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矿震诱发巷道冲击地压力学机制及判别准则研究

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采矿与安全工程学报 2024年第3期41卷 493-503页

作者：朱小景潘一山齐庆新肖永惠李海涛煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院北京100013 辽宁大学物理学院辽宁沈阳110036 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

针对目前矿震诱发巷道冲击地压机制不清晰、理论研究不完善的问题,建立圆形巷道弹塑性软化力学模型,基于巷道围岩软化区能量和矿震波能量,提出矿震诱发巷道冲击地压的软化区能量极值判别准则。将软化区外边界矿震波能量与临界软化区能... 详细信息

针对目前矿震诱发巷道冲击地压机制不清晰、理论研究不完善的问题,建立圆形巷道弹塑性软化力学模型,基于巷道围岩软化区能量和矿震波能量,提出矿震诱发巷道冲击地压的软化区能量极值判别准则。将软化区外边界矿震波能量与临界软化区能量之比定义为统一能量指数,并作为矿震能否诱发巷道冲击地压的判别依据,当统一能量指数小于等于1时,表明没有多余能量推动软化区煤体冲向巷道内,即矿震不会诱发巷道冲击地压;当统一能量指数大于1时,表明有多余能量迫使软化区煤体冲向巷道内,即会诱发巷道冲击地压。冲击地压发生时,用巷道快速收缩位移表征冲击地压破坏程度,且巷道快速收缩位移随着围岩临界软化区能量呈指数下降,随着软化区外边界矿震波能量呈线性上升。通过相似模拟试验和数值模拟,验证了理论分析的合理性和正确性。

关键词：冲击地压临界软化区能量软化区外边界矿震波能量统一能量指数巷道快速收缩位移

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露天采矿科学目标的演变与未来发展趋势

煤炭学报 2024年第S1期49卷 129-153页

作者：王忠鑫田会王东田凤亮宋波赵明辛凤阳陈洪亮王金金苏振宁曾祥玉辽宁工程技术大学矿业学院中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司中国煤炭学会

露天开采是矿产资源开采的重要方式，国家与地方对露天矿开采提出了更高的要求。因此，将露天采矿作为一门科学开展系统性研究，揭示采矿过程和发生现象的规律，并做出科学的解释显得尤为迫切。首先从露天开采基础理论、关键成套装备研... 详细信息

露天开采是矿产资源开采的重要方式，国家与地方对露天矿开采提出了更高的要求。因此，将露天采矿作为一门科学开展系统性研究，揭示采矿过程和发生现象的规律，并做出科学的解释显得尤为迫切。首先从露天开采基础理论、关键成套装备研制与爆破工程技术3个方面梳理了近40 a来我国固体矿产资源露天开采领域取得的重大技术成果。而后采用现代科学计量学和信息计量学技术对近40 a来7 128篇文献进行了多元动态分析，以聚类分析法对主要研究主题在包括时间维度上的发展演化过程进行了多维度定量刻画。发现研究主题的演变是技术发展、开采现状、政策环境等多因素耦合影响的结果。以现有重大科技成果以及客观的文献计量结果为基础，指出了未来露天采矿科学的目标为形成系统全面的露天矿安全绿色高效智能开采技术体系，并给出了实现路径，即形成露天采矿工艺系统及重大装备热点研究主题，强化现有热点研究与露天采矿工艺系统及重大装备之间深度交叉融合，并给出了行业内外的各主题优势资源进行联合重大科技攻关，实现多主题间实质性协同创新的有益建议。最后从能源和生态视角的矿区规划理论、智能采矿设计原理、智能集群调度理论、煤炭开采易自燃特厚煤层安全高效开采技术、高大边坡稳定性控制技术、复杂工况带式输送机高效运输技术、智能化露天矿山系统工程7个方面展望了未来露天采矿科学的重大基础理论技术的发展方向；从高效率移动式破碎设备、模块式半固定破碎设备、连续开采工艺系统装备、大倾角运输装备、大型排土机5个方面展望了未来露天开采装备的发展方向。

关键词：露天矿采矿科学科学目标知识图谱文献计量 Citespace

考虑实际接触三维粗糙度退化的软岩节理剪胀规律预测模型

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岩土工程学报 2024年第5期46卷 1008-1017页

作者：班力壬杜伟升候宇航戚承志陶志刚北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 煤炭科学研究总院有限公司深地科学院北京100013 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为预测岩石节理的剪胀变形行为,分析了恒法向荷载作用下实际接触微凸体三维粗糙度在剪切过程中的退化规律,提出了一个适用于软岩节理的剪胀曲线预测模型。在剪切荷载作用下节理法向位移的变化是节理在三角形微凸体侧面爬坡上升行为与爬... 详细信息

为预测岩石节理的剪胀变形行为,分析了恒法向荷载作用下实际接触微凸体三维粗糙度在剪切过程中的退化规律,提出了一个适用于软岩节理的剪胀曲线预测模型。在剪切荷载作用下节理法向位移的变化是节理在三角形微凸体侧面爬坡上升行为与爬越一些微凸体顶点后闭合行为的叠加,爬坡行为与闭合行为引起的位移都正比于节理最大可能剪胀角。最大可能剪胀角退化的实质是实际接触节理微凸体平均等效倾角的退化。通过分析初始剪切与残余应力阶段的节理形貌特征,提出了计算初始最大可能剪胀角与残余应力阶段剪胀角的模型。基于软岩节理不发生突然脆性破坏的假设,进一步通过研究剪切过程中节理微凸体退化规律,量化了最大可能剪胀角的变化规律。定量了节理爬坡行为、闭合行为与最大可能剪胀角之间的关系,进而提出了节理剪胀规律预测模型,通过试验验证了模型的有效性。模型可较准确预测软岩节理的剪胀规律,并可合理描述节理初始阶段剪切压密行为。

关键词：节理剪胀形貌退化微凸体三维粗糙度节理形貌

露天煤矿废弃地自然资源价值识别与评估方法研究

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矿业安全与环保 2024年第1期51卷 154-160页

作者：肖泳张越李静中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司重庆400016

随着经济转型升级与煤炭资源的枯竭,露天废弃矿坑的二次开发利用成为资源型城市获得增量空间资源的新选择。基于科学的资源价值评价方法,提出了露天煤矿废弃地资源价值识别与定量评估的理想模型和技术方法路线,并以抚顺西露天矿各类资... 详细信息

随着经济转型升级与煤炭资源的枯竭,露天废弃矿坑的二次开发利用成为资源型城市获得增量空间资源的新选择。基于科学的资源价值评价方法,提出了露天煤矿废弃地资源价值识别与定量评估的理想模型和技术方法路线,并以抚顺西露天矿各类资源的评估为案例,直观展示了西露天矿的自然资源情况。通过研究可知,西露天矿总价值约为24.4亿元,其中直接使用价值占99.57%。在各类价值中,第三产业价值超过了第一、二产业的价值,这也与目前西露天矿的生态修复及发展方向相匹配,验证了模型的有效性。

关键词：二次开发利用价值识别定量评估分析理想模型模型有效性抚顺

原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 74-86页

作者：雷国荣李春元齐庆新王嘉敏杜伟升李向上何团煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院北京100013

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层... 详细信息

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

关键词：煤岩组合体层理倾角超声波 CT扫描波速灰度

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地震诱发煤矿次生灾害类型与评估方法

中国安全科学学报 2024年第4期34卷 167-174页

作者：齐庆杰刘英杰孙祚佟瑞鹏煤炭科学研究总院有限公司应急科学研究院北京100013 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为解决煤矿承灾体受地震灾害影响易发生次生灾害风险的问题,首先,调查和分析典型案例,归纳总结煤矿次生灾害类型与破坏特征,并基于人、机、环、管全要素,构建地震诱发煤矿次生灾害风险评估三级指标体系;然后,提出风险等级和隐患重要度... 详细信息

为解决煤矿承灾体受地震灾害影响易发生次生灾害风险的问题,首先,调查和分析典型案例,归纳总结煤矿次生灾害类型与破坏特征,并基于人、机、环、管全要素,构建地震诱发煤矿次生灾害风险评估三级指标体系;然后,提出风险等级和隐患重要度评估方法;最后,以河北省某市煤矿为例开展实际应用。结果表明:地震诱发煤矿次生灾害类型按照承灾体分为6类;地震诱发煤矿次生灾害发生可能性评估主要考虑煤矿所在区域地震灾害等级、煤矿次生灾害危险性、煤层瓦斯赋存致灾性、矿井水文地质条件致灾性、承灾体设防水平、防灾减灾能力6方面,后果严重性评估主要考虑灾害可能造成的伤亡人数和经济损失2方面;该市煤矿抗震设防薄弱环节为通风系统、井筒支护系统、排水系统,应有针对性地提高抗震设防等级。

关键词：地震煤矿次生灾害灾害类型风险评估隐患重要度

大采高工作面回撤通道水力压裂卸压与矿压规律研究

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中国矿业 2024年第4期33卷 192-200页

作者：王志超中煤科工开采研究院有限公司北京100013

工作面进入末采阶段时与回撤通道的距离逐渐缩短,煤柱逐渐进入塑性破坏状态。为探究回撤通道围岩灾变过程,计算了回撤通道后方保护煤柱的安全宽度,依托数值模拟方法研究了煤柱宽度渐变条件下垂直应力演化规律,分析了煤柱渐进破坏机理,... 详细信息

工作面进入末采阶段时与回撤通道的距离逐渐缩短,煤柱逐渐进入塑性破坏状态。为探究回撤通道围岩灾变过程,计算了回撤通道后方保护煤柱的安全宽度,依托数值模拟方法研究了煤柱宽度渐变条件下垂直应力演化规律,分析了煤柱渐进破坏机理,并实施了水力压裂卸压治理技术。研究结果表明:回撤通道前方煤柱的垂直应力分布存在“马鞍”形-“平台”形-“陡峰”形的变换规律,可将采动应力的影响划分为稳定阶段、叠加阶段、突变阶段和转移阶段。以柠条塔煤矿为例,开展了水力压裂卸压技术,包括注水压力、钻孔间距、钻孔压裂段数等参数的计算和现场布置方案。工作面与回撤通道贯通期间的支架阻力最大平均值为4 278 kN,活柱下缩量与来压步距得到了有效控制,顶板下沉量为145~200 mm,两帮变形量为340~450 mm,表明水力压裂技术取得了良好的卸压效果。

关键词：回撤通道覆岩应力水力压裂矿山压力切顶卸压

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钻井法超深井筒固井前竖向结构稳定性研究

煤炭学报 2024年

作者：单仁亮韩天宇荆国业谭杰李伟捷乔东杰许镇宇付新鹏煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院天地科技股份有限公司中煤特殊凿井有限责任公司

针对钻井法超深井筒竖向稳定性问题，首先将非满配重水钻井井筒等截面临界高度公式结果与变截面钻井井壁临界高度公式结果进行比较。计算龙固、板集井筒的竖向稳定性，并研究了不同井壁自重和配重水高度情况下井壁临界高度变化规律。最... 详细信息

针对钻井法超深井筒竖向稳定性问题，首先将非满配重水钻井井筒等截面临界高度公式结果与变截面钻井井壁临界高度公式结果进行比较。计算龙固、板集井筒的竖向稳定性，并研究了不同井壁自重和配重水高度情况下井壁临界高度变化规律。最后以某矿钻井法风井为工程原型，采用数值计算线性屈曲分析方法，计算分析了不同井壁自重减重幅度和配重水高度情况下该风井井壁结构竖向稳定性变化规律。研究结果表明：随着井壁自重的减小，配重水高度必须增加，若井壁自重每减少2kN/m3，为满足悬浮下沉要求，Hcw1、Hcw2分别增加15%、14%。由于等截面理论公式计算时井筒重心高于实际变截面井筒，等截面理论公式结果大于变截面公式，本文按等截面理论公式计算龙固、板集井筒的结果是偏于保守的。减小井壁自重和适当增大配重水高度都能增加井壁临界高度，随着井壁自重的减小，井壁临界高度呈现出非线性增大趋势，且两种方式相辅相成，相互增益，可有效增强井筒纵向稳定性。通过数值计算线性屈曲分析可有效模拟钻井法井筒固井前挠曲线形态和失稳状态，某矿风井在井壁减重20%后第1阶屈曲特征值提高1.8倍。不同配重水高度条件下Mises应力随井筒深度变化路径有显著差别，对于井壁结构竖向稳定而言，配重水高度不是越大越好，不同配重水高度条件下应力随井筒深度变化路径不同是引起钻井法超深井筒出现最优配重水高度的原因。研究结果可为后续钻井法凿井工业性试验工程的开展提供技术支撑。

关键词：钻井法凿井超深井筒竖向稳定性能量法线性屈曲悬浮下沉

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基于前馈解耦的重介密度分程预测控制

控制工程 2024年

作者：王靖宋玉莹中煤科工集团南京设计研究院有限公司南京业恒达智能系统有限公司

针对重介选煤过程中悬浮液密度的多变量预测控制算法在线计算量大的问题，提出一种基于前馈解耦的分程控制策略。基于分程控制的思想，通过比较重介悬浮液密度的与设定值的大小以保留对被控变量影响较大操纵变量，从而减少预测模型中操... 详细信息

针对重介选煤过程中悬浮液密度的多变量预测控制算法在线计算量大的问题，提出一种基于前馈解耦的分程控制策略。基于分程控制的思想，通过比较重介悬浮液密度的与设定值的大小以保留对被控变量影响较大操纵变量，从而减少预测模型中操纵变量数目。对于不重要的操纵变量作为可测扰动引入进行前馈补偿，进而将原预测控制算法中多变量控制模型解耦为多个单变量控制模型的组合，并基于多个单变量控制模型设计分散滚动优化策略。经过Matlab的仿真实验证明了该算法能够有效降低在线优化的运算量，进而缩短计算时间以满足工业现场快速响应的要求。

关键词：重介选煤密度控制多变量预测控制分程控制前馈解耦