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Fluidity Influencing Factor Analysis and Ratio Optimization of New Filling Slurry Based on the Response Surface Method

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Journal of Renewable Materials 2022年第5期10卷 1439-1458页

作者： Guanfeng Chang xinzhu hua Xiao Liu Chen Li Enqian Wang Bingjun Sun State Key Laboratory of Mining Response and Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mines Anhui University of Science and TechnologyHuainan232001China

The filling mining method is important in realizing the green mining of mineral *** at the problems of land resource occupation,environmental pollution,and rational utilization of coal-based solid wastes such as coal gangue,fly ash,and desulfurization gypsum,a new paste filling material was developed with coal gangue,fly ash,and desulfurization gypsum as raw *** microstructure of the raw materials was analyzed by XRD and *** with the Box-Behnken experimental design,the effect of each component on the fluidity of the filling slurry was analyzed through the response surface *** significance of each component on its bleeding and fluidity was determined,and the optimal ratio of the filling slurry was *** results show that the microcosmic morphology of coal gangue,desulfurization gypsum,and gasification slag presents an irregular block and rough particle surface;the microcosmic morphology of fly ash and bottom slag presents first out spherical or quasi spherical ***,obvious sintering traces exist on the surface of the bottom *** main crystal mineral of coal gangue and fly ash is SiO_(2),the desulfurization gypsum is composed of Ca(SO_(4))(H_(2)O)and Ca(CO_(3))crystal minerals,the gasification slag is composed of carbon and nitrogen compounds,and the main crystal mineral components in the bottom slag sample are SiO_(2) and Al_(x)Si_(y)O_(z) *** order of significance of each key factor on slurry fluidity is as follows:C(desulfurization gypsum)>D(gasification slag and bottom slag 1:1)>A(coal gangue)>B(fly ash).The order of the significance of each key factor on slurry bleeding is as follows:B(fly ash)>C(desulfurization gypsum)>D(gasification slag and bottom slag 1:1)>A(coal gangue).Considering the material preparation,field application,and other conditions,the mass percentage of each factor content of the new paste filling material is as follows:49.5%coal gangue,8.3%fly ash,4.1%desulfur

关键词： Coal-based solid waste filling slurry flowability proportion optimization response surface method

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深井大断面沿空留巷底板变形动态演化特征研究

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中国矿业大学学报 2018年第3期47卷 494-501页

作者：华心祝杨朋安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001

为了揭示底鼓动态演化特征,基于淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道顺槽这一典型深井大断面沿空留巷,利用自行研制的两向四面加载试验装置对沿空留巷掘进、一次采动、留巷和二次采动进行相似材料模拟试验,采用基于布里渊光时域分析技术(BO... 详细信息

为了揭示底鼓动态演化特征,基于淮南矿区顾桥矿1115(1)工作面轨道顺槽这一典型深井大断面沿空留巷,利用自行研制的两向四面加载试验装置对沿空留巷掘进、一次采动、留巷和二次采动进行相似材料模拟试验,采用基于布里渊光时域分析技术(BOTDA)的分布式光纤传感器和近景拍照技术对底板变形进行监测,并使用MATLAB软件对试验数据进行线性插值处理.结果表明:1)沿空留巷底板变形存在浅部受拉应变和深部压应变的特征,而充填体和煤帮底板变形以受压应变为主,并且随着留巷进行,拉压应变范围向深部转移;2)工作面开挖到45m时,巷道底板下方5m横向应变出现由压到拉的转化;3)底板位移在掘进期间呈"⌒"对称分布特征,一次采动开始呈现形如""的偏态特征,同时,底鼓量随着掘采进行逐步增加,在一次采动基本顶来压和留巷顶板旋转下沉阶段出现了跃升现象.通过比较FLAC3D数值模拟、现场实测与相似材料模拟试验结果,发现相似材料模拟试验结果与数值模拟和现场实测结果都能够较好吻合,这验证了模拟试验结果的正确.

关键词：沿空留巷底板变形分布式光纤传感器动态演化

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深井复杂条件煤巷快速掘进网的可替代性实验研究与应用初探

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煤炭技术 2025年第1期44卷 11-16页

作者：刘乐枝刘华举陈登红华心祝杨理想鲁德沛淮南矿业(集团)有限责任公司顾桥矿安徽淮南232150 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001

通过实验研究聚酯纤维网和菱形金属网的单位质量、延伸率、单根破坏应力、网状破坏应力、网兜状压断破坏应力来验证聚酯纤维网替代菱形金属网的可行性,进一步采用数值模拟验证了实验室相关网力学试验的测试数据可靠性,并在顾桥煤矿1211... 详细信息

通过实验研究聚酯纤维网和菱形金属网的单位质量、延伸率、单根破坏应力、网状破坏应力、网兜状压断破坏应力来验证聚酯纤维网替代菱形金属网的可行性,进一步采用数值模拟验证了实验室相关网力学试验的测试数据可靠性,并在顾桥煤矿1211(1)工作面运输顺槽开展了现场试验,替代后应用效果良好。研究结果表明,在深井复杂条件下聚酯纤维网可以替代菱形金属网进行支护,为类似复杂条件的快速掘进工程网的更新替代研究提供一定借鉴与参考。

关键词：复杂条件金属网聚酯纤维网替代可行性

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多因素影响下深部回采巷道围岩变形规律与控制对策研究

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采矿与安全工程学报 2017年第4期34卷 760-768页

作者：陈登红华心祝安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木工程博士后科研流动站安徽淮南232001

针对高水平应力赋存下淮南矿区深部13-1煤回采巷道支护体失效普遍发生、部分巷道断面收缩率达58.1%等强烈矿压显现,采用现场实测、模型试验、数值模拟和理论分析等手段,研究了埋深、断面形状及尺寸、面长、采高、支护体长度对深部回采... 详细信息

针对高水平应力赋存下淮南矿区深部13-1煤回采巷道支护体失效普遍发生、部分巷道断面收缩率达58.1%等强烈矿压显现,采用现场实测、模型试验、数值模拟和理论分析等手段,研究了埋深、断面形状及尺寸、面长、采高、支护体长度对深部回采巷道围岩变形破坏的影响,提出了"开掘方位优化、强帮护顶、断面优化、分区控顶分级加强"等深部回采巷道围岩控制原则。真三轴模型试验结果表明:随着埋深、回采动压的增加,回采巷道围岩径向应变从"浅部拉、深部零应变"到"拉压交替分布"再到"非线性大应变";与小断面矩形相比,大断面巷道围岩移近量虽大0.45 m但收敛率降低了7.2%。采用数值模拟确定了13-1煤回采巷道围岩变形的影响因素顺序:埋深>采高>支护体长度>面长;900 m埋深时,顶底、两帮移近量均近650 mm。提出了大断面预留大变形、直墙平顶拱形断面优化、加强巷帮支护、超前自移支架控制顶板、信号柱及时补强支护等控制对策。工程实践结果表明,综合技术较好地控制了深部回采巷道围岩变形,保障了巷道在服务期内的安全使用。

关键词：深部回采巷道多因素真三轴模拟数值模拟控制对策

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沿空留巷围岩结构稳定性力学分析

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煤炭学报 2017年第9期42卷 2262-2269页

作者：李迎富华心祝安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程博士后流动站安徽淮南232001

以往对沿空留巷围岩结构特征了解不够,难以准确计算巷旁支护阻力,导致沿空留巷困难甚至失败。因此,根据沿空留巷上覆岩层垮断特征,提出了"大结构"、"小结构"概念,分别构建了围岩"大结构"、"小结构"力学模型,研究分析了"大结构"形成"低... 详细信息

以往对沿空留巷围岩结构特征了解不够,难以准确计算巷旁支护阻力,导致沿空留巷困难甚至失败。因此,根据沿空留巷上覆岩层垮断特征,提出了"大结构"、"小结构"概念,分别构建了围岩"大结构"、"小结构"力学模型,研究分析了"大结构"形成"低形态拱"和"高形态拱"的条件,推导出了拱高计算式,研究认为:在巷旁顶板岩层残留边界二次破断前,若及时加固煤帮,提高巷内和巷旁支护阻力,则上覆岩层易形成"低形态拱";若巷道煤帮松软,或巷道支护阻力不足,则易形成"高形态拱"。通过研究拱脚的水平力对"大结构"形态演化及其稳定性影响,发现拱脚处的水平力是造成拱破坏的主要原因,若拱脚处的水平力大于其抗剪力,拱将失稳破坏,造成"低形态拱"的拱高增加或"高形态拱"的跨度向外扩展,引起"小结构"的岩层载荷增加,"小结构"的岩层载荷不仅与"大结构"的形态、拱高和跨度相关,而且与二次破断区顶板"铰接岩层"的稳定性密切相关,根据关键层理论,确定"大结构"拱高范围内顶板硬岩层位置及其所控制的软岩层组,采用滑落失稳判据和挤压变形失稳判据,自上而下判别出顶板"铰接岩层"的稳定性,进而确定围岩"小结构"的岩层载荷,据此推导出巷旁支护阻力计算式。

关键词：沿空留巷大结构小结构力学模型稳定性

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深井切顶留巷顶板错动判据与支护参数量化研究

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采矿与安全工程学报 2021年第6期38卷 1122-1133页

作者：刘啸华心祝杨朋杨森马言安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室矿业工程学院安徽淮南232001 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113000 东华理工大学地球科学学院江西南昌330013 恒源煤电股份有限公司祁东煤矿安徽宿州234125

切顶留巷顶板支护方式主要为主动支护与临时支护。研究留巷期间顶板主动支护与临时支护之间的量化关系,确定切顶留巷顶板支护参数量化关系,可为支护参数设计及稳定性控制提供理论依据。以祁东煤矿7135工作面为工程背景,研究切顶巷道走... 详细信息

切顶留巷顶板支护方式主要为主动支护与临时支护。研究留巷期间顶板主动支护与临时支护之间的量化关系,确定切顶留巷顶板支护参数量化关系,可为支护参数设计及稳定性控制提供理论依据。以祁东煤矿7135工作面为工程背景,研究切顶巷道走向及倾向不同层位顶板变形规律,获得直接顶与基本顶的协调变形特征。分析直接顶与基本顶协调变形力学特征,建立切顶留巷直接顶与基本顶组合力学模型,以锚杆发生剪切破坏为临界指标,获得层间错动判据,并以此分析临时支护刚度、锚杆预紧力及锚杆支护间排距之间的量化关系。通过引入埋深因素,分析不同埋深临时支护与主动支护的量化关系。提出工程实践中:为提高留巷期间巷道顶板稳定性、控制顶板下沉变形量,可通过增加巷内临时支护体数量、提高支护刚度、减小锚杆支护间排距及提高锚杆预紧力等方法实现。结合祁东煤矿7135工作面回风巷留巷期间顶板控制效果,验证了支护设计的合理性。

关键词：切顶留巷支护机理顶板变形错动判据

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我国沿空留巷底鼓研究现状及展望

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煤矿安全 2015年第12期46卷 214-217页

作者：杨明华心祝安徽理工大学能源与安全工程学院安徽淮南232001

针对底鼓防控在沿空留巷围岩控制中的重要作用,基于系统的文献查阅,对我国沿空留巷底鼓特征、底鼓机理、影响因素及防控技术的研究现状进行归纳总结和分析,并对目前的研究现状加以评述。最后,分析了我国沿空留巷底鼓防控所存在的难题,... 详细信息

针对底鼓防控在沿空留巷围岩控制中的重要作用,基于系统的文献查阅,对我国沿空留巷底鼓特征、底鼓机理、影响因素及防控技术的研究现状进行归纳总结和分析,并对目前的研究现状加以评述。最后,分析了我国沿空留巷底鼓防控所存在的难题,并对未来的研究方向进行了展望。指出深井大断面沿空留巷是发展趋势,应加大对该类沿空留巷底鼓机理的基础理论研究,积极探索和研究不同岩性底板沿空留巷底鼓机理,构建适合我国国情的沿空留巷底鼓防控体系。

关键词：沿空留巷底鼓机理防控技术研究现状

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深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验研究

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采矿与安全工程学报 2018年第1期35卷 1-9页

作者：华心祝杨明刘钦节杨朋安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室能源与安全学院安徽淮南232001

为研究深井沿空留巷底鼓特征及其演化机理,以淮南顾桥煤矿深井沿空留巷为工程背景,利用自行研制的双向四面可调加载多功能相似模拟试验装置,开展典型条件深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验。结果表明:1)从开掘到报废整个期间留巷底鼓严... 详细信息

为研究深井沿空留巷底鼓特征及其演化机理,以淮南顾桥煤矿深井沿空留巷为工程背景,利用自行研制的双向四面可调加载多功能相似模拟试验装置,开展典型条件深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验。结果表明:1)从开掘到报废整个期间留巷底鼓严重,掘巷期间就已产生底鼓,但底鼓主要发生在一次采动至二次采动期间;2)巷道底板深部岩体主要为压应变,浅部岩体呈现"拉-压"应变转变现象,且"拉-压"应变交界面随着沿空留巷时期的推移不断向深部移动;3)该地质条件下沿空留巷底鼓主要由压曲型底鼓、剪切错动型底鼓和挤压流动型底鼓复合而成,其破坏形态多以剪切破坏或拉剪破坏为主,又呈现出大变形和偏态特征;4)根据底鼓产生和发展情况,将底鼓演化过程分为滑移-弯曲线形成期、剪切错动破坏期、剪切破断期、挤压流动期、离层期5个阶段。基于底鼓变形特征及演化机理分析,提出应将深井沿空留巷底鼓防控纳入整个巷道围岩控制体系之中,并针对留巷不同阶段给出相应的防控对策,为深井沿空留巷提供指导。

关键词：沿空留巷深部矿井底鼓演化机理模型试验防控对策

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地应力对深部回采巷道布置方向的影响分析

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地下空间与工程学报 2018年第4期14卷 1122-1129页

作者：陈登红华心祝安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木工程博士后科研流动站安徽淮南2320013

为分析地应力对深部回采巷道布置方向的影响,在参考相关文献和实测淮南矿区7个深部矿井20组地应力的基础上,获得高水平构造应力赋存特征。针对某深部矿井首采面两回采巷道布置方位与最大水平应力一致时,断面收缩仍然严重,对比Tresca理论... 详细信息

为分析地应力对深部回采巷道布置方向的影响,在参考相关文献和实测淮南矿区7个深部矿井20组地应力的基础上,获得高水平构造应力赋存特征。针对某深部矿井首采面两回采巷道布置方位与最大水平应力一致时,断面收缩仍然严重,对比Tresca理论与Gale理论,确定前者更适合分析此类巷道变形破坏状态。按点的应力状态计算不同侧压下巷道最优布置方位与最大水平主应力夹角β,得到首采面两巷的β为45°。根据巷道帮、顶应力差值越大围岩稳定性越差,进一步探究了β从0°偏转为12°,其围岩变形的应力差影响程度降至91%。接替面工程实践表明:初期支护方案相同时巷道围岩变形略有改善,后期支护方案改为帮、顶角增加两根锚索外加信号柱及时补强后支护效果良好,研究结果为类似条件下巷道布置与围岩控制提供了一定参考。

关键词：深部回采巷道 Tresca理论地应力最优布置方向

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皖北矿区回采巷道动态权值分类及其差异化支护

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采矿与安全工程学报 2017年第6期34卷 1042-1050页

作者：李迎富华心祝王晓虎杨科安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程博士后流动站安徽淮南232001

皖北矿区回采巷道支护设计很大程度上依赖于技术人员的工程判断力和实践经验,导致有些巷道支护效果不佳,有些设计参数偏于保守,制约着矿井安全高效水平的提高。因此,在考虑层位岩性、节理裂隙、开采深度等因素基础上,定义了巷道顶板、... 详细信息

皖北矿区回采巷道支护设计很大程度上依赖于技术人员的工程判断力和实践经验,导致有些巷道支护效果不佳,有些设计参数偏于保守,制约着矿井安全高效水平的提高。因此,在考虑层位岩性、节理裂隙、开采深度等因素基础上,定义了巷道顶板、底板及煤帮的稳定性判别指标。基于关键层理论,计算出顶板垮断极限层的层序数和采空区悬顶长度,推导出临界煤柱宽度计算式,从而确定了护巷煤柱稳定性判别指标,并进行了巷道围岩综合评价和整体分类。采用计算机数值模拟,拟合出分类指标与围岩塑性率的函数关系,计算了随围岩条件动态变化的分类指标权值,并依据基本顶来压当量及围岩塑性率函数的斜率变化,确定了围岩次分类的判别条件。结合皖北矿区回采巷道支护的成功实例,构建了包含巷道围岩力学参数、支护参数及其支护效果等信息的样本数据库,在综合考虑巷道类型及服务年限、区域类型、整体分类及围岩次分类基础上,优选试验巷道的支护方案,实现回采巷道支护决策安全可靠、经济合理。

关键词：层位岩性临界煤柱宽度整体分类围岩塑性率动态权值围岩次分类差异化支护

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