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基于新工科建设的煤炭专业人才培养思考

中国教育技术装备 2023年

作者：王普秦广鹏郑朋强山东科技大学资源学院

煤炭作为我国基础能源和工业原料，为我国经济社会快速发展和国家能源稳定供应提供了重要保障，但近年来煤炭资源开发采深增大且冲击地压等灾害频发。立足现代智慧矿山发展需求，牵引工程现场冲击灾害实际问题，提出了将现有先进信息科... 详细信息

煤炭作为我国基础能源和工业原料，为我国经济社会快速发展和国家能源稳定供应提供了重要保障，但近年来煤炭资源开发采深增大且冲击地压等灾害频发。立足现代智慧矿山发展需求，牵引工程现场冲击灾害实际问题，提出了将现有先进信息科学与技术交叉与传统采矿行业融合，开展冲击地压智能监测预警等新工科建设的思路；并以此为案例，在此基础上提出“两碳”背景下新工科建设对煤炭行业发展与专业人才培养存在的问题，尝试改造升级传统工科专业、培养新兴领域工程科技人才，推动企业生产发展与高校教学能力提高，促进校企产学研合作协同育人改革与发展，具有较强的工程意义和重要的社会经济价值。

关键词：煤炭动力灾害新工科

两帮实体煤矩形巷道围岩变形力学分析及支护研究

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煤炭技术 2023年第7期42卷 1-5页

作者：郑朋强李文靖寇天司徐立强山东科技大学资源学院山东泰安271000 山东科技大学采矿工程研究院山东泰安271000

煤矿巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性大,两帮煤体变形对巷道围岩整体稳定性有着重要的影响。为了控制煤矿巷道帮部变形量,应用结构力学力法相关原理建立矩形巷道两帮端部为固定端的力学模型,依据材料力学相关知识研究两帮... 详细信息

煤矿巷道两帮煤体相对顶底板岩层强度低、可变形性大,两帮煤体变形对巷道围岩整体稳定性有着重要的影响。为了控制煤矿巷道帮部变形量,应用结构力学力法相关原理建立矩形巷道两帮端部为固定端的力学模型,依据材料力学相关知识研究两帮围岩的挠度方程,并分析其挠度变化趋势。结合现有研究成果,进一步计算并比较锚杆间排距在1 200 mm×1 200 mm、1 000 mm×1 000 mm、800 mm×800 mm下的帮部挠度。采用FLAC^(3D)数值模拟软件分析帮部在3种不同支护密度的挠度变化趋势,结果显示锚杆间排距在800 mm×800 mm时效果最好,帮部最大挠度比无支护时减小约34.5%。

关键词：煤矿巷道帮部位移力学分析锚杆支护支护效果

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软岩大变形巷道底臌破坏机制与支护技术研究

岩石力学与工程学报 2015年第S1期34卷 3143-3150页

作者：郑朋强陈卫忠谭贤君戴永浩中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

随着资源开采由浅部向深部转移,如何有效地控制底臌成为深部软岩巷道支护中首要考虑的问题。针对国投新集刘庄煤矿围岩破坏严重、难支护的情况,结合刘庄煤矿制冷硐室所处的地质环境特点,在巷道围岩的物理力学特性、岩石矿物成分分析、... 详细信息

随着资源开采由浅部向深部转移,如何有效地控制底臌成为深部软岩巷道支护中首要考虑的问题。针对国投新集刘庄煤矿围岩破坏严重、难支护的情况,结合刘庄煤矿制冷硐室所处的地质环境特点,在巷道围岩的物理力学特性、岩石矿物成分分析、现场地应力测量、现场大型真三轴流变试验的基础上,分析巷道底臌的主控因素,研究表明:本巷道底臌变形主要是由于软弱围岩在较高的水平构造应力作用下,产生明显的流变变形所致。在此基础上,对该巷道进行支护设计优化,提出一种由U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充结合预应力锚索的被动卸压与主动施压相结合的底臌变形控制方案,并通过数值方法验证该方案的合理性。

关键词：采矿工程煤矿软岩巷道底臌大变形支护技术

高位硬厚岩层下采动裂隙和支承应力演化特征及其对瓦斯运移的影响

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采矿与安全工程学报 2017年第4期34卷 624-631页

作者：蒋金泉王普郑朋强武泉林山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学资源与土木工程系山东泰安271019 济宁学院化学与化工系山东曲阜273155

针对上覆高位硬厚岩层的结构特征和受力状态,建立了均布载荷和体积力共同作用的力学模型,得到了硬厚岩层破断形式的力学判据。采用相似材料模拟试验及离散元数值模拟,研究了高位主关键层下覆岩采动裂隙和支承应力的演化规律及其对瓦斯... 详细信息

针对上覆高位硬厚岩层的结构特征和受力状态,建立了均布载荷和体积力共同作用的力学模型,得到了硬厚岩层破断形式的力学判据。采用相似材料模拟试验及离散元数值模拟,研究了高位主关键层下覆岩采动裂隙和支承应力的演化规律及其对瓦斯运移的影响,并采用工程实例验证了研究结果。研究表明:高位主关键层条件下,覆岩采动裂隙发育、煤岩体支承应力分布、卸压效果都发生了明显变异,主关键层阻隔了向上发育或传递。主关键层下方形成中部梯形压实区和两侧平行四边形破裂区,破断裂隙呈类"马鞍"形分布,其底部离层量分布按照"单谷"、"倒梯形"、"双谷"形态演化;煤岩体支承应力集中程度较高,影响范围较大,主关键层破断运移后明显下降。主关键层下方存在采空区卸压裂隙发育区,游离瓦斯可通过破断裂隙运移至主关键层底部的负压离层空间,主关键层运移时可能诱发地面钻孔瓦斯动力现象。

关键词：高位硬厚岩层采动裂隙支承应力瓦斯运移相似材料模拟试验数值模拟

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速凝浆液抗分散性质与凝胶性能试验研究

岩石力学与工程学报 2015年第5期34卷 960-967页

作者：袁敬强陈卫忠谭贤君郑朋强于建新中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

为了科学评价注浆浆液的抗分散性质与凝胶性能,设计速凝浆液抗分散性质试验装置,能够模拟浆液在未凝胶之前即受到动水冲刷的关键过程。利用该装置开展水泥水玻璃浆液与改性聚氨酯浆液的抗分散性质试验,并定义浆液留存率指标,对速凝浆液... 详细信息

为了科学评价注浆浆液的抗分散性质与凝胶性能,设计速凝浆液抗分散性质试验装置,能够模拟浆液在未凝胶之前即受到动水冲刷的关键过程。利用该装置开展水泥水玻璃浆液与改性聚氨酯浆液的抗分散性质试验,并定义浆液留存率指标,对速凝浆液在动水条件下的抗分散性质进行定量评价。试验表明:水泥水玻璃浆液在较小动水流速条件下抗分散性能较好,随着动水流速的增大,浆液留存率迅速减小,其抗分散性质还受到水灰比、水泥浆与水玻璃体积比等因素的影响;改性聚氨酯浆液在较大动水流速条件下仍具有较高的浆液留存率,较水泥水玻璃浆液具有更为优良的抗分散性质和凝胶性能。根据速凝浆液抗分散性质与凝胶性能的试验分析结果,提出突水灾害治理注浆浆液的选择原则与综合治理措施。

关键词：地下工程突水治理速凝浆液抗分散性质凝胶性能浆液留存率

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采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

煤炭学报 2018年第3期43卷 599-606页

作者：许斌蒋金泉代进郑朋强山东科技大学矿山灾害预防控制国家重点实验室山东泰安271000

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~7... 详细信息

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。

关键词：覆岩关键层破断角力学研究实验研究

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基于新工科建设的煤炭专业人才培养思考

中国教育技术装备 2022年第20期 123-124,134页

作者：王普秦广鹏郑朋强山东科技大学资源学院 271000

煤炭作为我国基础能源和工业原料,为我国经济社会快速发展和国家能源稳定供应提供了重要保障。但近年来煤炭资源开发采深增大且冲击地压等灾害频发。立足现代智慧矿山发展需求,牵引工程现场冲击灾害实际问题,提出将现有先进信息科学与... 详细信息

煤炭作为我国基础能源和工业原料,为我国经济社会快速发展和国家能源稳定供应提供了重要保障。但近年来煤炭资源开发采深增大且冲击地压等灾害频发。立足现代智慧矿山发展需求,牵引工程现场冲击灾害实际问题,提出将现有先进信息科学与技术交叉与传统采矿行业融合,开展冲击地压智能监测预警等新工科建设的思路;并以此为案例,在此基础上提出“双碳”背景下新工科建设对煤炭行业发展与专业人才培养存在的问题,尝试改造升级传统工科专业、培养新兴领域工程科技人才,推动企业生产发展与高校教学能力提高,促进校企产学研合作协同育人改革与发展,具有较强的工程意义和重要的社会经济价值。

关键词：新工科智慧矿山煤炭专业人才培养

唐口煤矿千米深井综放开采矿压显现与控制研究

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唐口煤矿千米深井综放开采矿压显现与控制研究

作者：郑朋强山东科技大学

学位级别：硕士

随着煤炭的持续开采,浅、中部煤炭资源越来越少,由于开采强度增大和机械化水平的提高,生产矿井及在建矿井向深部发展的步伐加快了,煤矿深部开采已成为世界上大多数主要采煤国家要面临的实际问题。目前,我国的许多煤矿已经进入了深部开采... 详细信息

随着煤炭的持续开采,浅、中部煤炭资源越来越少,由于开采强度增大和机械化水平的提高,生产矿井及在建矿井向深部发展的步伐加快了,煤矿深部开采已成为世界上大多数主要采煤国家要面临的实际问题。目前,我国的许多煤矿已经进入了深部开采,深井高地压、大变形、难支护是深井开采的重要课题,也是岩石力学领域的一个重大难题。本文针对唐口煤矿1304工作面的地质条件,采用现场实测、离散元数值模拟、理论分析等研究方法,对千米深井综放工作面矿压显现规律与控制进行了研究。通过对1304工作面综放开采矿压显现规律的实测研究,得出唐口煤矿综放工作面矿压显现规律,综放开采超前支承压力、侧向支承压力、采空区支承压力显现规律和回采巷道矿压显现规律。采用离散元数值模拟,研究了唐口煤矿千米深井综放工作面顶板运动与支承压力分布、支架与围岩相互作用关系和沿空巷道围岩稳定性。研究表明：不同的开挖步距,支承压力分布曲线基本相同,工作面推进过程中,受老顶垮落影响,支承压力影响范围扩大,与老顶未垮落相比,支承压力峰值减小;支架采用不同的支护强度时,顶底板移近量与支护强度之间成类双曲线的关系,随着支护强度的增大,顶底板移近量变形趋于平缓,顶底板移近量与支护强度几乎成线性关系;通过研究不同煤柱尺寸条件下的沿空巷道围岩和煤柱应力分布规律、塑性区分布范围,得出了沿空巷道的合理煤柱尺寸为5m。通过现场实测,数值模拟,理论分析等方法,研究了唐口煤矿工作面需控岩层范围,工作面顶板结构及运动参数,支架的合理支护强度,沿空巷道支护形式和支护参数,得到了唐口煤矿综放工作面控制设计和沿空巷道支护设计,对同类地质条件的矿井开采具有一定的参考价值。

关键词：深井综放开采矿压显现煤柱宽度支护设计

低温冻融条件下岩体温度-渗流-应力-损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用

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岩石力学与工程学报 2013年第2期32卷 239-250页

作者：谭贤君陈卫忠伍国军郑朋强中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上,基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论,建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型... 详细信息

寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上,基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论,建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型不仅考虑体积应变对岩体温度场和渗流场的影响,温度梯度和渗透压力对岩体应力场的影响,还根据寒区工程实际,考虑冻胀压力和冻融循环对岩体劣化损伤的影响。数值仿真某寒区管道工程的冻胀过程,与现场的实测结果对比表明:该模型能很好地反映岩土体由于负温所产生的冻胀现象。在此基础上,分析极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力的变化规律,并对隧道在经历不同冻融循环次数后的变形和受力特征进行探讨。研究结果表明:极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩的最大冻胀力达到1.6 MPa,冻融循环对隧道衬砌受力影响较大。

关键词：隧道工程寒区隧道冻融循环温度-渗流-应力-损伤(THMD)耦合模型冻胀