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中国矿业大学学报 2021年第3期50卷 489-497页

作者：黄鹏张吉雄郭宇鸣李猛张琪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

深部充填开采矸石充填体的黏弹性特征对顶板长时变形具有重要影响.采用矸石充填体侧限压缩试验系统测试了矸石充填体的黏弹性,建立了矸石充填体分数阶蠕变模型和分数阶蠕变地基梁模型,给出了分数阶黏弹性地基梁的挠度表达式,结合工程案... 详细信息

深部充填开采矸石充填体的黏弹性特征对顶板长时变形具有重要影响.采用矸石充填体侧限压缩试验系统测试了矸石充填体的黏弹性,建立了矸石充填体分数阶蠕变模型和分数阶蠕变地基梁模型,给出了分数阶黏弹性地基梁的挠度表达式,结合工程案例分析了顶板时效变形特征,认为深部环境下矸石充填体具有显著黏弹性效应,而顶板会随充填体的蠕变不断产生变形,且其时效变形可采用矸石充填体分数阶黏弹性地基梁模型预测.结果表明:矸石充填体在分级加载下,总蠕变应变随蠕变时间和最大应力的增加而不断增长,应力达到20 MPa时,应变增幅为2.86%;识别了矸石充填体分数阶蠕变模型参数,参数识别精度R2均大于0.99;根据分数阶黏弹性地基梁挠度表达式计算得出顶板10 a蠕变量较1 a蠕变量在采场充填区中心位置增加2.73%;分数阶黏弹性地基梁顶板变形理论值与新巨龙1302N工作面直接顶下沉实测值相对误差为4.29%.

关键词：深部开采煤矸石充填采煤黏弹性分数阶时效变形

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钱营孜煤矿台阶工作面分阶段锚索式超前支护技术

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煤炭技术 2023年第1期42卷 64-69页

作者：陈廷学姚强岭马镇涛皖北煤电集团公司安徽宿州234000 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

为了解决钱营孜煤矿W3211台阶工作面风巷的超前支护问题,实测围岩地质力学后,提出了分阶段主动式超前支护技术,设计了W3211风巷分阶段超前支护方案,替代了原有的单体液压支柱被动式超前支护技术。在保证巷道稳定性的同时极大的降低了工... 详细信息

为了解决钱营孜煤矿W3211台阶工作面风巷的超前支护问题,实测围岩地质力学后,提出了分阶段主动式超前支护技术,设计了W3211风巷分阶段超前支护方案,替代了原有的单体液压支柱被动式超前支护技术。在保证巷道稳定性的同时极大的降低了工人的劳动强度。提高了工作面生产技术水平,改革了超前支护模式,为钱营孜煤矿32煤层类似条件工作面提供了有益参考。

关键词：超前支护数值模拟巷道围岩控制效果

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厚硬顶板覆岩冲击矿震影响的远近场效应研究

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采矿与安全工程学报 2022年第2期39卷 215-226页

作者：高明仕徐东贺永亮张治高俞鑫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 中国矿业大学冲击岩爆巷道支护研究中心江苏徐州221116 山东新巨龙能源有限责任公司山东菏泽274918

针对厚硬顶板覆岩破断释放冲击能量影响采场安全性等问题,基于材料力学及冲击动力学,建立了冲击震源层破断力学模型,研究了覆岩冲击震源层初次破断和周期破断产生的冲击能量大小以及冲击震动波在传播过程中的能量耗散机理,分析了厚硬顶... 详细信息

针对厚硬顶板覆岩破断释放冲击能量影响采场安全性等问题,基于材料力学及冲击动力学,建立了冲击震源层破断力学模型,研究了覆岩冲击震源层初次破断和周期破断产生的冲击能量大小以及冲击震动波在传播过程中的能量耗散机理,分析了厚硬顶板覆岩冲击震源层位能级对下伏采掘空间冲击矿震影响的远近场效应。研究发现:冲击震源层破裂释放能量与采高、冲击震源层破裂尺度、冲击震源层初次破断步距以及周期破断步距呈正比,与冲击震源层的层位高度成反比。冲击震动波能量随传播距离增大呈幂指数降低,且不同岩性对冲击能量的耗散能力不同。动载冲击波的作用时间分为冲击压缩区、动荡反射区及能量衰减区,下伏采掘空间围岩质点震动速度随冲击震源层位距离增大呈指数型衰减,随冲击震动能量的增大呈指数型增大,采掘空间上方厚硬顶板,均存在一临界冲击能量和临界冲击距离,近场的小能量不一定发生弱冲击,远场的大能量也不一定发生强冲击,冲击灾害程度主要取决于能量与距离的比值。采用能距比§来近似描述这种影响效应,通过典型冲击事件统计分析发现:当能距比§∈(0~10^(2))无冲击,§∈(10^(2)~10^(3))弱冲击,§∈(10^(3)~10^(4))中等冲击,§∈(10^(4)及以上)强冲击。厚硬顶板覆岩层位对矿井冲击矿震影响具有显著的远近场效应,分别会带来采面、采区、矿井、矿区不同区域不同程度的冲击地压显现甚至矿震等灾害,厚硬顶板覆岩层位的存在也为冲击矿震防治提供了靶点部位,可采取地面-井下高低位立体协同对向压裂破岩释能从源头防冲。

关键词：冲击矿震震源层位能级远近场效应立体协同防冲

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加载速率影响下裂隙细砂岩裂纹扩展试验及数值模拟研究

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煤炭学报 2021年第11期46卷 3488-3501页

作者：于利强姚强岭徐强王伟男牛志军刘伟冬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

为研究裂隙倾角和加载速率对岩石裂纹扩展及破坏模式的影响,采用中心钻孔法在50 mm×50 mm×100 mm的细砂岩试样上预制宽度范围为0°~90°的贯通裂隙,并对其进行声发射及摄影监测下单轴压缩试验和PFC数值模拟研究,综合... 详细信息

为研究裂隙倾角和加载速率对岩石裂纹扩展及破坏模式的影响,采用中心钻孔法在50 mm×50 mm×100 mm的细砂岩试样上预制宽度范围为0°~90°的贯通裂隙,并对其进行声发射及摄影监测下单轴压缩试验和PFC数值模拟研究,综合分析其裂纹演化规律及变形破坏特征。结果表明:裂隙砂岩试样的破坏模式包含拉伸破坏、剪切破坏和拉伸/剪切混合破坏3种,根据裂纹起裂机理及发展轨迹可将其细化分为T1~4(拉伸)型、S1~3(剪切)型、M1~2(混合)型等9种类型,裂纹萌生亦可分为翼形裂纹、反抗拉裂纹、共面/非共面次级裂纹、横向裂纹等5种类型,且均与岩样加载破坏过程密切相关。岩样裂纹扩展及破坏模式受控于裂隙倾角α,随着α的增加,裂纹起裂应力升高,起裂位置由预制裂隙中央向尖端转移,裂纹前期萌生数量降低,岩样破坏模式由剪切破坏向拉伸破坏过渡。加载速率亦对岩样裂纹扩展及破坏模式产生影响,随着加载速率的增加,裂纹萌生类型由翼形裂纹变为反抗拉裂纹,且不再向其他裂纹类型转化,裂纹起裂时间缩短,破坏模式由剪切破坏向拉伸破坏过渡,岩样表面宏观裂纹数目降低。岩样的破坏过程与其声发射特征密切相关,声发射定位信息准确地反应了岩样的内部损伤情况。PFC数值模拟试验结果有效支撑了室内物理实验的结论,并反映出岩样裂纹萌生与扩展的根本原因是应力场的变化和转移,且压应力主要集中在预制裂隙尖端,而拉应力则主要集中在裂纹萌生的附近,一定程度上,拉应力场的分布揭示了裂纹萌生的主要趋势。

关键词：裂纹扩展裂隙细砂岩加载速率裂隙倾角破坏模式

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煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台与应用

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煤炭科学技术 2022年第1期50卷 142-150页

作者：王恩元李忠辉李保林覃奔徐剑坤李楠夏宏宇张国锐李阳冯小军刘晓斐煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 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

瓦斯灾害仍然是我国深部煤矿开采的主要灾害,随着采深及开采强度的加大,危险性日趋严重。瓦斯灾害影响因素及耦合关系非常复杂,灾害事故时有发生。基于安全监测大数据进行瓦斯灾害和风险隐患一体化分析预警已成为煤矿安全管理、监管和... 详细信息

瓦斯灾害仍然是我国深部煤矿开采的主要灾害,随着采深及开采强度的加大,危险性日趋严重。瓦斯灾害影响因素及耦合关系非常复杂,灾害事故时有发生。基于安全监测大数据进行瓦斯灾害和风险隐患一体化分析预警已成为煤矿安全管理、监管和监察的迫切需求。分析了瓦斯灾害与风险隐患的大数据特征,提出了基于安全监测大数据的瓦斯灾害风险隐患识别与突出危险性预警方法,研发了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台,实现了动态信息资源"一张图",并进行验证和应用。通过集成和挖掘分析所有相关实时数据、变化趋势及耦合关系实现了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测、自动识别、预警和结果分级推送等。

关键词：瓦斯灾害风险隐患分析预警云平台 “一张图”

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基于仪器化压入实验的煤体微纳尺度非均质力学响应特征

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力学学报 2022年第8期54卷 2304-2317页

作者：邓博知聂百胜柳先锋石发瑞重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 重庆大学资源与安全学院重庆400030 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)应急管理与安全工程学院北京100083

煤炭是我国的主体能源,煤矿井下冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害的频繁严重影响煤炭的安全生产.煤体是典型的混合物,其内部不同组分的力学性质差异较大,使其在外部扰动的作用下容易产生内部应力集中,导致煤体的失稳、破坏,形成煤矿动力灾... 详细信息

煤炭是我国的主体能源,煤矿井下冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害的频繁严重影响煤炭的安全生产.煤体是典型的混合物,其内部不同组分的力学性质差异较大,使其在外部扰动的作用下容易产生内部应力集中,导致煤体的失稳、破坏,形成煤矿动力灾害.本文以非均质煤体为研究对象,利用微焦CT、扫描电子显微镜和纳-微米压入实验,研究了煤体微纳尺度的非均质结构和力学性质,实验研究结果表明:煤体是有机物和多种矿物组成的混合物,矿物以点填充、丝状填充和条带状侵入等结构存在于煤体有机物中,不同的矿物填充或侵入区域中矿物含量和结构具有差异,这导致煤体微纳尺度的物理力学性质具有非均质性;纳米尺度压入实验可以捕捉矿物在有机物中的填充或侵入结构,测量煤体混合物中矿物和有机物单组分的力学参数,识别两者力学性质的巨大差异;微米尺度的压入实验可以表征煤体混合物整体的力学性质,矿物填充量越多,煤体混合物的力学性质越强,同时煤体混合物微观尺度的破裂模式会受到矿物填充结构的影响.研究结果揭示了煤体微观结构和力学性质的非均质特征,探讨了煤体混合物的非均质结构可能引起的脆性破坏,为煤矿井下冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害的预测与防治提供了理论基础.

关键词：煤与瓦斯突出煤体矿物填充结构煤体非均质特征仪器化压入实验

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深部巷道围岩稳定性控制的基本理论与技术研究

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中国矿业大学学报 2021年第1期50卷 1-12页

作者：侯朝炯王襄禹柏建彪孟宁康吴文达中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

以深部巷道普遍存在围岩强度劣化、应力环境恶化及围岩结构性失稳大变形等问题为切入点,系统诠释围岩强度强化、应力改善以及围岩改性加固机理对推动深部巷道围岩控制技术的作用.采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,从围岩强度强... 详细信息

以深部巷道普遍存在围岩强度劣化、应力环境恶化及围岩结构性失稳大变形等问题为切入点,系统诠释围岩强度强化、应力改善以及围岩改性加固机理对推动深部巷道围岩控制技术的作用.采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,从围岩强度强化机理出发,探讨了围岩微观损伤裂隙演化尺度在宏观围岩破坏过程中的响应机理,阐述了深浅递进分层次注浆对深部巷道围岩的协同控制作用,建立了预应力、全长锚固以及及时支护条件下围岩宏观损伤和微观裂隙演化的量化区间,以锚固范围内围岩损伤程度小于45%为指标,评估围岩稳定性,保证围岩处于低损伤范围;提出了深部巷道破裂围岩浅孔封隙止浆和深孔减隙加固的注浆技术,凝练和发展了基于宏、微观维度的围岩强度强化理论.现场实践结果表明:巷旁充填体表面位移降低了38%,围岩应力降低了17.9%,水平应力偏移了60°;采用深部巷道破裂围岩浅孔封隙止浆和深孔减隙加固的注浆技术后,现场窥视表明围岩结构完整性显著提高,两帮相对移近量减少了79%.

关键词：深部巷道围岩强度强化应力干预注浆加固技术体系

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韩家湾煤及其热解半焦中多环芳烃分布特征研究

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煤炭转化 2023年第2期46卷 1-9页

作者：赵煊赫李珊吴鹏徐子琪梁汉东中国矿业大学(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 北京国电富通科技发展有限责任公司北京100070

低阶煤的热解是其深加工工艺的基础,为探究其固体产物半焦中多环芳烃(PAHs)的含量水平及组成特征,以陕西榆林韩家湾次烟煤及其不同温度条件下(350℃~700℃)生成的热解半焦为样品,采用溶剂萃取结合GC/MS方法分析其中PAHs分布特征。结果显... 详细信息

低阶煤的热解是其深加工工艺的基础,为探究其固体产物半焦中多环芳烃(PAHs)的含量水平及组成特征,以陕西榆林韩家湾次烟煤及其不同温度条件下(350℃~700℃)生成的热解半焦为样品,采用溶剂萃取结合GC/MS方法分析其中PAHs分布特征。结果显示:韩家湾原煤中16种优控母体(美国环保署规定)PAHs含量(∑16PAHs,15161 ng/g)低于对应烷基取代PAHs含量(∑aPAHs,24055 ng/g),380℃热解半焦中∑16PAHs(19003 ng/g)和∑aPAHs(45009 ng/g)均呈极大值;半焦中∑16PAHs和∑aPAHs随温度呈先增后降的变化趋势,但aPAHs含量随热解温度变化的幅度大于16PAHs含量变化的幅度,推测热解过程释放的PAHs可能以aPAHs为主;16PAHs组成上,原煤以4环母体PAHs为主,半焦中则以2~3环PAHs为主;350℃~400℃热解半焦中萘和烷基萘含量显著高于原煤中相应成分的含量,表明煤在低温热解时发生裂解反应并生成大量萘系物。

关键词：低阶煤半焦多环芳烃烷基多环芳烃分布特征

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大倾角综采面跨采岩巷分区域加固技术与应用

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煤炭技术 2023年第7期42卷 25-29页

作者：马晓川陈俊智王捞捞杨长德新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室乌鲁木齐830023 新疆工程学院矿业工程与地质学院乌鲁木齐830023 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

以众维煤业大倾角综采面跨采岩巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,分析了大倾角采场底板应力传播路径及采动影响规律,将试验巷道分为弱采动影响区和强采动影响区,其中弱采动影响区包括采空区下端部工作面侧20 m以外... 详细信息

以众维煤业大倾角综采面跨采岩巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,分析了大倾角采场底板应力传播路径及采动影响规律,将试验巷道分为弱采动影响区和强采动影响区,其中弱采动影响区包括采空区下端部工作面侧20 m以外的上部车场,强采动影响区包括弱采动影响区之外的上部车场和整条二采区回风平硐,据此开发了大倾角综采面跨采岩巷分区域加固技术,并进行了工业性试验,结果表明跨采岩巷围岩控制效果良好,可为类似矿井的巷道支护提供借鉴。

关键词：大倾角综采面跨采岩巷分区域加固锚杆索支护

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岩石灾变非连续结构与多物理场效应的透明解析与透明推演

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煤炭学报 2022年第1期47卷 210-232页

作者：鞠杨任张瑜郑江韬毛灵涛王凯周宏伟谢和平中国矿业大学(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)应急管理与安全工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 深圳大学深地科学与绿色能源研究院广东深圳518060

煤炭对于我国经济发展与能源安全起到压舱石和兜底保障的作用,在“碳达峰、碳中和”国家重大战略决策背景下,研究如何充分发挥煤炭的保障能源与战略资源的作用、实现煤炭绿色智能低碳开发利用迫在眉睫。煤炭生产开发活动打破了地层初始... 详细信息

煤炭对于我国经济发展与能源安全起到压舱石和兜底保障的作用,在“碳达峰、碳中和”国家重大战略决策背景下,研究如何充分发挥煤炭的保障能源与战略资源的作用、实现煤炭绿色智能低碳开发利用迫在眉睫。煤炭生产开发活动打破了地层初始应力平衡,引起围岩应力场重分布,诱发工程灾害。岩石是煤炭生产开发与工程建设的主要对象,研究和解决煤炭绿色智能安全开采问题的基础理论之一是岩石力学。然而,传统的岩石力学理论在定量分析和描述煤炭生产开发活动引发的岩石灾变行为及内禀机理时存在诸多困难,人们对岩石不连续结构演化引起的应力场、变形场和渗流场的变化认识不足,缺乏定量解析内部应力、变形与渗流等多物理场的方法、理论和模型,难以对不同开采模式可能引发的工程灾害进行超前研判、预警和科学防控。解决这些基础科学与技术难题,迫切需要建立和发展颠覆性理论与变革性技术,这已成为创新发展煤炭资源绿色智能安全开发理论与技术的基础性前沿课题。围绕岩石灾变的非连续结构与多物理场效应的透明解析与透明推演,概述了岩石的三维数字重构、3D打印模型材料、透明物理模型、尺度效应、应力场、变形场和渗流场演化以及灾变机理的透明定量解析等方面的最新成果,分析了未来发展目标与面临的挑战,以求为发展非连续岩石力学与灾变分析理论,实现煤炭绿色智能开采及灾害超前预警防控提供研究基础与参考。

关键词：岩石力学非连续结构多物理场透明解析数字重构透明物理模型 3D打印

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