总是最先达到最大沉降,强矿震发生前地表最大沉降量快速增加,较1个月前监测最大沉降量增大超60%,表明白垩系巨厚覆岩破断运动为强矿震动力源,强矿震扰动作用下,巨厚覆岩失稳引起地表再次快速沉降。白垩系巨厚覆岩初次破断步距为307.7 m,与工作面实际推进度基本吻合,佐证了强矿震由白垩系巨厚覆岩初次破断诱发;巨厚覆岩破断厚度增大,其初次破断步距增幅逐渐变缓;工作面面长增大,巨厚覆岩初次破断步距线性增长,巨厚覆岩初次破断形式由横“O-X”形转变为竖“O-X”形。邻空采动下,白垩系巨厚覆岩下岩层逐级向上破断,岩层自下而上破断诱发矿震震源主导破裂模式由压缩、剪切破裂向压缩、张拉破裂转变;随着邻空工作面采空范围进一步增大,裂隙扩展至白垩系巨厚覆岩后,不稳定巨厚覆岩张拉破断是诱发“8·20”强矿震的根本原因。研究结论可为深部矿井巨厚覆岩邻空采动强矿震的防控提供参考。

关键词：巨厚覆岩矿震地面探测岩移监测覆岩运动震源机制

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煤岩组合体的能量演化规律及差能失稳模型

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煤炭学报 2022年第8期47卷 3037-3051页

作者：左建平宋洪强中国矿业大学(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 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京 100083

为有效评价煤岩组合模型的冲击倾向性,体现围岩性质对其失稳破坏的影响,首先对比了不同类型煤岩的能量积聚特性,发现同一应力水平时煤岩具有的弹性能密度主要取决于其弹性模量,且两者呈负相关关系.基于此,分析了煤岩组合试样中煤体、岩... 详细信息

为有效评价煤岩组合模型的冲击倾向性,体现围岩性质对其失稳破坏的影响,首先对比了不同类型煤岩的能量积聚特性,发现同一应力水平时煤岩具有的弹性能密度主要取决于其弹性模量,且两者呈负相关关系.基于此,分析了煤岩组合试样中煤体、岩体的弹性能密度演化规律,表明煤体是组合试样中弹性能积聚与释放的主体;同时计算了两者的峰值弹性能密度差,发现该参量与组合试样破坏的剧烈程度密切相关,即峰值弹性能密度差越大,往往组合试样破坏越剧烈.基于大量试验数据讨论了影响该参量的因素,结果表明该参量与组合试样抗压强度、煤体弹性模量、岩煤高度比、岩煤弹模比等因素均具有正相关性,而与岩体弹性模量的关系不明确,其中抗压强度是主控因素.从非平衡热力学和耗散结构的观点出发,基于煤岩弹性能密度差的分析,构建了组合煤岩系统的差能失稳分析模型,当其处于临界态时,系统的弹性能密度差最大,此时系统处于最不稳定状态.据此,提出以煤岩系统的峰值弹性能密度差与失稳持续时间的比值作为评价煤岩组合体冲击倾向性的指标,该指标从煤岩整体系统的角度出发,考虑了煤体与岩体的力学特性及能量积聚性质的差异,本质上表征了煤岩系统失稳过程中储存弹性能的释放速率,并由试验与模拟数据验证了该指标的有效性.煤岩组合体差能失稳模型一定程度可反映煤岩组合冲击失稳的力学现象.

关键词：煤岩组合体峰值弹性能密度差差能失稳模型差能失稳指标冲击倾向性

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煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究进展

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煤炭学报 2022年第2期47卷 762-790页

作者：王宏伟王晴石瑞明姜耀东田政中国矿业大学(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 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的科学意义和工程指导价值。人类采掘活动使得在地壳运动等强挤压过程中形成的断层等复杂地质构造受到扰动,结构面的活化和失稳将释放大量在构... 详细信息

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的科学意义和工程指导价值。人类采掘活动使得在地壳运动等强挤压过程中形成的断层等复杂地质构造受到扰动,结构面的活化和失稳将释放大量在构造成型期间所积聚的弹性应变能,进而极易诱发冲击地压等动力灾害。从断层构造成因、地质赋存状态和高水平原岩应力环境的角度介绍了冲击地压发生的地质环境特征,总结了与断层构造相关的冲击地压发生模式,凝练了开采扰动下断层滑移失稳的力学机理和断层构造失稳诱冲的多物理场前兆特征等2个关键科学问题,建立了考虑工作面开采影响的断层结构力学模型和厚层顶板赋存的物理模型,推导了断层面上下盘相对滑动位移计算的逐点积分方法,提出了可表征断层滑动摩擦与能量释放相关性的断层结构势能的概念,分析了开采扰动下断层面位移场、应力场和能量场的动态演化特征,系统阐述了断层构造的失稳特点和诱冲力学机理。研究结果显示,工作面开采条件下断层区域位移场表现为由局部静态滑移突然向整体剧烈滑动转变的非线性动态演化过程,并伴随着断层面上下盘之间的相对位移出现由缓慢滑动突然变化为急剧滑移的失稳现象,断层面最大位移也由断层顶部突然转移至断层中部靠近煤层的区域,对工作面造成极大冲击破坏。随着煤层的逐步开采,断层面正应力和剪应力在同步演化发展过程中发生了分化的现象,表现出正应力增加而剪应力降低或剪应力增加而正应力降低的特征。断层结构面和上覆厚层顶板的交界区域在上覆岩层下沉和侧向压力的共同作用下完成了最大滑动静摩擦向滑动失稳摩擦的动态转换过程,位移场的缓急突变和应力场的正剪分化现象均出现在该转换期间,而最大位移的出现也预示着断层结构发生了剧烈的滑移失稳。断层结构失稳前,由于厚层顶板坚硬且不易破断使得断层结构保持相对稳定,此时断层结构势能处于长期积聚而未释放的状态。监测数据显示,与断层结构势能相关的微震事件数、声发射事件数和电磁辐射强度值等数据均出现缺失的现象。断层滑移失稳后,该类监测数据又由几乎为零转为突然激增,并伴随着剧烈的滑动和对工作面的冲击破坏。综上所述,在复杂断层构造赋存、高水平原岩应力环境和开采扰动下,岩层运动与断层滑移的耦合作用是断层失稳的主要原因,而伴随的位移场缓急突变、应力场正剪分化和能量场激增滞后等多物理场演化规律均可作为冲击地压发生的前兆特征。

关键词：冲击地压断层构造多物理场开采扰动前兆特征

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矿井复杂风网火灾风烟流应急调控技术及应用

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煤炭科学技术 2023年第5期51卷 124-132页

作者：裴晓东郝海清王凯蒋曙光孙勇陈佳辉吴征艳蒋合国邵昊中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 彝良驰宏矿业有限公司云南昭通657000

针对复杂通风网络井巷火灾预防和应急救援较困难现状,分析了风流场、温度场、烟流浓度场的风流扰动、热量传递、烟流扩散等规律。根据不同火源位置的烟流演化规律,提出一种能够同时满足排烟风量和采场风量需求的火灾风烟流应急联动调控... 详细信息

针对复杂通风网络井巷火灾预防和应急救援较困难现状,分析了风流场、温度场、烟流浓度场的风流扰动、热量传递、烟流扩散等规律。根据不同火源位置的烟流演化规律,提出一种能够同时满足排烟风量和采场风量需求的火灾风烟流应急联动调控方案。以鄂尔多斯转龙湾煤矿为应用案例,建立了转龙湾煤矿火灾烟流应急联动调控系统。为分析其控风排烟效果,结合实际的井巷和通风参数,基于Ventsim软件构建了其复杂通风网络三维可视化模型。运用VentFire模块对其不同火源位置火灾场景的风烟流蔓延效果进行模拟。分析了采取应急调控方案前后的排烟效果和风量分配情况。结果表明:当不同位置发生火灾时,及时启动应急排烟方案,在满足排烟风量的基础上其他各关键地点的风量仍能保证正常通风时的90%以上,能够满足转龙湾煤矿灾变期间的控灾、救灾需求。

关键词：矿井火灾火灾烟流控风排烟应急调控 Ventism模拟复杂风网

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千米深井沿空巷道合理煤柱宽度与支护技术研究

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地下空间与工程学报 2024年第1期20卷 219-229,250页

作者：李路恒杨新安谢文兵马明杰同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学交通运输工程学院上海201804 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

针对千米深井沿空巷道围岩大变形难题,以朱集西矿11502工作面运输巷为工程背景,分析了沿空巷道变形失稳原因与特点,通过理论分析和数值模拟确定了煤柱合理宽度,并结合现场试验研究了巷道围岩控制技术。结果表明:随煤柱宽度增加,掘进期... 详细信息

针对千米深井沿空巷道围岩大变形难题,以朱集西矿11502工作面运输巷为工程背景,分析了沿空巷道变形失稳原因与特点,通过理论分析和数值模拟确定了煤柱合理宽度,并结合现场试验研究了巷道围岩控制技术。结果表明:随煤柱宽度增加,掘进期间煤柱中部稳定承载区范围逐渐增大,回采期间巷道顶板下沉及实体煤帮移进量减小,底鼓量逐渐增大,综合考虑得出,8 m煤柱宽度可以保证锚杆可靠锚固;提高锚杆初次预紧力矩并进行二次预紧,能充分发挥锚杆支护性能,超张拉措施则可以使锚索快速实现高阻支护;伞状弹片结构可以提高锚杆锚固可靠性,锚索锚具防滑移自锁装置则能有效降低锚具滑移和破断钢绞线弹射可能性;井下试验表明,合理的煤柱宽度配合高强锚杆索高预应力支护,能有效控制沿空巷道围岩变形,保证巷道正常服务能力。

关键词：高地应力沿空掘巷围岩稳定性高预应力数值模拟

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我国煤矿重特大火灾事故统计分析

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中国安全科学学报 2023年第1期33卷 115-121页

作者：李敏林志军王德明施式亮鲁义湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 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

为研究我国煤矿重特大火灾事故一般性特征及致灾原因,用统计分析法,从时间、地域、地点、煤矿所有制、点火源、外部致灾原因等维度综合分析2000—2021年发生的360起重特大火灾事故。结果表明:第4季度是重特大火灾事故高发期;贵州、山西... 详细信息

为研究我国煤矿重特大火灾事故一般性特征及致灾原因,用统计分析法,从时间、地域、地点、煤矿所有制、点火源、外部致灾原因等维度综合分析2000—2021年发生的360起重特大火灾事故。结果表明:第4季度是重特大火灾事故高发期;贵州、山西和黑龙江3省重特大火灾事故起数和死亡人数分别占全国的45.28%和47.11%;发生在硐室中的特大火灾事故概率最高,占硐室重特大事故的52.38%;2011—2021年发生在采煤工作面的重特大火灾事故有增多的趋势;乡镇煤矿重特大火灾事故起数及死亡人数在事故总起数和死亡总人数中的占比均超过了60%,但同比呈梯度下降趋势,且基本保持平稳;由违规明火、自热点火和摩擦撞击引发的重特大火灾事故占比逐渐上升,而由放电点火和爆破点火引发的重特大火灾事故占比逐渐下降;管理不善是导致重特大火灾事故的主要原因。

关键词：煤矿重特大事故火灾事故统计分析点火源

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基于流动扩散互竟关系的基质吸附态瓦斯表观扩散系数实验室测定准确性分析

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煤炭学报 2022年第2期47卷 860-869页

作者：赵伟王凯李成武鞠杨刘晨熙魏诚敏袁廷璐中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 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

解吸试验初期高速涌出的游离瓦斯使得不同损失时间条件下观测到的解吸曲线形态发生剧烈变化,给实验室准确测定基质吸附态瓦斯表观扩散系数,以及工程中精确测定钻屑瓦斯解吸指标K_(1)与损失瓦斯含量带来了不便。基于瓦斯流动与扩散的竞... 详细信息

解吸试验初期高速涌出的游离瓦斯使得不同损失时间条件下观测到的解吸曲线形态发生剧烈变化,给实验室准确测定基质吸附态瓦斯表观扩散系数,以及工程中精确测定钻屑瓦斯解吸指标K_(1)与损失瓦斯含量带来了不便。基于瓦斯流动与扩散的竞争互抑关系,建立了引入游离瓦斯流动的全浓度表观扩散模型,确定了游离瓦斯和吸附瓦斯对于整体逸散瓦斯的贡献变化,同时构建了K_(1)时因衰减模型。利用自主研发的瓦斯解吸自动测试装置,精确测定了初期瓦斯解吸曲线,并获得了损失时间为1,5,10 min条件下的表观扩散系数有效值。研究结果显示:随解吸时间的延长,整个解吸过程可分为3个阶段,分别为游离瓦斯流动主控阶段、过渡阶段和基质吸附瓦斯扩散主控阶段;裂隙游离瓦斯量与解吸时间呈线性规律,基质吸附瓦斯量与解吸时间符合单孔扩散模型规律,其在短时间内又符合√t(t为时间)模型;随着损失时间增大,游离瓦斯在整体逸散瓦斯中的贡献逐渐减小,而吸附瓦斯扩散的比例逐渐增大,在宏观上表现为解吸曲线线性段缩短,而曲率增加;依此推导出的表观扩散系数有效值和K_(1)亦随之逐渐减小,且减小速度初期较大。利用表观扩散系数时因衰减关系,给出了K_(1)及损失量测定的有效测算时间区间,并建立了精确度更高的瓦斯损失量推算模型,将原有√t模型对试验样品数据的拟合度提升了20.8%。

关键词：损失量单孔扩散模型扩散系数 K_(1) 解吸曲线

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膏体充填综采台阶煤壁稳定性半凸力学分析

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中国矿业大学学报 2022年第1期51卷 46-55页

作者：常庆粮袁崇亮王永忠张彪周华强中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 窑街煤电集团有限公司甘肃兰州730000 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

通过细长杆失稳理论,建立台阶半凸力学模型,通过凸模柔度来判断与之相适应的临界载荷公式,并通过能量法近似求出模型的长度因数与稳定系数计算公式,进而得到台阶半凸力学模型失稳时所需的临界力、临界应力和纵向弯曲失稳校核判据;采用FL... 详细信息

通过细长杆失稳理论,建立台阶半凸力学模型,通过凸模柔度来判断与之相适应的临界载荷公式,并通过能量法近似求出模型的长度因数与稳定系数计算公式,进而得到台阶半凸力学模型失稳时所需的临界力、临界应力和纵向弯曲失稳校核判据;采用FLAC^(3D)数值模拟研究顶煤、中煤、底煤高度比分别为1∶1∶1,2∶2∶1两种不同割煤方案时煤壁前方支承压力、水平应力、水平位移以及工作面周围竖直应力分布.研究表明:煤壁发生片帮失稳所需的临界应力与其柔度有关,且煤壁柔度与长度因数呈正相关,长度因数与下台阶高度呈负相关,因此煤壁的柔度越小,煤壁片帮所需的临界应力就越高,抵抗失稳片帮的能力越强,所以可通过增加下台阶高度来提高煤壁抵抗失稳片帮的能力;不同方案割煤时,煤壁的垂直应力均小于片帮临界应力,因此不会发生失稳片帮;煤壁的上台阶高度减小,水平应力相应增加,位移量减小,下台阶的存在约束了上台阶煤体水平变形,使得煤壁前方支承压力变大,煤壁的承载能力增强,煤壁煤体稳定性增加,因此,可通过增加下台阶高度,提高煤壁稳定性.最终确定窑街三矿水平分层膏体充填开采的台阶高度比为1∶1∶1,为研究特厚急倾斜煤层采用短机身、大采高特殊采煤机割煤时所形成的台阶煤壁稳定性问题提供可靠理论支撑.

关键词：半凸力学模型台阶煤壁能量法膏体充填

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煤层冲刷带煤厚三维地震预测研究

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地质论评 2023年第S01期69卷 343-344页

作者：陈豪邹冠贵曾葫佘佳生王国伟中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 贵州工程应用技术学院矿业工程学院贵州毕节551700 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

我国“相对富煤、贫油、少气”的资源禀赋状况决定了煤炭作为我国主体能源的地位短期内不会改变,是短期内不可替代的稳定主体能源(霍超等,2022)。河流冲刷导致煤层遭受冲刷及变形,该地质现象不但直接影响到煤层的储量计算,而且威胁到煤... 详细信息

我国“相对富煤、贫油、少气”的资源禀赋状况决定了煤炭作为我国主体能源的地位短期内不会改变,是短期内不可替代的稳定主体能源(霍超等,2022)。河流冲刷导致煤层遭受冲刷及变形,该地质现象不但直接影响到煤层的储量计算,而且威胁到煤矿的安全开采,因此揭示河流冲刷对煤层影响显得非常重要(张昭等,2022)。地质及地球物理勘探作为当前预测研究河流冲刷最主要的两种方法.

关键词：煤层冲刷带煤厚地震勘探

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空心岩样径向渗流-轴向应力特征与巷道围岩渗透突变机理

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煤炭学报 2022年第3期47卷 1180-1195页

作者：马丹侯文涛张吉雄王佳军李振华杜锋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 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

为了探究承压水下巷道围岩的渗透突变机理,针对空心岩样的渗流-应力特征开展了一系列室内试验和渗透突变表征模型研究。自主研制了一套空心岩样径向渗流-轴向应力试验系统,突破了仅开展轴向渗流的传统试验条件限制,实现了径向渗流及轴... 详细信息

为了探究承压水下巷道围岩的渗透突变机理,针对空心岩样的渗流-应力特征开展了一系列室内试验和渗透突变表征模型研究。自主研制了一套空心岩样径向渗流-轴向应力试验系统,突破了仅开展轴向渗流的传统试验条件限制,实现了径向渗流及轴向应力同步进行。采用该新型试验系统,以孔径(5~20 mm)和水压(0.5~2.5 MPa)为变量开展多组空心红砂岩渗流-应力试验,得到空心岩样径向渗流-轴向应力特征。试验结果表明径向渗流的蚀损作用引起岩样黏聚力、内摩擦角等力学参数衰减,增大水压,渗流的蚀损作用变强,岩样内部裂隙贯通通道形成时间缩短,渗透突变现象提前发生。大孔径岩样对轴向应力敏感度更高,内部结构受径向渗流蚀损作用易破坏,渗透突变发生时间缩短。岩样渗透率在试验过程中存在3种状态:①以孔隙结构为主要渗流介质的孔隙渗流状态;②以局部裂隙结构为主要渗流介质的非稳定渗流状态;③以贯通裂隙结构为主要渗流介质的渗透突变状态。渗透率达到峰值的试样渗流介质为受水压影响产生的贯通裂隙结构,峰值渗透率随水压增大呈线性增长,与孔径没有明显关系。以裂隙体积变化为纽带建立空心岩样渗透突变表征模型,模型计算值与实验结果吻合良好。以屈服应力/应变、峰值应力/应变为临界条件将渗透率演化曲线分为3个阶段:①渗透率微增演化阶段;②渗透率突增演化阶段;③峰后渗透率演化阶段。其中,渗透率突增演化阶段是突水灾害发生的控制环节,需在此之前采取注浆封堵、输水降压等措施预防事故发生。

关键词：渗透突变空心试样径向渗流渗透率演变蚀损作用

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