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Rock Mechanics Bulletin 2024年第1期3卷 81-96页

作者： Dongliang Ji Hui Cheng hongbao zhao State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures Shijiazhuang Tiedao UniversityShijiazhuangChina Key Laboratory of Mechanical Behavior Evolution and Control of Traffic Engineering Structures in Hebei Shijiazhuang Tiedao UniversityShijiazhuangChina School of Energy and Mining Engineering China University of Mining and Technology(Beijing)BeijingChina

In many engineering applications,it is essential to have information about rocks that inherently contain preexisting flaws under dynamic loading *** impact tests are conducted on samples with varying flaw angles using the split Hopkinson pressure bar(SHPB)test system and the Digital Image Correlation system(DIC).The characteristics of the samples after dynamic loading,including dynamic strength,energy dissipation,and fractal fracture,are compared and *** the flaw angle increases,the peak stress and strain exhibit a typical V-shaped pattern,reaching the minimum value at 30,and the initial initiation position shifts from the flaw tips to the middle of the *** modes can be divided into three modes depending on the flaw *** progressive failure process,taking into account the heterogeneity of the rock,is demonstrated by developing an elastic damage constitutive model that uses dynamic compression and tensile tests to parameterize *** the flaw angle increases,the initial damage zone also moves from the flaw tips to the middle of the *** around the hole with redistributed stress are observed,and the failure mechanisms can be explained with the aid of strain energy density(SED).Using fracture mechanics,the analytical solution of stress around the flaw is provided,and the variation of crack initiation angle,stress distribution,and energy dissipation under different flaw angles is theoretically explained,which is in good agreement with the experimental and simulated results.

关键词： Dynamic loading Damage evolution Constitutive model Flaw angle Energy dissipation

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Gas control technology for coal and gas outburst mines based on new sealing materials

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Geohazard Mechanics 2024年第3期2卷 181-188页

作者： Hongwei Zhang hongbao zhao Dongliang Ji Shijie Jing Yuxuan Guo School of Energy and Mining Engineering China University of Mining and Technology(Beijing)Beijing100083China State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Trafﬁc Engineering Structures Shijiazhuang Tiedao UniversityShijiazhuang050043China

In order to solve the problem of gas overlimit in corner corners of coal and gas prominent mines, through thecombination of air leakage mechanism in the goaf, near-ﬁeld ﬁssure expansion and rich area division, blockingmaterial development and optimization, performance measurement of blocking materials and on-site test, westarted to study the causes of gas concentration in corner corners, analysis of roof collapse and transparency incorners and performance test of blocking materials, and optimized the blocking materials by combining laboratory test and engineering test. Considering the thickness of the sealing ﬁlm, the attenuation ratio of the sealingﬁlm thickness, the gelation time, and the gelation viscosity under different ratios, we designed a multi factororthogonal experiment to optimize the optimal ratio suitable for the engineering site. Factors affecting blockingeffectiveness, such as gel water retention and gel ﬂame resistance, were also tested. The sealing scheme wasimplemented in the 2109 working face of a coal and gas outburst mine in Gansu, China. Through on-sitemonitoring of the changes in temperature, gas concentration, and air leakage at each monitoring point beforeand after the use of sealing materials, the analysis of the detection results shows that the temperature changes ateach monitoring point after the use of sealing materials do not exceed 0.2C;The change in oxygen concentrationis less than 0.27 %;The gas concentration has decreased by more than 60 %, with a decrease of 71.32 % in the gasconcentration in the upper corner. The air leakage has decreased by more than 53 %, and the proportion ofdecrease in air leakage at the upper corner is as high as 56.83 %. This air leakage control technology hasremarkable blocking effect, meets the requirements of corner near-ﬁeld ﬁssure blocking material, and is easy toprepare, inexpensive, non-toxic, tasteless and green, providing a successful experience for the treatment of similarcoal and gas outburst min

关键词： Coal and gas outburst Air leakage in goaf Near-ﬁeldﬁssure Gas concentration Air leakage

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深部储层岩石渗流的滑脱效应研究——以煤和砂岩为例

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岩石力学与工程学报 2024年第9期43卷 2189-2200页

作者：赵文杰赵洪宝荆士杰中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中国矿业大学(北京)新能源开发与灾害防治研究中心北京7100083 河北工程大学矿业与测绘学院河北邯郸056000

深部高应力作用下致密储层岩石因其孔径与气体分子平均自由程相当,会诱发气体的滑脱效应,进而对瓦斯(煤层气)长期稳产产生重要影响。基于此,开展深部高应力作用下煤和砂岩的氦气注入试验。研究结果表明:在全抽采周期,高应力煤体中氦气... 详细信息

深部高应力作用下致密储层岩石因其孔径与气体分子平均自由程相当,会诱发气体的滑脱效应,进而对瓦斯(煤层气)长期稳产产生重要影响。基于此,开展深部高应力作用下煤和砂岩的氦气注入试验。研究结果表明:在全抽采周期,高应力煤体中氦气运移始终表现出显著的滑脱效应,即使在高达8 MPa的储层压力下也不可避免,砂岩渗流则基本上不受滑脱效应影响。相较于线性Klinkenberg方程和二次型Klinkenberg修正方程,双滑移Klinkenberg方程更适用于深部高应力煤体的表观渗透率ka修正,进而得到煤体固有渗透率k_(∞)与有效平均应力σ_(vme)之间满足线性关系,这是由高应力状态下煤体内结构异质性减弱、均质性增强所致。均质性砂岩的渗流行为表现为线性力学响应特性,证明了煤体滑脱效应修正的合理性。由于深部煤体k_(∞)随σ_(vme)呈线性弱衰减规律,导致应力型渗透率在应力加载作用下略有降低,最终表现为滑脱效应随着σ_(vme)增加而减弱的反常现象。以双胡克定律为理论基础,建立综合考虑高应力煤体裂隙开度呈线性变化和滑脱型渗透率呈指数衰减规律的渗透率模型,并在不同边界条件下取得了良好的拟合效果。

关键词：采矿工程滑脱效应线性响应双滑移Klinkenberg方程渗透率模型

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新型高分子抑尘剂对岩性颗粒物的抑制特性研究

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 404-412页

作者：赵洪宝戈海宾刘绍强中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 济宁市金桥煤矿山东济宁277000

为减轻综掘工作面粉尘逸散对巷道环境的污染以及人员、设备造成的损伤,以济宁市金桥煤矿西翼轨道巷为工程背景,以可吸入粉尘为研究对象,研发一种以表面活性剂为关键骨架、以无机盐和高分子黏附剂为辅助材料的强润湿性、强黏结性的环保... 详细信息

为减轻综掘工作面粉尘逸散对巷道环境的污染以及人员、设备造成的损伤,以济宁市金桥煤矿西翼轨道巷为工程背景,以可吸入粉尘为研究对象,研发一种以表面活性剂为关键骨架、以无机盐和高分子黏附剂为辅助材料的强润湿性、强黏结性的环保型化学抑尘剂。现场验证结果表明,该抑尘剂对于岩性颗粒物具有较好的捕捉能力,能有效降低巷道内可吸入粉尘浓度。

关键词：综掘工作面岩性颗粒表面活性剂高分子黏附剂化学抑尘剂

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基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价

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矿业科学学报 2024年第1期9卷 77-87页

作者：赵洪宝李岳张鸿伟刘绍强中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定... 详细信息

以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定了排土场土壤肥力恢复力各影响因素的权重。结果表明,评价体系准则层中土壤保肥能力权重最大(0.5477),其次分别是土壤保水能力(0.1980)、土壤生物活性(0.1408)和土壤结构稳定性(0.1135),因素层有机质F1权重最高(0.1162);根据现场抽样,已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平,整体来看土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,土壤恢复力的主要因素是土壤保肥能力,特别是土壤有机质含量。土壤肥力恢复力模型为提高排土场土壤质量、加快土壤重构、促进土壤生态系统恢复提供治理思路。

关键词：露天煤矿排土场复垦土壤恢复力模糊层次分析法土壤肥力

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基于开采高度对工作面覆岩裂隙演化影响的钻孔瓦斯抽采研究

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 435-445页

作者：赵洪宝高璐程辉荆士杰王乐陈超男中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中国矿业大学(北京)新能源开发与灾害防治研究中心北京100083

采动覆岩裂隙演化规律对层间瓦斯运移起主导作用,研究覆岩裂隙发育分布规律对于提高瓦斯抽采效率至关重要。以甘肃省魏家地矿西2107综采工作面为工程背景,采用UDEC模拟软件建立不同采高的数值模型,利用分形几何理论分析了工作面覆岩近... 详细信息

采动覆岩裂隙演化规律对层间瓦斯运移起主导作用,研究覆岩裂隙发育分布规律对于提高瓦斯抽采效率至关重要。以甘肃省魏家地矿西2107综采工作面为工程背景,采用UDEC模拟软件建立不同采高的数值模型,利用分形几何理论分析了工作面覆岩近场裂隙演化与不同开采高度的关系,确定了钻孔瓦斯抽采最优工作面高度,并通过理论经验公式、覆岩裂隙窥视情况与现场瓦斯抽采结果对其验证。结果表明:采动裂隙总数随着采高增大而增大,但不同阶段增大的幅度皆不相同,覆岩裂隙不断向覆岩四周呈“伞状”发育;不同开采高度的工作面覆岩近场裂隙均经历产生、扩张贯通、压实稳定的3个阶段,且采高越大,压实区范围越小,适当增加采高,有助于提高覆岩瓦斯抽采效果;当采高选择4 m时,顶板裂隙在位于10 m与40 m位置处的裂隙发育密度与范围均明显大于其他区域,该区域与布置高、低巷双位一体的协同抽采巷最佳位置相一致。

关键词：瓦斯抽采采高裂隙发育数值模拟分形效应

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深部放顶煤开采下煤层应力场-渗流场耦合演化特征

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第5期6卷 91-103页

作者：赵洪宝荆士杰李作泉刘超张鸿伟侯玮李新潮中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中国矿业大学(北京)新能源开发与灾害防治研究中心北京100083 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038 邯郸市牛儿庄采矿有限公司河北邯郸056201

为了研究高应力区煤体在放顶煤开采方式下的应力场-渗流场的耦合演化规律,以横观各向同性下的火柴棍模型为基础,构建了由煤基质和裂隙组成的弹性系统,建立了三向应力条件下煤体渗透率演化规律模型,并结合采场应力场空间分布规律,构建煤... 详细信息

为了研究高应力区煤体在放顶煤开采方式下的应力场-渗流场的耦合演化规律,以横观各向同性下的火柴棍模型为基础,构建了由煤基质和裂隙组成的弹性系统,建立了三向应力条件下煤体渗透率演化规律模型,并结合采场应力场空间分布规律,构建煤层增透率空间分布模型。在改变围压、轴压和气体压力的条件下,将渗透率模型和室内试验结果对比,并将增透率空间分布模型与顺层抽采钻场的瓦斯抽采相关数据对比分析,结果表明:煤体渗透率随载荷与气体压力的增加而减小,并呈指数型;渗透率模型可以较好地定量描述煤体渗透率在加卸载条件下的变化,与多组试验数据的相关系数和拟合优度均大于0.9;增透率空间分布随距离增大呈指数下降,可分成4个阶段:原岩稳定阶段、增压降低阶段、卸压增加阶段、破坏稳定阶段;根据增透率模型和现场数据对比,煤层在卸压增加阶段和破坏稳定阶段处于增透状态,煤层增透范围Lr=55.62 m;煤层增透率模型可以较好地描述煤层增透率的空间分布规律,其与现场数据的相关系数和拟合优度均大于0.96。

关键词：横观各向同性渗透率模型增透率模型增透范围

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构造煤结构缺陷对硫化氢吸附及扩散特性的影响

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煤炭转化 2024年第4期47卷 1-10页

作者：李金雨李懿欣白刚赵洪宝纪和王月然丁姝慧辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 辽宁葫芦岛125105 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

探究构造煤结构缺陷对煤中H_(2)S吸附和扩散特性的影响效应,对于理解和改善煤矿安全具有重要意义。通过分子模拟技术,构建了初始芳香片层(CS)模型、边界类(SW)缺陷模型、单空位(SV)缺陷模型、双空位(DV)缺陷模型和多空位(MV1和MV2)缺陷... 详细信息

探究构造煤结构缺陷对煤中H_(2)S吸附和扩散特性的影响效应,对于理解和改善煤矿安全具有重要意义。通过分子模拟技术,构建了初始芳香片层(CS)模型、边界类(SW)缺陷模型、单空位(SV)缺陷模型、双空位(DV)缺陷模型和多空位(MV1和MV2)缺陷模型,研究了缺陷构型对H_(2)S吸附和扩散的影响。结果表明:H_(2)S吸附量与煤体孔隙率呈正相关,不同构型中H_(2)S饱和吸附量存在差异,在DV缺陷构型中最大,在CS构型中最小,且CS构型中吸附的H_(2)S分子分布均匀,缺陷构型中H_(2)S分子优先吸附在对应的缺陷位置周围,煤体结构缺陷的存在更有利于H_(2)S的吸附。在温度为298.15 K,308.15 K和318.15 K条件下,H_(2)S在不同缺陷构型中的扩散系数和扩散活化能均大于在CS构型中的扩散系数和扩散活化能,H_(2)S在不同缺陷构型煤中更容易扩散。

关键词：硫化氢缺陷构型吸附特性扩散特性分子模拟

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Experimental and measured research on three-dimensional deformation law of gas drainage borehole in coal seam

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International Journal of Mining Science and Technology 2020年第3期30卷 397-403页

作者： hongbao zhao Jinyu Li Yihong Liu Yikuo Wang Tao Wang Hui Cheng College of Energy and Mining China University of Mining and Technology(Beijing)Beijing 100083China State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control Chongqing UniversityChongqing 400044China

Using self-researched gas drainage borehole stability dynamic monitoring device, three-dimensional deformation characteristics of borehole under steady vertical load were researched experimentally and systematically. This research indicated that under the action of steady loading, the mechanical deformation path of the simulated gas drainage borehole is gradually complicated, and the decay of the borehole circumferential strain is an important characterization of the prediction and early warning of borehole instability and collapse. The horizontal position of borehole occurs compressive strain, and the vertical of which occurs tensile strain under the action of vertical stress. At the initial stage of loading, the vertical strain is more sensitive than that in the horizontal direction. After a certain period of time, the horizontal strain is gradually higher than the vertical one, and the intersection of the borehole horizontal diameter and the hole wall is the stress concentration point. With the increase of the depth of hole, the strain shows a gradual decay trend as a whole, and the vertical strain decays more observably, but there is no absolute position correlation between the amount of strain decay and the increase in borehole depth,and the area within 1.5 times the orifice size is the borehole stress concentration zone.

关键词： Gas drainage borehole Dynamic monitoring Strain-time curve Three-dimensional deformation law

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基于统计学模型的矿区粉尘污染特征及影响因素的定量分析

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矿业科学学报 2024年第2期9卷 243-257页

作者：赵洪宝翟汝鹏戈海宾陈超男刘绍强荆士杰中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

针对露天矿粉尘无秩序排放引发的生态环境退化问题,选取河曲露天煤矿粉尘产生区域为研究靶区,利用粉尘监测体系获取靶区TSP、PM10、PM2.5及环境指标数据,结合粉尘浓度对不同粒径粉尘分布差异性进行对比分析,引入空气质量浓度分指数法、P... 详细信息

针对露天矿粉尘无秩序排放引发的生态环境退化问题,选取河曲露天煤矿粉尘产生区域为研究靶区,利用粉尘监测体系获取靶区TSP、PM10、PM2.5及环境指标数据,结合粉尘浓度对不同粒径粉尘分布差异性进行对比分析,引入空气质量浓度分指数法、Pearson关联矩阵分析法和灰色关联法对靶区内核心污染物、不同粒径粉尘内在关联性及环境指标与粉尘浓度的关联度进行深入探讨,基于单变量、多元线性和主成分得分-多元线性回归分析法对粒子变迁演化规律及环境指标对微粉尘权重的影响规律进行定量解析,同时运用均值误差法对MLR和PCA-MLR模型预测的精确度进行验证。结果表明:(1)区域1(采掘场)和3(煤场)不同粒径粉尘浓度均存在超过现行标准二级限值的情况,区域2(交通干道)仅存在超过一级限值的情况。(2)不同区域粉尘污染能力的强弱与IAQI评估结果一致,均为区域1>3>2;当不同区域TSP浓度一致时,域内粉尘污染能力的强弱顺序转变为区域2>3>1,且各区域核心污染物均为PM2.5。(3)不同区域粉尘浓度线性关系较为显著。(4)不同区域MLR模型演算出的多元线性方程的拟合度排序规律与粉尘浓度Pearson关联度趋于一致,且多变量拟合度优于单变量拟合度,结合MRE法检验出不同区域MLR模型预测精度区域3(3.02%)>2(9.46%)>1(10.75%)。(5)区域1中TSP和PM10与气压呈强正相关,PM2.5与相对湿度呈强负相关;区域2中各粒径粉尘均与温度和风速呈强负相关;区域3中仅与温度呈强负相关。(6)微粉尘权重与环境指标的PCA-MLR模型相对于直接MLR模型,预测精确度提高了56.63%和13.41%。

关键词：粉尘浓度 Pearson关联法 GRA分析法环境指标 PCA-MLR模型

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