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深部建井力学研究进展

煤炭学报 2021年第3期46卷 726-746页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展,新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1 000万t,开采最大深度已达1 500 m。千米深井在建井时所处的高应力、"各向异性"(包括岩体、结构、应力等)复杂地质力学环境... 详细信息

随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展,新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1 000万t,开采最大深度已达1 500 m。千米深井在建井时所处的高应力、"各向异性"(包括岩体、结构、应力等)复杂地质力学环境,造成井筒以及井底车场大巷围岩出现塌方、岩爆以及冲击地压等大变形灾害,严重影响深部矿井安全高效建设。在国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项"煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术"支持下,提出了深部非均压建井模式,以非均匀支护应对非均匀围岩压力;对煤系地层深部建井中典型的地层结构进行分类,并建立了深部不同应力条件下立井井筒力学模型;开展了一系列模拟深部环境下的多场、多尺度岩石力学实验,探明了深部建井岩体的各向异性与深部环境相互作用过程中的大变形力学特性,揭示了深部复杂地质环境下岩体大变形力学机理;研发了适用于深部建井岩体大变形控制NPR锚杆锚索新材料,进行了一系列拉拔力学实验对其优越性进行科学论证,并最终形成了一整套基于NPR锚杆锚索的支护技术;开展了无煤柱自成巷N00矿井建设研究,基于"切顶短臂梁"理论,建立了采矿损伤不变量的采矿工程模型。

关键词：深部开采矿井建设岩石力学非均压建井 NPR锚杆锚索

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深部软岩工程的研究进展与挑战

煤炭学报 2014年第8期39卷 1409-1417页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

随着开采深度的增加,地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂,深部工程灾害日益严重,深部软岩工程灾害尤其严重,给深部软岩工程问题研究提出了严峻的挑战。以深部的科学定义为基础,从深部软岩吸水软化机理、深部含结... 详细信息

随着开采深度的增加,地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂,深部工程灾害日益严重,深部软岩工程灾害尤其严重,给深部软岩工程问题研究提出了严峻的挑战。以深部的科学定义为基础,从深部软岩吸水软化机理、深部含结构面软岩非对称大变形机理、深部软岩岩爆机理、高温高湿环境引起深部岩体软化大变形机理等方面论述了深部软岩工程变形破坏机理、试验方法和装备方面的研究进展,总结了深部软岩大变形设计方法和控制技术,以及以恒阻大变形锚杆为主体的深部软岩大变形控制新材料的研究进展,并提出了深部软岩工程未来面临的主要挑战。

关键词：深部软岩工程研究进展挑战

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基于界面牛顿力测量的双体灾变力学模型研究

岩石力学与工程学报 2016年第11期35卷 2161-2173页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

地震和滑坡灾害是人类面临的2种主要地质灾害,严重威胁人类社会的安全。这两类地质灾害的本质是相同的,通常与沿着构造带(面)两侧块体的相对运动有关。然而,常规监测方法主要针对位移、水位等进行监测,这些参数是产生灾变的必要条件,而... 详细信息

地震和滑坡灾害是人类面临的2种主要地质灾害,严重威胁人类社会的安全。这两类地质灾害的本质是相同的,通常与沿着构造带(面)两侧块体的相对运动有关。然而,常规监测方法主要针对位移、水位等进行监测,这些参数是产生灾变的必要条件,而非充分条件,不能作为灾变预测的主要依据。通过实验室模拟研究,首先发现"牛顿力突降,灾变发生"的实验现象,证明2个块体相对运动的核心问题是构造带(面)上的牛顿力变化;其次,在此基础上建立基于牛顿力变化测量的双体灾变力学模型和数学表达,并提出牛顿力的测量方法;最后,利用自主研发的牛顿力变化远程监测预警系统,通过滑坡现场监测,证实"牛顿力突降,滑坡发生"的科学现象。

关键词：边坡工程双体灾变力学模型牛顿力测量灾害监测预警准则

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恒阻大变形锚杆冲击拉伸实验及其有限元分析

岩石力学与工程学报 2015年第11期34卷 2179-2187页

作者：何满潮李晨宫伟力中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083

为了研究在动态冲击作用下恒阻大变形锚杆的力学特性,采用自主研发的恒阻大变形锚杆霍普金森拉杆动力冲击拉伸实验系统,对某批次恒阻大变形锚杆进行动态冲击拉伸实验,从支护阻力、锚杆伸长量和膨胀量等方面对锚杆的动态力学性能进行分析... 详细信息

为了研究在动态冲击作用下恒阻大变形锚杆的力学特性,采用自主研发的恒阻大变形锚杆霍普金森拉杆动力冲击拉伸实验系统,对某批次恒阻大变形锚杆进行动态冲击拉伸实验,从支护阻力、锚杆伸长量和膨胀量等方面对锚杆的动态力学性能进行分析,并验证该锚杆的负泊松比效应。并通过有限元分析的方法与实验结果进行比较,验证有限元结果的准确性。实验结果表明,该锚杆通过产生弹塑性结构变形来吸收冲击能量并具有独一无二的负泊松比效应,因而能良好地适应动态冲击。有限元分析结果与实验结果吻合度较高,不仅体现了有限元分析方法的准确性,也表明今后可以运用有限元分析来佐证或替代部分室内实验的方法。

关键词：岩石力学恒阻大变形冲击拉伸实验动态力学性能负泊松比效应有限元分析

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特厚高位顶板切顶自成巷围岩控制技术

采矿与安全工程学报 2023年

作者：张文杰何满潮王炯程满江中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院

为解决传统留煤柱沿空留巷煤炭采出率低、采掘接续紧张、煤柱应力集中、巷道支护难度大等棘手的难题，以响水煤矿播土区东二采区120313工作面为研究对象，通过短臂梁顶板围岩破坏机制力学模型受力分析与计算、FLAC3D数值模拟巷道顶板切... 详细信息

为解决传统留煤柱沿空留巷煤炭采出率低、采掘接续紧张、煤柱应力集中、巷道支护难度大等棘手的难题，以响水煤矿播土区东二采区120313工作面为研究对象，通过短臂梁顶板围岩破坏机制力学模型受力分析与计算、FLAC3D数值模拟巷道顶板切顶卸压效果分析、现场实验的研究过程，确定了巷道主动支护参数、顶板爆破参数、挡杆参数及临时支护参数，提出了中厚煤层巷道特厚高位顶板“恒阻大变形锚索+巷道顶板双向定向预裂爆破+巷帮补强支护+可伸缩性U型钢挡杆+单体液压支柱临时支护”围岩稳定性控制技术。结果表明，根据顶板的力学性质，特厚高位顶板单根恒阻大变形锚索补偿支护力所需最大值为309kN；回风巷道顶板切顶与未切顶比较，切顶时工作面超前支承压力最大值减小15%，巷道侧向支承压力最大值减小27%；巷道变形得到有效的控制，在滞后工作面160～175m范围内巷道围岩趋于稳定。该工作面单位煤柱长度回收煤炭12.48吨，提高了区段煤炭采出率，降低了采矿成本。

关键词：短臂梁补偿支护切顶卸压数值模拟围岩稳定性

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110/N00工法原理及关键技术进展

山西煤炭 2023年第3期43卷 1-4页

作者：何满潮中国矿业大学北京102206

【名家讲坛】应山西省煤炭学会邀请,中国矿业大学(北京)深部国家重点实验室主任,中国科学院院士何满潮出席山西省煤炭学会煤炭绿色开采委员会成立大会暨“煤炭绿色开采”论坛,并为近300名煤矿总工程师作《110/N00工法原理及关键技术》... 详细信息

【名家讲坛】应山西省煤炭学会邀请,中国矿业大学(北京)深部国家重点实验室主任,中国科学院院士何满潮出席山西省煤炭学会煤炭绿色开采委员会成立大会暨“煤炭绿色开采”论坛,并为近300名煤矿总工程师作《110/N00工法原理及关键技术》的报告。报告内容全面、深入,对实际生产具有十分重要的价值,切实保障了煤矿安全高效开采。

关键词：中国科学院院士国家重点实验室煤炭绿色开采名家讲坛工法安全高效开采关键技术煤炭学会

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无煤柱自成巷力学原理及其工法

煤炭科学技术 2023年第1期51卷 19-30页

作者：何满潮高玉兵盖秋凯杨军中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

煤炭是我国的支柱能源,煤炭工业是关系我国能源安全的重要基础产业。长期以来,我国地下煤炭资源开采一直以井工长壁121工法为主,这种开采体系存在煤炭资源浪费、巷道掘进率高、煤柱应力集中等问题。为解决现行开采体系存在的安全、开采... 详细信息

煤炭是我国的支柱能源,煤炭工业是关系我国能源安全的重要基础产业。长期以来,我国地下煤炭资源开采一直以井工长壁121工法为主,这种开采体系存在煤炭资源浪费、巷道掘进率高、煤柱应力集中等问题。为解决现行开采体系存在的安全、开采成本和煤炭采出率三大瓶颈和突出问题,建立了基于采矿损伤不变量方程的采矿工程模型,分析了无煤柱自成巷力学原理。在此基础上,研发了顶板定向预裂卸压、NPR锚杆/索支护等成巷控制关键技术,实现了“拉得住、切得开、下得来、护得好”的技术目标,形成了无煤柱自成巷110/N00工法开采体系。110工法把采煤与掘进2套工序初步统一起来,使每个采煤工作面减少1条巷道的掘进,实现了无煤柱开采。N00工法则把采煤与掘进2套工序有机统一起来,利用矿压自动成巷,从而取消了回采巷道的掘进,彻底消除了采掘接续紧张的“老大难”问题。现场实践表明,110工法通过超前工作面预裂切顶卸压,利用矿山压力做功和垮落矸石的碎胀性实现留巷围岩自平衡。N00工法革新了原有采煤工艺,改变了传统采煤系统布局,实现了全采区无巷道掘进和无煤柱开采。

关键词：无煤柱开采切顶卸压 110工法 N00工法沿空留巷平衡开采

Methane adsorption on graphite(0001) films: A first-principles study

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Chinese Physics B 2013年第1期22卷 452-456页

作者：何满潮赵健 State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and Technology

Using first-principles methods, we have systematically investigated the electronic density of states, work function, and adsorption energy of the methane molecule adsorbed on graphite（0001） films. The surface energy and the interlayer relaxation of the clean graphite（0001） as a function of the thickness of the film were also studied. The results show that the interlayer relaxation is small due to the weak interaction between the neighboring layers. The one-fold top site is found most favourable on substrate for methane with the adsorption energy of - 133 meV. For the adsorption with different adsorption heights above the graphite film with four layers, the methane is found to prefer to appear at about 3.21 A above the graphite. We also noted that the adsorption energy does not dependent much on the thickness of the graphite films. The work function is enhanced slightly by adsorption of methane due to the slight charge transfer from the graphite surface to the methane molecule.

关键词： first-principles calculations graphite methane molecule adsorption

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层理煤的冲击破坏行为及其倾向性评价

岩石力学与工程学报 2024年

作者：李红儒何满潮乔亚飞程泰同济大学土木工程学院地下建筑与工程系中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

冲击地压严重制约了深部煤炭资源的安全开采。从材料固有属性的角度建立合理的冲击倾向性指标对评估冲击地压风险十分重要。鉴于层理结构对煤的力学行为存在显著影响，本研究对不同层理角度煤样开展了单轴压缩实验和离散元数值模拟，分... 详细信息

冲击地压严重制约了深部煤炭资源的安全开采。从材料固有属性的角度建立合理的冲击倾向性指标对评估冲击地压风险十分重要。鉴于层理结构对煤的力学行为存在显著影响，本研究对不同层理角度煤样开展了单轴压缩实验和离散元数值模拟，分析了层理角度对煤力学特性及其冲击破坏行为的影响。实验及数值模拟结果表明：随着层理角度增加，煤的强度、变形以及冲击破坏程度均先降低后增加；细观破裂模式逐渐由剪切主导演变为张拉主导。指出冲击地压是一个动态断裂问题，能量释放速率高于动态断裂的能量需求是动能产生的原因。据此，基于实验结果提出真实能量释放速率RERR这一新指标作为冲击倾向性判据。RERR考虑了峰后能量对冲击地压的贡献以及破坏的时间效应，反映了动态断裂阶段能量释放的剧烈程度。结合实际破坏情况(声响、弹射)和传统指标(单轴抗压强度USC、弹性能量指数WET、冲击能量指数KE和动态断裂时间DT)的评估结果，全面分析了不同层理角度煤的冲击倾向性，发现真实能量释放速率RERR与传统指标呈高度线性关系，验证了真实能量释放速率RERR的合理性和有效性。最后，建立了基于真实能量释放速率RERR的冲击倾向性等级划分标准。

关键词：采矿工程冲击倾向性层理煤离散元真实能量释放速率动能