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矸石倾斜条带充填体参数优化及其稳定性分析

煤炭学报 2011年第2期36卷 234-238页

作者：郭忠平黄万朋山东科技大学资源与环境工程学院山东青岛266510 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

利用矿压理论、岩板理论及数值模拟方法,对某煤矿矸石条带充填工作面的充填参数进行了优化,确定了充填60 m、留25 m的充填方案。通过数值模拟分析,得出了充填体塑性区比例系数与充填体宽度呈下凹型的幂指数关系。将充填体视为弹塑性体,... 详细信息

利用矿压理论、岩板理论及数值模拟方法,对某煤矿矸石条带充填工作面的充填参数进行了优化,确定了充填60 m、留25 m的充填方案。通过数值模拟分析,得出了充填体塑性区比例系数与充填体宽度呈下凹型的幂指数关系。将充填体视为弹塑性体,建立了充填体和上覆矩形薄板系统的力学模型,运用板壳理论和材料力学理论,给出了顶板最大下沉量计算公式,得到基本顶岩板的最大下沉量为8.73 cm,其结果与数值模拟相吻合。

关键词：矸石条带充填体参数优化稳定性

矸石粒径及含量影响高砂高泡水泥基固结体强度机理研究

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采矿与安全工程学报 2020年第2期37卷 376-384页

作者：王旭锋曹文豪张东升杨欢常泽超蔡为益中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 南阳理工学院土木学院河南南阳473004 江苏省矿山地震监测工程实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 徐州中矿地下工程科技有限公司江苏徐州221116

为研究矸石粒径及掺量对高砂高泡水泥基充填材料固结体(简称“基体”)强度的影响,通过宏观力学试验和微观结构观测,系统分析了3种密度等级(800,1000,1200 kg/m^3)基体的混合固结体强度变化规律,并结合其破坏特征,明确了矸石对基体强度... 详细信息

为研究矸石粒径及掺量对高砂高泡水泥基充填材料固结体(简称“基体”)强度的影响,通过宏观力学试验和微观结构观测,系统分析了3种密度等级(800,1000,1200 kg/m^3)基体的混合固结体强度变化规律,并结合其破坏特征,明确了矸石对基体强度的影响机理。结果表明:1)矸石粒径通过界面结构强度影响混合固结体强度,其强度随矸石粒径增大而减小,级配良好的连续级矸石(2~15 mm)混合固结体强度最大;2)矸石掺量对混合固结体的影响取决于矸石与基体的强度关系,矸石强度相对较大时,有利于混合固结体强度的提高,且混合固结体强度与矸石掺量呈正相关,Ⅲ类固结体相对于无矸固结体,强度最大增幅为29.8%,反之,矸石会降低固结体的强度,混合固结体强度最大降幅达到25%。研究结果可为高砂高泡水泥基材料充填设计提供参考。

关键词：充填材料矸石混合固结体强度变化规律影响机理

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矸石充填综采覆岩关键层变形特征研究

煤炭学报 2010年第3期35卷 357-362页

作者：张吉雄李剑安泰龙黄艳利中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学理学院江苏徐州221116

在分析传统综采与充填综采覆岩变形特征的基础上,建立充填综采覆岩关键层力学模型,并运用弹性地基梁理论分析了关键层弯曲变形的特征,得到关键层最大挠度与强度、下部岩层弹性地基系数与岩性参数之间的关系。结合某矿的具体条件,计算得... 详细信息

在分析传统综采与充填综采覆岩变形特征的基础上,建立充填综采覆岩关键层力学模型,并运用弹性地基梁理论分析了关键层弯曲变形的特征,得到关键层最大挠度与强度、下部岩层弹性地基系数与岩性参数之间的关系。结合某矿的具体条件,计算得出充填综采工作面覆岩关键层的最大挠度,并通过改变充填材料的性质,研究了充填材料弹性模量与关键层挠度之间的变化关系,提出可通过提高充填材料弹性模量的方法减少关键层的弯曲变形量,证实了矸石充填具有限定关键层的变形、控制地表沉陷的作用。

关键词：矸石充填综采关键层变形弹性地基

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高光谱成像的煤与矸石分类

光谱学与光谱分析 2022年第4期42卷 1250-1256页

作者：李廉洁樊书祥王学文李瑞文小王璐瑶李博太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 北京农业智能装备技术研究中心北京100097

煤与矸石分选是煤矿生产的必要工序,现有的人工分选与机械分选,存在效率低,易造成资源浪费以及环境污染等问题。鉴于可见/近红外高光谱成像具有分析速度快、样品无需预处理、无污染等诸多优势,旨在探讨基于可见/近红外高光谱成像对黑色... 详细信息

煤与矸石分选是煤矿生产的必要工序,现有的人工分选与机械分选,存在效率低,易造成资源浪费以及环境污染等问题。鉴于可见/近红外高光谱成像具有分析速度快、样品无需预处理、无污染等诸多优势,旨在探讨基于可见/近红外高光谱成像对黑色背景下块状煤与矸石准确分类的可行性,并基于特征波长筛选算法简化模型,为构建多光谱煤与矸石分选系统提供理论参考。首先,搭建高光谱成像系统并采集山西西铭矿的85个煤样本与83个矸石样本在400~1000 nm(Vis/NIR)与1000~2500 nm(NIR)两个范围内的高光谱图像,基于图像处理方法去除背景信息,选取Vis/NIR范围内100×100像素和NIR范围内50×50像素区域内的平均光谱作为该样本在对应波段范围的一条光谱,重复10次,最终在两个波段各获得煤与矸石光谱850条和830条。其次,对光谱先后进行Savitzky-Golay卷积平滑和标准正态变量变换,以减少噪音和误差对光谱的影响。基于全波段光谱建立支持向量机(SVM),k近邻法(KNN),偏最小二乘判别分析(PLS-DA)三种模型,每个模型针对预测集的分类准确度均大于0.95,结果表明,基于煤和矸石的光谱信息可将二者区分。随后根据竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)选择的特征波长建立简化模型,综合考虑精度与成本等因素,在Vis/NIR范围内基于SPA筛选的3个特征波长所建立的SVM模型效果最好,不仅能有效减少波长数量,还能提高模型的分类效果,对应的灵敏度,特异度,准确度分别为1,0.9652,0.9833。基于判别模型与样本的平均光谱还可实现煤和矸石的分类可视化。研究结果对开发基于特征波长的低成本煤和矸石多光谱分选系统,实现煤矸快速、准确的无损检测具有借鉴意义。

关键词：高光谱成像煤矸石黑色背景无损检测

基于可见-近红外和热红外光谱联合分析的煤和矸石分类方法研究

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光谱学与光谱分析 2017年第2期37卷 416-422页

作者：宋亮刘善军虞茉莉毛亚纯吴立新东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221008

煤与矸石是矿山采煤过程中主要固体堆放物,对其进行遥感动态监测是矿山环境保护的重要需求。由于煤与部分矸石存在"异物同谱"现象,在使用传统的可见-近红外遥感分类时,往往将部分矸石划分为煤,导致遥感分类精度降低。首先对铁法矿区的1... 详细信息

煤与矸石是矿山采煤过程中主要固体堆放物,对其进行遥感动态监测是矿山环境保护的重要需求。由于煤与部分矸石存在"异物同谱"现象,在使用传统的可见-近红外遥感分类时,往往将部分矸石划分为煤,导致遥感分类精度降低。首先对铁法矿区的12个煤样本和115个矸石样本进行可见-近红外光谱测试,发现绝大部分矸石样品的光谱与煤差异很大,二者易于区分,但有部分矸石与煤样本存在"异物同谱"现象。为进一步对矸石与煤区分,测试了混分样本的热红外光谱,发现二者存在明显的光谱差异,利用热红外光谱特征可以将其区分开来。在此基础上,提出了基于可见-近红外和热红外光谱联合分析的煤与矸石区分方法。该方法首先对所有样本进行可见-近红外光谱测试,利用Mao模型进行第一步分类识别;其次对煤与矸石混分的样品进行热红外光谱测试,利用光谱吸收比率SAR作为判别指标进行第二步分类,两步的分类结果为最终分类结果。该方法在铁法、兖州、神东和木里矿区的验证结果表明,其具有很高的分类准确率,效果远好于单独基于可见-近红外光谱特征的分类方法。研究结果表明,利用多种光谱联合分析的方法可以解决单波段存在的"异物同谱"现象,对于地物遥感分类具有重要的借鉴意义。

关键词：煤矸石遥感可见-近红外热红外

基于可见光波段的燃烧与未燃烧矸石分类方法研究

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光谱学与光谱分析 2019年第4期39卷 1148-1153页

作者：宋亮刘善军毛亚纯王东虞茉莉东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

我国煤矿数量众多,分布广泛,大量堆积的煤矸石对矿区环境造成严重影响,其中部分煤矸石处理不当可能引发自燃和爆炸,对矿区安全构成直接威胁。根据煤矸石的燃烧状态可以分为燃烧矸石和未燃烧矸石两类,其存在的安全隐患和对环境的危害性... 详细信息

我国煤矿数量众多,分布广泛,大量堆积的煤矸石对矿区环境造成严重影响,其中部分煤矸石处理不当可能引发自燃和爆炸,对矿区安全构成直接威胁。根据煤矸石的燃烧状态可以分为燃烧矸石和未燃烧矸石两类,其存在的安全隐患和对环境的危害性有所不同,同时其综合利用的途径亦不相同。因此,对煤矸石进行燃烧矸石和未燃烧矸石的分类识别与监测就显得尤为重要。目前的监测方法主要为实地勘查调研,其效率低、成本高,难以满足煤矸石监测的实际需求。选择辽宁省铁法矿区作为研究区,首先从矿区矸石山现场采集典型的煤矸石样本106个;然后,利用SVC HR1024光谱仪测试其可见光-近红外光谱,分析燃烧和未燃烧矸石的光谱特征,并基于可见光波段构建光谱指数NDGI,用于识别燃烧矸石和未燃烧矸石。选择实验室测试的光谱数据和实际卫星遥感数据对该指数进行了验证,并与随机森林法进行对比。结果显示:在350～760 nm燃烧矸石光谱曲线斜率整体较高,在550～630 nm反射率存在陡升现象,而未燃烧矸石在整个可见光波段光谱曲线斜率较低;以0.25作为NDGI指数阈值,可以很好地将燃烧矸石和未燃烧矸石区分开来,实验室样本验证结果显示, NDGI指数的分类精度可达99.1%,高于随机森林分类法的95.2%;现场的验证结果表明,使用铁法矿区的landsat8 OLI数据,并基于NDGI指数对矿区内的矸石山进行燃烧和未燃烧区域识别划分,所提取的燃烧和未燃烧矸石在形态和大小上与Google Earth具有很好地一致性,表明该指数对于矸石的燃烧状态具有很好识别效果。在上述研究基础上,分别取燃烧和未燃烧矸石进行矿物鉴定,通过对比矸石燃烧前后矿物种类的变化,分析造成燃烧和未燃烧矸石的光谱特征差异的原因。结果表明:燃烧使矸石中的Fe^(2+)被氧化为Fe^(3+)。Fe^(3+)的大量增加造成光谱曲线在550nm处形成明显的波谷特征,在整个燃烧过程中生成的玻璃质在750nm处形成高反射率,二者综合造成燃烧和未燃烧矸石的NDGI指数差异。研究结果为煤矿区燃烧和未燃烧矸石的区分识别提供了一种快速、高效、较为准确的实用方法。

关键词：遥感可见光-近红外光谱矸石分类

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煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法

煤炭学报 2023年第1期48卷 150-162页

作者：张吉雄周楠高峰闫浩中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一,严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一,但现有充填技术增加了工作面生产工序,降低了15%~20%采煤效率,亟需解决矿山固... 详细信息

矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一,严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一,但现有充填技术增加了工作面生产工序,降低了15%~20%采煤效率,亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干涉难题,突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。为此,综述了矸石处置利用现状与存在问题,提出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法,系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科学与技术问题,给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式,探讨了非均质矸石料浆流动性稳态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点,分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式,完善了矸石综合处置与利用技术体系,引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向,在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面具有广阔应用前景,可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利用绿色发展模式的建设。

关键词：矸石嗣后空间注浆充填固废处置岩层控制

短壁块段式充填采煤矸石充填材料重金属离子“下行”迁移规律及控制技术

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采矿与安全工程学报 2023年第2期40卷 284-294页

作者：张云刘永孜曹胜根来兴平刘嘉张雷铭童亮何伟西安科技大学能源学院陕西西安710054 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

现阶段煤炭开采产生的废弃矸石广泛利用于矿山充填领域,然而矸石内部重金属离子对矿区水资源产生的潜在污染风险愈发突出。结合短壁块段式充填采煤技术,综合分析重金属离子析出与迁移的敏感性因素,建立矸石充填材料重金属离子“下行”... 详细信息

现阶段煤炭开采产生的废弃矸石广泛利用于矿山充填领域,然而矸石内部重金属离子对矿区水资源产生的潜在污染风险愈发突出。结合短壁块段式充填采煤技术,综合分析重金属离子析出与迁移的敏感性因素,建立矸石充填材料重金属离子“下行”迁移模型,揭示矸石充填材料重金属离子“下行”迁移规律,提出重金属离子“下行”迁移控制技术。研究表明:矸石粒径、煤层埋深、底板岩性以及重金属离子析出浓度是关键性影响因素,且重金属离子迁移距离随底板岩层的渗透率及重金属离子析出浓度的增大而增大,随矸石粒径及煤层埋深的增大而减小,确定底板岩层的渗透率及重金属离子析出浓度为核心影响因素。提出了重金属离子“下行”迁移控制技术,包括顶板注浆封堵技术、底板铺设防渗层技术、pH值调控技术以及矸石粒径控制技术。

关键词：矸石重金属离子矿区水资源污染短壁块段式充填采煤

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巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究

中国矿业大学学报 2008年第6期37卷 745-750页

作者：李强茅献彪卜万奎马占国中国矿业大学理学院江苏徐州221116

建立了巷道矸石充填的力学模型,并应用Ritz法求解了煤柱位移场的弹性解.根据弹性-黏弹性对应原理,通过引入Maxwell体流变模型,求解了煤柱位移场的黏弹性解.得到了煤柱的压缩变形、侧向变形等随时间及充填体材料特性的变化规律,由此可确... 详细信息

建立了巷道矸石充填的力学模型,并应用Ritz法求解了煤柱位移场的弹性解.根据弹性-黏弹性对应原理,通过引入Maxwell体流变模型,求解了煤柱位移场的黏弹性解.得到了煤柱的压缩变形、侧向变形等随时间及充填体材料特性的变化规律,由此可确定充填巷采煤柱的变形特征,并估计了煤柱最终变形量及变形稳定时间等.将研究结果与某矿区充填开采实测变形规律比较,两者具有较好的吻合.

关键词：煤柱矸石充填开采力学分析