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保护层开采下伏煤岩应力释放与卸压程度识别

煤炭学报 2024年

作者：柴敬兰浩马晨阳张丁丁雷武林郑忠友朱磊韩刚解嘉豪孙凯陈云民丁国利缪小冬张有志中煤能源研究院有限责任公司西安科技大学能源学院西安科技大学教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室陇东学院能源工程学院中天合创能源有限责任公司

保护层开采是有效防治煤矿冲击地压灾害的方法之一，其下伏煤岩的卸压程度衡量是关键，提出了以应力释放率为指标的卸压程度判别方法。通过弹塑性力学理论建立了底板力学模型，给出底板任意一点的应力释放率计算式；结合滑移线场理论，... 详细信息

保护层开采是有效防治煤矿冲击地压灾害的方法之一，其下伏煤岩的卸压程度衡量是关键，提出了以应力释放率为指标的卸压程度判别方法。通过弹塑性力学理论建立了底板力学模型，给出底板任意一点的应力释放率计算式；结合滑移线场理论，分析了工作面推进过程中底板的力学状态及破坏形式；运用数值模拟计算获得了底板沿工作面走向及倾向的应力释放率分布规律，并与应力释放率计算式相比较，其两者的分布曲线具有较好的一致性；采用分布式光纤及光纤光栅监测技术，以葫芦素煤矿2-1煤21104工作面底板不同深度的应力监测结果分析应力释放的规律。结果表明：受煤层开采及底鼓影响，底板5m范围内的应力扰动较为剧烈，应力释放率表现出了不规律性；获得了底板不同深度的应力释放率峰值及平稳值。依据应力释放率分布曲线，揭示了卸压程度与底板深度、回采工作面推进距离的变化规律，得出底板深部岩层的应力相比浅部岩层其恢复速率更快、所需时间更短。保护层开采下伏煤岩在底板10m、20m及30m处，卸压程度最大可达44%、64%及85%，而随着底板应力的逐渐恢复，最终达到56%、72%及89%，且卸压程度由卸压前期到后期的过程中，其底板的卸压角及卸压范围在逐渐增大，研究结果对保护层开采底板卸压识别、指导保护层合理开采具有重要的理论和实践意义。

关键词：保护层开采冲击地压应力释放率光纤监测技术卸压程度

基于网络平台开展多元化实验岩石力学教学新模式探索

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科教导刊 2024年第8期 71-74页

作者：雷武林余岚何姜毅杨日丽陇东学院新能源学院甘肃庆阳754000

文章以“实验岩石力学”本科生课程为例,分析了新形势下本科生的培养目标,探讨了该课程的教学现状及问题,提出了将教学内容划分为教材基本内容、前沿研究成果、工程项目案例、私人订制资源四大模块,探索了基于微信平台的“互联网+教学... 详细信息

文章以“实验岩石力学”本科生课程为例,分析了新形势下本科生的培养目标,探讨了该课程的教学现状及问题,提出了将教学内容划分为教材基本内容、前沿研究成果、工程项目案例、私人订制资源四大模块,探索了基于微信平台的“互联网+教学”新模式,形成了注重学生过程考核的1:2:3:4全程考核评价新体系,为本科生课程教学创造了良好的自主协同学习环境。“互联网+”教学改革的探索对于促进新时代本科生的教育发展、培养科研创新人才具有十分重要的意义。

关键词：教学模式 “互联网+” 本科生教育模拟学术会议

浅埋煤层隔水关键层失稳光纤传感检测试验研究

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采矿与安全工程学报 2020年第4期37卷 731-740页

作者：柴敬杜文刚雷武林彭玉博西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室陕西西安710054

隔水关键层破断失稳是矿井水害及开采引起的生态脆弱区水资源破坏的根本原因,准确有效地对隔水关键层稳定性进行科学监测,是实现保水开采及岩层控制的重要基础。隔水层稳定性尚无有效直接监测手段,常采用钻孔探测、理论分析及数值模拟... 详细信息

隔水关键层破断失稳是矿井水害及开采引起的生态脆弱区水资源破坏的根本原因,准确有效地对隔水关键层稳定性进行科学监测,是实现保水开采及岩层控制的重要基础。隔水层稳定性尚无有效直接监测手段,常采用钻孔探测、理论分析及数值模拟等计算导水裂隙带高度间接评判隔水层导通性。随着光纤传感技术的发展,将光纤布拉格光栅(FBG)、分布式光纤(BOTDA)等技术用于采动覆岩隔水关键层稳定性监测,为光纤传感技术在相似模型试验中的推广提供依据。研究表明:浅埋煤层当基岩厚度仅为60~67 m时,开采厚度为2 m的煤层时导水裂隙带将直接发育至地表,势必造成基岩含水层水体破坏,结构关键层裂隙被其上软弱岩层充填弥合具有一定隔水性,两侧断裂线及其附近发育的纵向裂隙成为主要渗流通道;分布式光纤检测应变因岩层断裂位臵应力集中而呈现"双峰"特征,峰值位臵与断裂线基本对应,可通过传感光纤预测采动覆岩破断线位臵分布;给出基于光纤传感检测的隔水关键层破断极限应变阈值为2000με;光纤光栅可对特定位臵岩体变形进行精准监测,检测隔水关键层破断失稳位臵与实际观测及分布式光纤检测结果基本一致。

关键词：保水开采模型试验光纤传感变形监测

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厚煤层综放开采覆岩灾变规律研究

厚煤层综放开采覆岩灾变规律研究

作者：雷武林西安科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着矿井开采规模和深度的逐渐增加,一些矿井的冲击矿压动力灾害事故频繁出现,严重影响矿井的生产安全。因此,揭示煤层开采后采场出现强烈矿山压力显现的形成机制,采取有效措施弱化和控制矿山压力显现强度,对矿井安全采煤具有十... 详细信息

近年来,随着矿井开采规模和深度的逐渐增加,一些矿井的冲击矿压动力灾害事故频繁出现,严重影响矿井的生产安全。因此,揭示煤层开采后采场出现强烈矿山压力显现的形成机制,采取有效措施弱化和控制矿山压力显现强度,对矿井安全采煤具有十分深远的意义。论文以华亭矿区为背景,以砚北煤矿为主要研究对象,在分析矿井地质采矿条件的基础上,首先分析给出了引起覆岩灾变的主要影响因素为向斜构造、开采深度、采煤方法、煤柱尺寸和开采顺序等;其次应用物理相似材料模拟实验和数值模拟方法研究了开采覆岩破坏运移过程和采场矿山压力显现之间的关系,结果表明单一工作面开采后覆岩组合关键层具有很好的控制作用,第二个工作面开采后覆岩组合关键层达到了极限承载宽度,发生断裂破坏并释放较大能量,但自身结构并未失稳,第三个工作面开采后覆岩组合关键层结构失稳,引发强烈冲击矿压发生。并通过实验数据观测对比分析,给出了采用合理的工作面开采宽度、减小区段煤柱尺寸以及合理开采布局等方法能够有效地分期释放覆岩结构失稳产生的动能,降低冲击矿压危害程度;再次结合岩层控制理论对冲击矿压的形成和覆岩移动变形规律、覆岩结构演化过程的相互关系进行了分析,揭示了砚北煤矿冲击矿压是褶曲构造的高地应力场和覆岩重力场共同作用的结果;最后,综合分析提出了限高开采、窄煤柱无煤柱开采、合理的开采顺序、开采布局和卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压等减缓覆岩灾害强度的防御与主动解危措施。

关键词：综放开采覆岩结构复合关键层冲击矿压地表沉陷裂缝

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综放开采冲击矿压诱发机理相似材料模拟

煤矿安全 2014年第3期45卷 31-34页

作者：雷武林焦彪陇东学院能源工程学院甘肃庆阳745000 中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054

针对某矿地质采矿条件,根据相似理论,对其综放采场围岩破坏高度与形态、底板支撑压力的变化规律、关键层破断特征、覆岩结构演化过程进行相似材料模拟实验,分析关键层的上覆荷载和覆岩结构类型,研究覆岩结构演化规律与冲击矿压的相关性... 详细信息

针对某矿地质采矿条件,根据相似理论,对其综放采场围岩破坏高度与形态、底板支撑压力的变化规律、关键层破断特征、覆岩结构演化过程进行相似材料模拟实验,分析关键层的上覆荷载和覆岩结构类型,研究覆岩结构演化规律与冲击矿压的相关性,揭示覆岩结构破断失稳诱发冲击矿压发生的机理。结合现场的实际情况,提出治理该矿冲击矿压的一些有效措施。

关键词：综放开采冲击矿压关键层覆岩结构相似材料模拟

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某石墨矿工艺矿物学及选矿试验探讨

科技创新与应用 2022年第7期12卷 98-100页

作者：何姜毅雷武林郑超张巨峰陇东学院能源工程学院甘肃庆阳745000

利用X射线、显微镜等方法系统分析某石墨矿的工艺矿物学特征。统计发现,晶质鳞片石墨是本石墨矿的主要矿物,方解石、石英、黑云母等是脉石矿物的主要类型。基于工艺矿物学研究分析结果,对本石墨矿进行单次粗磨、粗选,执行5次粗精矿配合... 详细信息

利用X射线、显微镜等方法系统分析某石墨矿的工艺矿物学特征。统计发现,晶质鳞片石墨是本石墨矿的主要矿物,方解石、石英、黑云母等是脉石矿物的主要类型。基于工艺矿物学研究分析结果,对本石墨矿进行单次粗磨、粗选,执行5次粗精矿配合6次精选的工艺流程,得到石墨精矿固定碳含量在95.0%以上,回收率高于90%。

关键词：石墨工艺矿物学选矿回收率

采动覆岩导水裂隙发育光纤感测与表征模型试验研究

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煤炭学报 2021年第5期46卷 1565-1575页

作者：杜文刚柴敬张丁丁雷武林西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室陕西西安710054 西安科技大学安全技术与工程学院陕西西安710054

随着国家生态文明建设标准的日益提高,我国西部干旱半干旱地区赋存的浅埋煤层开采引起的生态环境问题愈发严峻。导水裂隙带发育高度探测是与保水开采密切相关的科学问题,是矿山生态损害监测与评价、生态修复策略制定的重要依据。将分布... 详细信息

随着国家生态文明建设标准的日益提高,我国西部干旱半干旱地区赋存的浅埋煤层开采引起的生态环境问题愈发严峻。导水裂隙带发育高度探测是与保水开采密切相关的科学问题,是矿山生态损害监测与评价、生态修复策略制定的重要依据。将分布式光纤感测技术应用于相似模型试验,探究采动岩体导水裂隙带发育与光纤检测数据的内在响应关系。针对以往研究中对光纤与采动覆岩在不同开采阶段耦合作用关系分析不足的问题,提出传感光纤与采动岩体的耦合关系量化指标“光纤-岩体耦合系数”,通过耦合系数对采动引起的覆岩垂直分带区进行合理划分。研究表明:与光纤接触的不同受力状态岩层介质包括5种:顶部未受采动影响的稳定岩层、稳定关键层上受采动影响存在下移趋势的岩层、离层空域区、采空区矸石区及煤层底板;基于监测数据将覆岩分为4部分:已破坏区、强烈影响区、微弱影响区和未影响区。已破坏区即导水裂隙带,强烈影响区为受采动影响内部应力集中程度极高但结构完整的岩层,即弯曲下沉带。试验得出断裂带与弯曲下沉带分界处耦合系数阈值为0.65;建立了应变曲线形态、导水裂隙带发育高度与关键层活动的内在联系,实现光纤感测表征覆岩分带特征。将光纤传感技术应用于采动引起的覆岩变形监测为导水裂隙带发育高度探测提供了新的研究思路。

关键词：光纤传感光纤-岩体耦合关系导水裂隙带覆岩变形保水开采

基于BOTDA技术感测的大倾角煤层顶板活动规律研究

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岩石力学与工程学报 2019年第9期38卷 1809-1818页

作者：柴敬杜文刚张丁丁雷武林西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采与灾害防治重点实验室陕西西安710054

以大倾角煤层开采为研究背景,运用工程规律总结、理论分析、力学建模及物理相似模拟试验等研究方法,将BOTDA(基于布里渊散射的分布式光纤传感)与DIC(三维光学数字散斑)技术相结合,分析大倾角煤层开采顶板破坏规律及应力演化特征。研究表... 详细信息

以大倾角煤层开采为研究背景,运用工程规律总结、理论分析、力学建模及物理相似模拟试验等研究方法,将BOTDA(基于布里渊散射的分布式光纤传感)与DIC(三维光学数字散斑)技术相结合,分析大倾角煤层开采顶板破坏规律及应力演化特征。研究表明:大倾角煤层原岩应力分布中部最大、下部次之、上部最小,中上部顶板弯矩及剪力大于下部,矸石堆积密度由下往上逐渐降低,中上部顶板活动剧烈,下部较稳定;光纤可感知岩体内部微弱变形,检测应变从单调递增发展为递减的临界时刻即为顶板垮落,垮落前瞬间应变达到极值,应力释放至最小值时达到稳定;BOTDA与DIC技术均可检测顶板离层发育、闭合过程,BOTDA表现为应变值阶跃突变,DIC表现为离层位置形成应变局部化突变带;中上部基本顶内部应变远大于下部,应变峰值出现在中部偏上位置,全站仪与DIC监测同层位岩体位移亦表现此规律。表明大倾角煤层开采顶板变形具有非对称性,中上部变形程度大于下部。研究成果对于将光纤传感、数字摄影测量等先进技术用于岩土体结构变形破坏监测具有借鉴意义。

关键词：采矿工程大倾角煤层模型试验光纤传感三维数字散斑

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高构造应力区大采高覆岩灾变规律实验研究

采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 1058-1064页

作者：郭文彬余学义赵兵朝雷武林西安科技大学能源学院陕西西安710054 呼伦贝尔学院矿业学院内蒙古呼伦贝尔021008 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治实验室陕西西安710054 陇东学院能源工程学院甘肃庆阳745000

在褶皱区开采覆岩受高构造应力的条件下,开采煤层上覆坚硬岩层断裂与开采范围属于非线性问题。为研究该条件下覆岩灾变规律,应用材料力学的弯曲梁理论,对相邻坚硬岩层建立简化的力学模型,推导出其势函数的表达式,运用尖点突变模型得到... 详细信息

在褶皱区开采覆岩受高构造应力的条件下,开采煤层上覆坚硬岩层断裂与开采范围属于非线性问题。为研究该条件下覆岩灾变规律,应用材料力学的弯曲梁理论,对相邻坚硬岩层建立简化的力学模型,推导出其势函数的表达式,运用尖点突变模型得到其发生破断的充分必要条件。通过实测的地应力,求得该矿坚硬岩层的极限断裂距为280 m;在实验室条件下采用围压加载模拟支架进行物理相似模拟实验后发现,在留设10 m煤柱条件下,坚硬岩层极限破断距为340 m。运用FLAC^(3D)数值模拟,得出在同样地质条件下,当留设0,10 m煤柱时,复合关键层的极限破断距分别为280,345 m。研究结果表明高构造应力条件下,复合关键层的断裂是矿井冲击矿压灾害的源头,断裂距越大其聚集的能量越大,因此在矿区开采中应尽量使用窄煤柱或无煤柱开采,减少坚硬岩层的断裂能量的释放。

关键词：高构造应力尖点突变覆岩灾变大采高