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南票矿区松散层土体结构性参数试验研究

岩土力学 2017年第6期38卷 1725-1732页

作者：刘文生吴作启梁怀杰辽宁工程技术大学土木与交通学院辽宁阜新123000 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013 辽宁南票煤电有限公司大窑沟煤矿辽宁葫芦岛125027

为了研究采空区影响下地表建(构)筑物的变形与破坏,必须首先全面认识建(构)筑物地基土的结构力学特性。基于综合结构势理论,利用TSW-40型土壤真三轴仪,以南票矿区松散层土体为研究对象,开展一系列不同围压、含水率和中主应力比条件下的... 详细信息

为了研究采空区影响下地表建(构)筑物的变形与破坏,必须首先全面认识建(构)筑物地基土的结构力学特性。基于综合结构势理论,利用TSW-40型土壤真三轴仪,以南票矿区松散层土体为研究对象,开展一系列不同围压、含水率和中主应力比条件下的真三轴试验,揭示了真三维应力状态下松散层土体应力比结构性参数的变化规律,建立了结构性参数数学模型。研究结果表明:原状土的q-ε_s曲线呈现出应变软化型、理想弹塑性型和应变硬化型3种典型的状态。重塑土和饱和土q-ε_s曲线一般均表现为应变硬化型。应力比结构性参数m_η随剪应变、含水率、固结围压和中主应力比的增加而降低;剪切作用初始阶段,m_η下降较快,当ε_s达到5%左右后,m_η逐渐趋于平稳,至ε_s=15%时,m_η趋近于1;结构性参数数学模型结果表明,固结围压对m_η影响最大,含水率次之,中主应力比对m_η影响最小。利用所建立的数学模型预测不同试验条件下松散层土体结构性参数变化规律,模型验证结果与试验结果吻合,证明了模型的有效性,可以作为进一步研究的理论基础。

关键词：综合结构势应力比结构性参数松散层土体广义剪应变开采沉陷

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花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

岩土工程学报 2015年第5期37卷 847-852页

作者：孙闯张树光贾宝新吴作启辽宁工程技术大学土木与交通学院辽宁阜新123000

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法... 详细信息

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。

关键词：岩石峰后应变软化围压数值模拟

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基于梯形模糊数的采煤接续方案选择研究

自然灾害学报 2016年第2期25卷 86-93页

作者：刘文生吴作启崔铁军辽宁工程技术大学土木与交通学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000

村庄下煤炭资源的开采引起的地表变形会导致居民房屋的损坏,为了实现在地表建筑物损坏最小化的条件下保证出煤量的最大化,就需要统筹规划煤炭开采接续方案的设计。通过建立出煤量与地表建筑物损坏程度的梯形模糊数判断矩阵,计算出不同... 详细信息

村庄下煤炭资源的开采引起的地表变形会导致居民房屋的损坏,为了实现在地表建筑物损坏最小化的条件下保证出煤量的最大化,就需要统筹规划煤炭开采接续方案的设计。通过建立出煤量与地表建筑物损坏程度的梯形模糊数判断矩阵,计算出不同属性评价指标的权重,通过AHPTOPSIS对备选方案进行优劣度的排序,最终得到了最理想的接续方案。以龙家堡煤矿村庄开采接续方案优选为例,确定了最优备选方案,为同类条件下的煤炭开采提供参考。

关键词：开采沉陷三下采煤采动损害评价梯形模糊数 AHP-TOPSIS

浅埋薄基岩工作面溃水溃砂模拟试验及影响因素分析

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煤炭科学技术 2021年第10期49卷 1-8页

作者：杨俊哲吴作启李宏杰张彬季文博国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315 中煤科工生态环境科技有限公司北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点试验室北京100013

针对榆神府矿区首层煤炭资源开采过程中在通过古冲沟区域时多次发生溃水溃砂灾害的问题,探究了古冲沟区域埋深浅、基岩薄、松散层厚且含水的工作面溃水溃砂灾害发生机理,利用自主研发的溃水溃砂启动测试仪实现了浅埋薄基岩厚松散含水层... 详细信息

针对榆神府矿区首层煤炭资源开采过程中在通过古冲沟区域时多次发生溃水溃砂灾害的问题,探究了古冲沟区域埋深浅、基岩薄、松散层厚且含水的工作面溃水溃砂灾害发生机理,利用自主研发的溃水溃砂启动测试仪实现了浅埋薄基岩厚松散含水层工作面溃水溃砂灾害过程的室内试验模拟。根据溃水溃砂灾害现场特征确定了水头高度、裂缝特征(裂缝宽度和倾角)、砂土体厚度和密实度、黏土层厚度等6个溃水溃砂启动影响因素,基于正交试验原理设计并实施了25组水砂溃涌启动模拟试验,通过总结25组系列试验的试验特征得到了溃水溃砂灾害孕灾过程规律:渗水→水量增大→水变浑→水砂突涌。利用极差分析法定量研究了不同影响因素对溃水溃砂灾害启动的影响程度,得到了水头高度是影响溃水溃砂灾害发生的最主要因素,影响程度占比为37.5%,进而提出了采前疏放水是减少溃水溃砂灾害发生的有效措施。对比分析了不同水头高度条件下溃水溃砂灾害的孕灾与灾害特征,研究得到了灾害启动临界水力坡降与其他影响因素的数学关系,为溃水溃砂致灾机理的研究提供依据。溃水溃砂启动前松散含水层内部孔隙水压力突降的试验特征为现场灾害监测与预警提供了依据。

关键词：溃水溃砂浅埋薄基岩灾害监测与预警厚松散含水层水头高度

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浅埋薄基岩工作面水砂溃涌通道形成机理

煤炭学报 2020年第12期45卷 4144-4153页

作者：杨俊哲张彬付兴玉吴作启季文博神华神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

为了研究浅埋薄基岩工作面溃水溃砂致灾原因,采用现场实测、理论分析、相似模拟等方法研究了工作面切顶压架导致基岩裂隙导通工作面与含水松散层的发生机理。建立了覆岩组合承载结构模型,论证了“主控层-软弱层”组合承载结构模型在神... 详细信息

为了研究浅埋薄基岩工作面溃水溃砂致灾原因,采用现场实测、理论分析、相似模拟等方法研究了工作面切顶压架导致基岩裂隙导通工作面与含水松散层的发生机理。建立了覆岩组合承载结构模型,论证了“主控层-软弱层”组合承载结构模型在神东矿区浅埋薄基岩工作面覆岩破断过程中的适用性与合理性,通过组合承载结构模型对神东矿区浅埋薄基岩工作面覆岩组合结构稳定性进行了分析并推导了覆岩组合结构滑落失稳判据,揭示了冲击荷载形成条件并给出了最大冲击荷载计算方法。利用相似材料模拟实验开展了基载比分别为0.625,0.750,0.875,1.125四种工况的相似模拟实验,研究不同“基载比”条件下覆岩结构破坏规律,实验结果表明基载比对主控岩层破断步距的影响方面:初次来压前4类工况中直接顶均发生初次破断冒落,当基载比为0.875~1.150时,直接顶初垮步距及冒落厚度增幅减小;当基载比为0.750~1.125时,初次来压步距呈现增大趋势,直接顶冒落厚度呈现减小趋势;当基载比由0.625增加至1.125过程中周期来压步距呈现明显整体增大的趋势,周期来压相对于初次来压冒落岩层厚度明显减小。基载比对覆岩结构形态的影响方面:当基载比0.75时中上位岩层断裂岩块块度为i=0.09~0.50,部分岩层可形成稳定简支结构,覆岩表现为下位冒落、中上位“简支梁-简支梁”组合承载结构,基载比由0.625增加至1.125过程中,对于块度i>0.50的中位岩层断裂岩块,将形成单回转岩块结构,该层位岩块架后切落始终存在,对于块度0.25

关键词：溃水溃砂浅埋薄基岩工作面组合承载结构关键层覆岩移动

珲春河下近距离煤层开采及对河堤损害影响的研究

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采矿与岩层控制工程学报 2020年第1期2卷 33-42页

作者：李江华李宏杰李在春吴作启煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013 珲春矿业(集团)有限责任公司吉林珲春133300

河下采煤易造成的河堤下沉、堤防损坏,将导致河水外溢、河堤失稳,降低行洪能力,从而诱发安全事故。河下采煤应将资源开发利用与河流、河堤的防护协同开展。以珲春河下近距离煤层组开采为例,通过分析井田含水层与地表水的水力联系,得出... 详细信息

河下采煤易造成的河堤下沉、堤防损坏,将导致河水外溢、河堤失稳,降低行洪能力,从而诱发安全事故。河下采煤应将资源开发利用与河流、河堤的防护协同开展。以珲春河下近距离煤层组开采为例,通过分析井田含水层与地表水的水力联系,得出井田第四系砂砾含水层、煤系风化带含水层与上部珲春河水力联系密切。煤层组顶板为中硬类型,岩石极易软化,泥岩遇水易膨胀、崩解,对裂隙有弥合作用。近距离煤层开采导水裂缝带最大高度为56.95m,距珲春河较远,波及不到珲春河水体。为使珲春河、第四系砂砾含水层及古近系风化含水带不受开采的影响,在风化含水带下留设防水安全煤岩柱进行保水开采,经计算19b,20煤保水开采上限标高分别为-110,-134m。采用概率积分法评价近距离煤层工作面相继开采对地表河堤的影响,结果表明,随着采动工作面的增多,采动范围的扩大,河堤下沉范围增大。河堤的最大水平变形值为3.4mm/m,在允许变形范围之内。但由于受采动影响,河堤局部范围出现一定的沉降,最大下沉值为2.61m,低于历年最高洪水位,为此提出开采期间河堤的防护措施,可对我国河下近距离煤层开采及河堤防护提供参考。

关键词：河下采煤近距离煤层保水开采河堤防护

GPS水准综合模型在局部控制测量中的应用研究

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测绘通报 2012年第9期 4-6,10页

作者：杨帆赵瑞山邹阳陈爽吴作启辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000

针对无法将GPS测得的大地高转换为正常高,而传统的几何水准测量方法费时、费力且效率低等问题,采用GPS水准综合模型拟合局部地区似大地水准面的方法,根据拟合求取的高程异常对该地区的GPS点进行大地高向正常高的精确转换。结合Matlab软... 详细信息

针对无法将GPS测得的大地高转换为正常高,而传统的几何水准测量方法费时、费力且效率低等问题,采用GPS水准综合模型拟合局部地区似大地水准面的方法,根据拟合求取的高程异常对该地区的GPS点进行大地高向正常高的精确转换。结合Matlab软件,利用GPS水准综合模型对局部区域进行高程拟合,与传统的几何水准测量成果对比,在局部控制测量中应用GPS水准综合模型对高程拟合的精度较高,能满足局部地区GPS控制测量的需求,并大大提高工作效率。

关键词： GPS水准似大地水准面高程异常高程拟合综合模型

基于近景摄影测量的相似材料模拟实验自动监测方法研究

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煤矿开采 2018年第4期23卷 105-109,104页

作者：吴作启赵立钦李健煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

为了准确获取相似材料模型的变形数据,便捷地绘制良好的变形曲线,编写了一套相似材料模拟实验变形监测数据处理软件。主要功能包括监测点的自动识别与匹配、监测点坐标的获取与消除影像几何畸变平差、变形指标的计算与表达。使用该软件... 详细信息

为了准确获取相似材料模型的变形数据,便捷地绘制良好的变形曲线,编写了一套相似材料模拟实验变形监测数据处理软件。主要功能包括监测点的自动识别与匹配、监测点坐标的获取与消除影像几何畸变平差、变形指标的计算与表达。使用该软件对中国辽宁南票矿区大窑沟煤矿某采煤工作面开采条件下煤层上覆岩层及地表变形与破坏相似材料模拟实验的变形数据进行获取与处理,根据监测数据分析了采空区影响下地表变形与破坏规律,取得了良好的应用效果。

关键词：近景摄影测量相似材料模拟实验开采沉陷变形监测

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煤矿采动损害评价系统的建立及应用

煤矿开采 2017年第4期22卷 75-78,9页

作者：谷小敏吴作启煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

为了正确全面评价采动损害,更好协调地矿关系,指导矿山企业制定合理的开采接续设计,全面研究了我国现行的矿区各类地物的采动损害评价标准和规程,开发了用于采动损害技术经济评价的计算机辅助系统。对徐州矿区张小楼井在刘集镇村庄下采... 详细信息

为了正确全面评价采动损害,更好协调地矿关系,指导矿山企业制定合理的开采接续设计,全面研究了我国现行的矿区各类地物的采动损害评价标准和规程,开发了用于采动损害技术经济评价的计算机辅助系统。对徐州矿区张小楼井在刘集镇村庄下采煤设计方案进行采动损害综合补偿评价,计算得到了各设计开采方案条件下各类地物采动损害补偿金额,为矿山生产规划的优选决策提供了客观依据。

关键词：采动损害评价开采沉陷三下采煤