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Experimental research of overburden movement and subsurface water seeping in shallow seam mining

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Journal of University of Science and Technology Beijing 2007年第6期14卷 483-489页

作者： qingxiang huang School of Energy and Resource Xi＇an University of Science and Technology Xi＇an 710054 China Department of Mining College of Engineering and Mineral Resource West Virginia University Morgantown WV 26501 USA

Shallow seam coal field has the largest coal reserve in China. Mining in shallow depth causes serious problems, and subsurface dewatering is a major issue. In this paper, the physical simulating models were prepared to study overburden movement and aquiclude stability in the shallow seam mining of Yushuwan Coalfield, China. According to the characteristic of clay aquiclude and bedrock in the overburden, the proper simulation materials for simulating the plastic clay aquiclude layers and brittle bedrock layers were determined by the stress-strain tests and hydrophilic tests. The physical simulating models of solid medium and two phases of solid-liquid medium were carried out to simulate the failure and caving process of the roof and overburden, as well as the subsurface water seeping. Based on the simulation, it was found that the movement of clay aquiclude follows the movement of the underlying bedrock layers. The stability of aquiclude is mainly affected by cracks in fracture zone. The tests also showed that the best way to control the stability of aquiclude is to reduce the subsiding gradient, and there is a possibility of ground water conservation under longwall mining in Yushuwan Mine. This research provides a foundation for further study on mining dewatering and water conservation.

关键词： physical simulation aquiclude crack mining dewatering shallow seam mining

Coupling control on pillar stress concentration and surface cracks in shallow multi-seam mining

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International Journal of Mining Science and Technology 2021年第1期31卷 95-101页

作者： qingxiang huang Junwu Du Jie Chen Yanpeng He College of Energy Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention Ministry of EducationXi’an 710054China College of Materials Science and Engineering Xi’an University of Science and TechnologyXi’an 710054China

In order to ensure safe mining and reduce surface damage in shallow multi-seam mining,the failure characteristics of interburden strata with different coal pillars offset distances between pillars in the upper and lower seams,the distribution characteristics of stress concentration in coal pillars,and the development characteristics of stratum cracks and subsidence were investigated by physical and UDEC2D ***,the effect of different coal pillar offset distances on stress concentration of coal pillar and development of stratum cracks were *** on those results,a formula for safe mining and reducing surface damage was established,which provided a theoretical basis for safe and environmentally friendly mining in shallow *** to the results,the optimal coal pillar offset distance(the side to side horizontal distance of the upper and lower coal pillars)between the upper and lower coal seams was developed to reduce the stress concentration of coal pillars and surface *** results of this study have been applied in Ningtiaota coal mine and have achieved good results in safe and environmentally friendly mining.

关键词： Shallow multi-seam Coal pillar offset Stress concentration Surface cracks Strata control

Underground Coal Mine Target Tracking via Multi-Feature Joint Sparse Representation

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Journal of Computer and Communications 2021年第3期9卷 118-132页

作者： Yan Lu qingxiang huang College of Energy Science and Engineering Xi’an University of Science and Technology Xi’an China

Single-feature methods are unable to effectively track a target in an underground coal mine video due to the high background noise, low and uneven illumination, and drastic light fluctuation in the video. In this study, we propose an underground coal mine personnel target tracking method using multi-feature joint sparse representation. First, with a particle filter framework, the global and local multiple features of the target template and candidate particles are extracted. Second, each of the candidate particles is sparsely represented by a dictionary template, and reconstruction is achieved after solving the sparse coefficient. Last, the particle with the lowest reconstruction error is deemed the tracking result. To validate the effectiveness of the proposed algorithm, we compare the proposed method with three commonly employed tracking algorithms. The results show that the proposed method is able to reliably track the target in various scenarios, such as occlusion and illumination change, which generates better tracking results and validates the feasibility and effectiveness of the proposed method.

关键词： Underground Coal Mine Sparse Representation Particle Filter Multi-Feature Target-Tracking

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浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类

岩石力学与工程学报 2010年第A2期29卷 3622-3627页

作者：黄庆享西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054

通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂... 详细信息

通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂隙发育程度与采高和隔水岩组的关系,提出以隔采比为指标的隔水性判据,由此将保水开采分为自然保水开采、可控保水开采和特殊保水开采3类,为浅埋煤层保水开采提供科学依据。

关键词：采矿工程浅埋煤层覆岩隔水性保水开采

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浅埋煤层保水开采隔水层稳定性的模拟研究

岩石力学与工程学报 2009年第5期28卷 987-992页

作者：黄庆享西安科技大学能源学院陕西西安710054

隔水层稳定性是保水开采研究的关键。通过对黏土隔水层应力-应变全程曲线测定,建立以残余强度和应变为关键指标的模拟方法。采用变单因素分析法,考虑材料破坏的峰值强度、峰值应变及残余强度,获得黏土隔水层应力-应变全程相似的模拟材... 详细信息

隔水层稳定性是保水开采研究的关键。通过对黏土隔水层应力-应变全程曲线测定,建立以残余强度和应变为关键指标的模拟方法。采用变单因素分析法,考虑材料破坏的峰值强度、峰值应变及残余强度,获得黏土隔水层应力-应变全程相似的模拟材料和配比规律。以榆树湾煤矿条件为背景,开展保水开采岩层移动规律和隔水层稳定性的模拟,得出分层开采基岩关键层和隔水层的移动和垮落规律,揭示顶板淋水是基岩风化层裂隙水的机制,并得到实践验证。实验发现,基岩和隔水层在工作面后部存在主要下沉区,是最易形成导水裂隙带的区域。主要下沉区的下沉梯度Ts是隔水层稳定性控制的重要指标,合理增大下沉区间和减小下沉梯度是隔水层稳定性控制的有效途径。论证榆树湾煤矿保水开采的可行性,并为浅埋煤层保水开采控制提供借鉴。

关键词：采矿工程浅埋煤层隔水层相似配比下沉梯度保水开采

厚土层下浅埋煤层开采覆岩倾向结构分区与下沉预计模型

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采矿与安全工程学报 2022年第2期39卷 264-272页

作者：曹健黄庆享内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 西安科技大学能源学院陕西西安710054

为探究厚土层下浅埋煤层开采的覆岩与地表下沉预计方法,以柠条塔煤矿1^(-2)煤层开采为背景,结合理论分析与物理模拟的方法,揭示了厚土层下浅埋薄基岩煤层采场覆岩倾向结构分区及其特征,建立了分区下沉力学模型,提出了覆岩与地表下沉预... 详细信息

为探究厚土层下浅埋煤层开采的覆岩与地表下沉预计方法,以柠条塔煤矿1^(-2)煤层开采为背景,结合理论分析与物理模拟的方法,揭示了厚土层下浅埋薄基岩煤层采场覆岩倾向结构分区及其特征,建立了分区下沉力学模型,提出了覆岩与地表下沉预计方法。研究表明:厚土层薄基岩浅埋煤层长壁开采后,沿覆岩倾向方向的垮落和移动可以分为边界煤柱顶板F形岩柱区、采空区顶板梯形垮落区和区段煤柱顶板倒梯形岩柱区,采空区顶板梯形垮落区上部基岩与土层下沉量最大,边界煤柱顶板F形岩柱区的下沉量和区段煤柱顶板倒梯形岩柱区下沉量较小。基岩关键层对上覆岩层及表土层的下沉起控制作用,土层下沉取决于基岩与土层交界面处下沉盆地的形态;通过建立分区下沉力学模型,得到了覆岩与地表下沉量曲线方程。分析得出:采空区顶板梯形垮落区上部基岩下沉量主要与采高和垮落顶板碎胀系数有关,边界煤柱顶板F形岩柱区和区段煤柱顶板倒梯形岩柱区上部的基岩下沉量主要与采高及岩柱结构分布载荷有关。物理模拟实验与理论计算得到1^(-2)煤层开采地表最大下沉量分别为1.1 m和1.07 m,与实测最大下沉量基本相符,验证了下沉预计理论模型准确性,为厚土层下浅埋煤层采场覆岩与地表下沉预计提供了新方法。

关键词：厚土层浅埋煤层覆岩倾向结构下沉力学模型

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浅埋近距煤层煤柱集中应力传递规律分析

采矿与安全工程学报 2021年第6期38卷 1071-1080页

作者：曹健黄庆享内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古包头014010 西安科技大学能源学院陕西西安710054

为探究浅埋近距煤层开采上煤层区段煤柱底板集中应力传递规律,以及下煤层煤柱集中应力控制方法,以柠条塔煤矿1^(-2)煤层与2^(-2)煤层开采为背景,结合理论分析、数值模拟及工程实践,建立上煤柱底板集中应力计算模型,揭示上煤层煤柱底板... 详细信息

为探究浅埋近距煤层开采上煤层区段煤柱底板集中应力传递规律,以及下煤层煤柱集中应力控制方法,以柠条塔煤矿1^(-2)煤层与2^(-2)煤层开采为背景,结合理论分析、数值模拟及工程实践,建立上煤柱底板集中应力计算模型,揭示上煤层煤柱底板集中应力分布规律,提出基于下煤柱集中应力控制的煤柱错距确定方法。研究表明,随着上煤柱底板深度增加,煤柱正下方的垂直应力呈降速减小,水平应力分布曲线由1个峰值演化为2个峰值,且峰值应力位置向煤柱两端扩散。建立下煤柱集中应力控制的煤柱错距模型,提出煤柱错距确定方法,为控制重复采动下煤柱的集中应力,下煤层巷道应布置在上煤柱向下传递的高应力区范围之外。合理的煤柱错距主要与基岩、土层性质及层间距等因素有关,其随基岩和土层厚度的变化呈正相关,基岩(土层)厚度每增加10m,煤柱错距应增大1.123 m(0.987 m);煤柱错距随层间距的变化曲线呈"抛物线",层间距小于35 m时,煤柱错距随层间距增大呈降速增加趋势,层间距越小,其变化对合理错距的影响越显著,层间距35~45 m时,煤柱错距随层间距增大而减小。通过开采实例对煤柱错距模型进行验证,结合理论模型计算和数值模拟,柠条塔煤矿两煤层合理煤柱错距应大于20 m。研究结果可为浅埋近距煤层开采的煤柱减压提供新思路。

关键词：浅埋近距煤层集中应力煤柱错距基岩土层层间距

浅埋近距煤层开采三场演化规律及煤柱群结构控制效应

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煤炭学报 2021年第S1期46卷 1-9页

作者：黄庆享曹健西安科技大学能源学院陕西西安710054

为探索浅埋近距煤层开采煤柱减压与地表减损控制方法,以陕西省神南矿区柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用物理模拟与理论分析相结合的方法,分析了浅埋近距煤层开采的应力场、位移场和裂隙场(三场)演化规律,建立了下... 详细信息

为探索浅埋近距煤层开采煤柱减压与地表减损控制方法,以陕西省神南矿区柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用物理模拟与理论分析相结合的方法,分析了浅埋近距煤层开采的应力场、位移场和裂隙场(三场)演化规律,建立了下煤柱集中应力、地表下沉、覆岩裂隙和地表裂缝发育与不同煤柱群结构的关系,提出了煤柱群结构的分类,揭示了煤柱群结构效应。研究表明,随上下煤柱错距增大,下煤柱最大垂直应力呈“大→小→大”变化,避开上煤柱集中应力传递区和上工作面采空区中部增压区,可实现下煤柱减压;不同错距煤柱结构形成的地表沉降分为沉降落差极值段、沉降落差减小段和沉降落差稳定段,在沉降落差稳定段地表裂缝最小。揭示了不同错距煤柱群结构对区段煤柱侧覆岩裂隙与地表裂缝的控制效应,确定了煤柱减压与地表减损的合理煤柱错距范围。基于三场演化规律,提出了煤柱群结构分类:叠置煤柱群结构、错置煤柱群结构、减压区分离煤柱群结构和压实区分离煤柱群结构;确定了“减压区分离煤柱群结构”可实现集中应力、地表不均匀沉降、覆岩裂隙和地表裂缝耦合控制,是最佳煤柱群结构。建立了基于煤柱集中应力控制的减压模型和基于覆岩位移与裂缝控制的减损模型,提出了煤柱减压与地表减损耦合控制方法,研究结果可为浅埋近距煤层安全减损开采提供依据。

关键词：浅埋近距煤层煤柱错距三场集中应力地表裂缝煤柱群结构效应

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浅埋近距离煤层开采裂隙演化机理研究

采矿与安全工程学报 2019年第4期36卷 706-711页

作者：黄庆享韩金博西安科技大学能源学院

为研究浅埋近距离煤层群下行开采下煤层采场上覆岩层裂隙二次扩展机理,本文以柠条塔煤矿浅埋近距离煤层群开采为工程背景,通过FLAC3D数值计算、物理相似模拟及理论分析,得出煤层群下煤层采场上覆岩层裂隙二次扩展的基本特征和应力场分布... 详细信息

为研究浅埋近距离煤层群下行开采下煤层采场上覆岩层裂隙二次扩展机理,本文以柠条塔煤矿浅埋近距离煤层群开采为工程背景,通过FLAC3D数值计算、物理相似模拟及理论分析,得出煤层群下煤层采场上覆岩层裂隙二次扩展的基本特征和应力场分布,覆岩裂隙以张剪型复合裂隙为主,裂隙尖端起裂符合最大正应力准则。基于宏观裂隙与微观裂隙的相似性原理,建立裂隙扩展力学模型,应用裂隙尖端断裂能量理论和Griffith准则,给出了裂隙扩展方向、起裂应力强度因子、扩展速度和裂隙发育高度计算公式。

关键词：浅埋煤层群下煤层裂隙尖端断裂能量理论裂隙扩展