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采矿与安全工程学报 2025年第1期42卷 50-59页

作者：朱存利鲁守明李百宜马军杰张金魁陈驰闫浩中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116 山东能源集团西北矿业有限公司陕西西安710018 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为研究采空区储水采热过程中煤岩损伤特性,采用实验室试验和理论分析等方法,探讨了不同水浴冷热循环时间对煤岩纵波波速、质量、导热性、力学强度和细观结构的影响。研究结果表明:随着水浴冷热循环次数的增加,煤岩纵波波速和质量呈先增... 详细信息

为研究采空区储水采热过程中煤岩损伤特性,采用实验室试验和理论分析等方法,探讨了不同水浴冷热循环时间对煤岩纵波波速、质量、导热性、力学强度和细观结构的影响。研究结果表明:随着水浴冷热循环次数的增加,煤岩纵波波速和质量呈先增加后降低的趋势;煤岩细观结构逐渐出现脱落层和张开裂隙现象;煤样矿物成分中蒙脱石等吸水矿物含量因发生水解而出现逐渐降低的趋势;煤岩导热性出现先升高后降低的变化规律。研究成果从宏细观方面揭示了水浴冷热循环对煤岩力学强度的损伤机制。

关键词：水浴冷热循环岩石力学煤岩损伤细观结构

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矿山功能充填采热结构传热规律及其相变行为

采矿与安全工程学报 2025年第1期42卷 28-39页

作者：刘恒凤王九红翟勃周楠李百宜高峰史振马丹中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 山东能源集团西北矿业有限公司陕西西安710018 兖矿能源集团股份有限公司山东邹城273500 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116

相变充填体大体积和高蓄热密度特性为矿山低品位热能的高效开发提供了新思路,研究采热结构传热规律及其相变行为是实现矿山地热能高效开发的重要基础。采用自主研制的矿山相变蓄热功能充填采热结构传热试验系统,开展采热结构传热试验及... 详细信息

相变充填体大体积和高蓄热密度特性为矿山低品位热能的高效开发提供了新思路,研究采热结构传热规律及其相变行为是实现矿山地热能高效开发的重要基础。采用自主研制的矿山相变蓄热功能充填采热结构传热试验系统,开展采热结构传热试验及数值模拟,揭示了矿山功能充填采热结构相变蓄热机理。研究表明:岩层初始温度、采热流速和采热周期的增加及采热温度的降低有助于提高采热量;岩层初始温度直接决定相变充填体是否发生相态变化,采热流速越大、采热周期越长、采热温度越低则有越多的相变充填体凝固放热;相变充填体的存在会维持传热通道路径及传热热量大小,而不同因素则会影响采热结构发生相态转变的时机、改变传热通道路径。研究成果丰富了矿山功能充填采热结构传热特性研究,为矿山低品位地热能的高效开发提供了试验基础。

关键词：矿山地热功能充填采热结构相变传热煤-热协同开采

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煤基固废充填开采技术研究进展与展望

煤炭学报 2022年第12期47卷 4167-4181页

作者：张吉雄张强周楠李猛黄鹏李百宜中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州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 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求,是促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展的研究重点与热点。笔者在总结煤基固废充填开采技术研发背景与发展历程的基础上... 详细信息

煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求,是促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展的研究重点与热点。笔者在总结煤基固废充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,系统性介绍了煤基固废充填开采技术体系的研究现状,经过20余年产学研用联合攻关,历经5代技术的研发创新,已基本形成体系的典型固废充填技术包括综合机械化固体充填、膏体充填、长壁逐巷胶结充填、覆岩隔离注浆充填、井下采选充+X,为“三下”开采、条带煤柱回收、岩层移动与地表变形控制、煤基固废井下处置提供了较全面的技术途径;煤基固废充填开采充填材料本构模型、关键岩层控制及地表变形控制等理论研究也取得了较大进展,基本构建成充填开采岩层控制理论体系;面临产业智能化升级、深部资源开采、煤基固废规模化处置与资源化利用等重点发展趋势,煤基固废充填开采技术的主要发展方向包括但不限于煤基固废高效智能充填、井下嗣后注浆充填处置、深部充填采热、煤基固废充填井下碳封存、煤基固废绿色功能材料井下利用等。现有研究现状及发展趋势综合表明:煤基固废充填开采技术是实现煤炭资源绿色智能高效开采的重要代表性途径。

关键词：煤基固废充填开采采选充岩层控制绿色开采

深部矿山相变蓄热功能充填采热构想及技术体系

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采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 933-944页

作者：张吉雄刘恒凤周楠闫浩李百宜中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

深部矿山地热能作为地热资源的重要组成部分一直是世界各国关注的热点,但受地热开发技术和成本的限制,深部矿山地热能还未被广泛开发利用。随着我国逐渐向深部煤炭资源开采的转变,矿山地热能的高效开发迎来了机遇和挑战。为此,本文创新... 详细信息

深部矿山地热能作为地热资源的重要组成部分一直是世界各国关注的热点,但受地热开发技术和成本的限制,深部矿山地热能还未被广泛开发利用。随着我国逐渐向深部煤炭资源开采的转变,矿山地热能的高效开发迎来了机遇和挑战。为此,本文创新性地提出了矿山相变蓄热功能充填采热方法,研发了适合深部矿山地热能开发的相变蓄热功能充填材料,揭示了矿山功能充填采热结构的相变蓄热机理,探究了矿山相变蓄热功能充填采热的热量补给机制,研究了功能充填采热性能的调控特征,形成了深部矿山相变蓄热功能充填采热的系统优化分析与设计流程。研究成果为实现深部矿山地热能高效开发、拓展煤基固废资源化利用途径和实现能源结构低碳转型奠定了基础。

关键词：深部矿山地热能充填材料相变蓄热功能充填

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充填采煤沿空留巷顶板下沉量预测分析

采矿与安全工程学报 2017年第1期34卷 39-46页

作者：殷伟陈志维周楠韩晓乐李百宜中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 陕西华电榆横煤电有限责任公司陕西榆林719000

为获得充填采煤沿空留巷顶板下沉量相对比较准确的预测公式,以某矿1316充填采煤工作面沿空留巷为工程背景,基于多元回归分析法,在分析充填采煤沿空留巷覆岩移动特征的基础上,以充实率、采高、巷道跨度、巷旁支护体强度、巷旁支护体宽度... 详细信息

为获得充填采煤沿空留巷顶板下沉量相对比较准确的预测公式,以某矿1316充填采煤工作面沿空留巷为工程背景,基于多元回归分析法,在分析充填采煤沿空留巷覆岩移动特征的基础上,以充实率、采高、巷道跨度、巷旁支护体强度、巷旁支护体宽度、硬岩厚度比系数、采深和工作面长度8个主要影响因素,结合正交实验设计、FLAC^(3D)数值模拟及SPSS软件对沿空巷道顶板下沉量进行了多元非线性回归分析,得到沿空留巷顶板下沉量的非线性预测公式。通过1316工作面实测参数对预测公式进行验证,结果表明多元回归分析生成的预测模型具有较高精确度。

关键词：充填沿空留巷顶板下沉量预测充实率巷旁支护体强度巷旁支护体宽度

采区坚硬岩层动力灾害致灾能量演化及充填弱化机理研究

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采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 1078-1091页

作者：周楠李泽君张吉雄李百宜闫浩中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

坚硬岩层变形破断是引起工作面动力灾害的主要原因之一,充填弱化坚硬岩层致灾能量是防治坚硬顶板型动力灾害的有效手段。为进一步研究采区坚硬岩层动力灾害致灾能量演化及充填弱化机理,以内蒙古某矿八采区为例,采用理论分析与数值模拟... 详细信息

坚硬岩层变形破断是引起工作面动力灾害的主要原因之一,充填弱化坚硬岩层致灾能量是防治坚硬顶板型动力灾害的有效手段。为进一步研究采区坚硬岩层动力灾害致灾能量演化及充填弱化机理,以内蒙古某矿八采区为例,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了采区坚硬岩层破断特征和不同开采方案下的动力致灾能量演化规律,得到了采区多工作面开采坚硬岩层动力灾害危险性及充填弱化因素。研究表明:高位坚硬岩层断裂尺寸由采区走向与倾向开采长度共同决定;采区第2个工作面开采时,坚硬岩层动力灾害危险性明显增加;当充填体与顶板同侧未接触面积小于或等于1个工作面时,充填开采可以有效减小煤体与坚硬岩层的积聚能量,弱化采区坚硬岩层动力灾害,不同充填方案弱化动力灾害效果排序为:全采全充>采3充2(间隔工作面充填)>采3充2(连续工作面充填)>采3充1(中间工作面充填)>采3充1(两侧工作面充填)。

关键词：坚硬岩层破断尺寸动力灾害充填开采数值模拟

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煤矿采空区储能式充填技术及储能增效机制

采矿与安全工程学报 2022年第6期39卷 1161-1168,1176页

作者：李百宜张吉雄刘恒凤周楠闫浩李猛中国矿业大学深部岩土力学与地下工程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 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

为了解决传统垮落法开采形成的采空区空间结构极不稳定所导致的井下空间开发利用率低的难题,基于充填维护地下空间稳定性特征,构建了充填开采协同地下空间利用的井下采空区储能式充填模式,提出了煤矿储能式充填空间热能储存与提取的系... 详细信息

为了解决传统垮落法开采形成的采空区空间结构极不稳定所导致的井下空间开发利用率低的难题,基于充填维护地下空间稳定性特征,构建了充填开采协同地下空间利用的井下采空区储能式充填模式,提出了煤矿储能式充填空间热能储存与提取的系统构成与布局方式,阐释了煤矿储能式充填的技术原理与技术关键,给出了储能式充填空间热能储存与提取效果主控因素,通过数值与理论分析得到了充填材料热物性能、管路布置及载热流体对储能效果的影响规律,揭示了煤矿采空区储能式充填储能增效机制,为实现热能地下高效储存与煤矿井下空间高效利用奠定了基础。

关键词：充填开采地下空间利用储能热传导储能层位

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近距离煤层充填上行开采临界充实率设计

采矿与安全工程学报 2016年第4期33卷 597-603页

作者：黄鹏李百宜肖猛陈志维裴玉龙中国矿业大学深部岩土力学与地下工程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

对比分析传统垮落上行开采和充填上行开采覆岩移动机理,发现传统垮落上行开采一定层间距的煤层群将导致上位煤岩层结构破坏而无法正常回采,但一定充实率保障条件的充填上行开采可降低上位煤层的破坏程度。采用叠合梁极限破断理论与塑性... 详细信息

对比分析传统垮落上行开采和充填上行开采覆岩移动机理,发现传统垮落上行开采一定层间距的煤层群将导致上位煤岩层结构破坏而无法正常回采,但一定充实率保障条件的充填上行开采可降低上位煤层的破坏程度。采用叠合梁极限破断理论与塑性区发育高度分析合理的充实率,提出充填上行开采可行性条件,得到充填上行开采的临界充实率。结果表明：对于木瓜矿地质条件,上位煤层（9^#煤）不发生破断时,下位煤层（10^#煤）充填开采的临界充实率为82.1%;下位煤层（10-#煤）开采时塑性区发育高度达到上位煤层（9^#煤）时,下位煤层（10^#煤）充填开采的临界充实率为70.4%,即木瓜矿实施充填上行开采9^#煤层的临界充实率为82.1%。

关键词：上行充填开采近距离煤层数值模拟充实率

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煤层为主含水层矿井水害防治技术研究

中国矿业 2016年第3期25卷 83-87页

作者：朱南京李百宜郝德永陕西华电榆横煤电有限责任公司陕西榆林719000 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

煤层为主含水层是一种特殊的地质条件,极易造成突水等水害事故。本文以小纪汗煤矿为例,在分析矿井水文地质条件和煤层富水特征的基础上,研究了煤层为主含水层的地质成因,并建立了矿井水害防治体系。研究表明:顶板砂岩遇水松散且裂隙易... 详细信息

煤层为主含水层是一种特殊的地质条件,极易造成突水等水害事故。本文以小纪汗煤矿为例,在分析矿井水文地质条件和煤层富水特征的基础上,研究了煤层为主含水层的地质成因,并建立了矿井水害防治体系。研究表明:顶板砂岩遇水松散且裂隙易于封闭、煤体渗透率高、煤层裂隙发育以及丰富的裂隙水补给是煤层为主含水层的主要地质成因;建立了煤层揭露时"地面疏水,井下排水,注浆封堵"结合、巷道掘进时"拉顶泄压,水仓集水,集中排放"和工作面回采时"提前排水,矿压控制"的综合水害防治技术体系。研究成果在小纪汗煤矿11203工作面进行了工程应用,应用效果良好。

关键词：煤层含水主含水层地质成因水害防治