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岩层运动并行计算系统中动力本构模型引入和巷道冲击破裂过程模拟

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煤炭学报 2024年

作者：王学滨张钦杰潘一山马立强李小帅刘栋白雪元陈双印辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁大学物理学院新疆煤系资源勘探与开采重点实验室

巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义。在微机上模拟巷道冲击时，现有的国外通用商业软件的计算规模小，计算效率低，功能有限。本文在历时10多年自主开发的岩层运动并行计算系统中，... 详细信息

巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义。在微机上模拟巷道冲击时，现有的国外通用商业软件的计算规模小，计算效率低，功能有限。本文在历时10多年自主开发的岩层运动并行计算系统中，发展了动力模拟功能，通过岩样的单轴压缩动力实验验证了该方法的正确性。具体而言，以适于较宽应变率范围的朱-王-唐动力本构模型取代静力本构模型，即广义胡克定律，以提高系统的适用性；以动态黏聚力取代莫尔-库仑准则中的静态黏聚力，以考虑岩石的动力强度特性；以黏性阻尼取代局部自适应阻尼，以克服其在模拟动力学问题时的局限性。通过在巷道围岩模型上表面施加冲击速度，考察了不同应变率条件下巷道围岩模型的失稳规律。当应变率低时，巷道围岩的失稳呈间歇性，这是因为巷道围岩的强度较低，存储的应变能较少，失稳易于发生，也易于停止，但不足以为剧烈的大失稳提供足够的动能；当应变率高时，巷道两帮的开裂区发展较快，这是由于开裂区扩展所需要的能量能得到及时供给，巷道围岩的失稳具有持续性，只有当围岩储存的应变能较高时才能失稳，一旦失稳，则难以停止，这将造成严重的动力灾害。本文工作为未来支护条件下巷道抗冲击研究奠定了良好的技术基础。

关键词：巷道冲击地压动力本构模型黏性阻尼并行计算连续-非连续方法

浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区特征及其治理技术

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煤炭科学技术 2024年

作者：汪北方吕元昊张晶辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院辽宁工程技术大学矿业学院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室山东科技大学山东省矿山灾害预防控制重点实验室辽宁工程技术大学理学院

李家壕煤矿浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育，漏风条件复杂，遗煤自燃隐患突出，严重制约矿井安全、高效生产。为此，采用相似实验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区，运用分形几何理论量化分区裂隙，基于“关键层理论”分... 详细信息

李家壕煤矿浅埋近距离煤层开采覆岩裂隙发育，漏风条件复杂，遗煤自燃隐患突出，严重制约矿井安全、高效生产。为此，采用相似实验和数值模拟划定浅埋复合采空区覆岩采动裂隙分区，运用分形几何理论量化分区裂隙，基于“关键层理论”分析裂隙分区诱因并提出针对性治理技术方案。研究结果表明：31114工作面开采覆岩裂隙循环张开、闭合，地表滞后工作面周期性产生倾向动态裂缝。浅埋复合采空区覆岩裂隙呈“M状”分布，划为垮落带不规则裂隙区Ⅰ，裂隙带斜向破断裂隙区Ⅱ、Ⅲ和斜向离层裂隙区Ⅳ，地表边界内侧形成边缘裂缝。其中，裂隙区Ⅰ空隙发育、分布复杂，裂隙网络分形维数最大为1.569，裂隙区Ⅱ、Ⅳ和Ⅲ依次为1.531、1.438和1.396。建立浅埋复合采空区覆岩关键岩块“砌体梁”结构力学模型及失稳判据，阐释覆岩基本顶关键层“砌体梁”结构回转变形失稳导致裂隙区Ⅱ和Ⅲ斜向破断裂隙张开，基本顶关键层和层间关键层“砌体梁”结构组合承载作用致使裂隙区Ⅳ斜向离层裂隙发育。提出浅埋复合采空区覆岩斜向裂隙和地表裂缝井上、下协同治理技术，增加工作面进、出上覆采空区和末采阶段推进速度至14 m·d-1，辅以裂隙区Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ及边界地表回填风积沙、覆盖黄土。SF6示踪技术测试表明浅埋复合采空区地表漏风量小，覆岩采动裂隙治理效果良好，为遗煤自然发火防治提供重要理论参考依据。

关键词：浅埋复合采空区裂隙分区分形几何理论 “砌体梁”结构裂隙治理

有机酸与无机酸对煤体力学性质的影响对比研究

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山东煤炭科技 2024年第1期42卷 94-99页

作者：梁锋田军孙功帅山东省三河口矿业有限责任公司山东济宁277600 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

为丰富酸化压裂液体系,以甲酸与氢氟酸为代表对煤样进行溶蚀处理,来探索有机酸与无机酸对煤样的力学损伤规律,采用单轴压缩实验,解释酸液对煤体力学性质的改造机理。结果表明,氢氟酸降低原煤的抗压强度效果比甲酸显著,15%浓度氢氟酸煤... 详细信息

为丰富酸化压裂液体系,以甲酸与氢氟酸为代表对煤样进行溶蚀处理,来探索有机酸与无机酸对煤样的力学损伤规律,采用单轴压缩实验,解释酸液对煤体力学性质的改造机理。结果表明,氢氟酸降低原煤的抗压强度效果比甲酸显著,15%浓度氢氟酸煤样的峰值应力比原煤低54.28%,失稳破坏所需的总能量比原煤降低73.73%,抗压强度综合改造效果最好。甲酸提高煤的韧性效果比氢氟酸显著,15%浓度甲酸煤样峰值应变较于原煤仅降低18.80%,总能量输入速率较缓且数值较高,韧性综合改造效果最好。

关键词：酸化处理单轴压缩抗压强度能量耗散脆性韧性

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红庆河矿典型工作面冲击地压灾变机理及防治

矿业科学学报 2023年第6期8卷 803-816,827页

作者：刘文超赵毅鑫中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 煤矿灾害预防与处置应急管理部重点实验室北京100083 共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083

针对深部高静载应力环境下采掘工作面局部应力集中导致煤岩动力事件频发的问题,以新街矿区红庆河矿采煤工作面为工程研究背景,结合工作面开采方式与采掘期间煤岩动力事件对3-1煤层地质条件进行初步分析;运用数值模拟软件对工作面采动应... 详细信息

针对深部高静载应力环境下采掘工作面局部应力集中导致煤岩动力事件频发的问题,以新街矿区红庆河矿采煤工作面为工程研究背景,结合工作面开采方式与采掘期间煤岩动力事件对3-1煤层地质条件进行初步分析;运用数值模拟软件对工作面采动应力场和能量场进行模拟,分析3-1103综采面回采过程中采场潜在的易煤岩冲击失稳区域和冲击地压孕育-灾变机制,研究危险区域煤岩灾变力源、影响因素及防控措施。结果表明:①3-1103综采面回采期间顶板岩层结构、采空区、区段煤柱等是影响冲击地压的主要因素;②模拟得到3-1103综采面回采期间采场易冲击失稳区域位置及特征,确定了采场范围内存在5个强冲击性和11个中等冲击性区域;③提出了包括切断冲击力源、降低应力集中、阻隔高集中应力传递三个方面的采场高静载或高静载+动载区域分源防控技术,对煤岩冲击失稳危险区域回采前进行预先卸压、回采期间局部解危和防冲减冲处理。

关键词：深采工作面冲击失稳坚硬厚顶板应变能密度高静载动载

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建筑物下压煤充填开采方案优选评价研究

山东煤炭科技 2024年第4期42卷 146-150,156页

作者：张文泉马超群朱先祥山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

传统的建下压煤开采方案主要靠工程类比方式确定,方案的选择缺乏科学合理性,为实现建筑物下压煤充填开采方案便捷优选的目的,基于多属性决策相关理论,围绕适用于建下压煤充填开采的评价指标体系及评价模型展开研究。考虑经济性、技术性... 详细信息

传统的建下压煤开采方案主要靠工程类比方式确定,方案的选择缺乏科学合理性,为实现建筑物下压煤充填开采方案便捷优选的目的,基于多属性决策相关理论,围绕适用于建下压煤充填开采的评价指标体系及评价模型展开研究。考虑经济性、技术性、安全性三方面构建多属性评价指标体系;从指标权重、靶心距角度对传统灰靶决策模型进行改进,建立了博弈论组合赋权改进灰靶决策模型。以唐口煤矿五采区建下压煤开采为例进行模型评价检验,评价结果显示该模型优选方案与该矿实际采用方案一致,应用该方案产生经济效益18953.16万元,地表建筑物损坏等级控制在I级损害范围内,开采经济性和安全性最优,表明该文所构建的评价指标体系及评价模型能够合理有效地进行建下压煤充填开采方案优选。

关键词：建筑物下压煤充填开采方案优选指标体系灰靶决策模型

双轨D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测与分析

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能源技术与管理 2024年第1期49卷 1-6页

作者：董娟柯飞牛昆王家乐国能神东鄂尔多斯市新能源科技开发有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017209 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭4112013

为了能够精确监测矿区地表沉陷,验证D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测应用中的可行性,采用D-InSAR技术提取工作面推进93、153、443、809 m时SAR影像沉陷信息,结合现场实地监测试验对宁夏枣泉矿区采动过程中地表沉陷展开了详细分析。结果表... 详细信息

为了能够精确监测矿区地表沉陷,验证D-InSAR技术在矿区地表沉陷监测应用中的可行性,采用D-InSAR技术提取工作面推进93、153、443、809 m时SAR影像沉陷信息,结合现场实地监测试验对宁夏枣泉矿区采动过程中地表沉陷展开了详细分析。结果表明:卫星监测期间,枣泉矿区出现了4个明显沉陷区域,且地表沉陷中心都滞后于工作面一定距离;D-InSAR技术监测结果与实际监测结果基本一致,说明D-InSAR技术能够有效地监测矿区沉降情况。研究成果验证了D-InSAR技术作为面向矿区的地表沉降监测方法的可行性,为矿区的安全开采和绿色发展提供了技术支撑。

关键词： D-InSAR技术 SAR雷达影像地表沉降沉陷规律

厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律研究

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煤炭技术 2024年第5期43卷 24-28页

作者：焦方树张新国范亚奇山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参... 详细信息

为探究厚煤层膏体分层充填开采地表移动变形规律,以古城煤矿1305工作面为研究对象,采用理论分析、参数计算及地表下沉预计等方法,基于等价采高理论建立了适用于膏体充填开采的等价采高模型,修正了非充分采动条件下的膏体充填开采预计参数,预计并揭示了厚煤层膏体分层充填开采后的地表移动参数变化规律。结果表明:膏体分层充填开采后地表最大下沉值270 mm,地表建筑物损坏等级在Ⅰ级允许变形以内,保证了地表建筑物的正常使用,为类似膏体充填后地表沉陷预测提供借鉴。

关键词：厚煤层膏体分层充填重复采动修正系数非充分采动

深圳市基于污水流行病学的新型冠状病毒奥密克戎变异株感染者来源追踪案例分析

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中华医学杂志 2024年第4期104卷 302-307页

作者：彭悦景李迎慧杜琛郭寅生宋江腾贾春艳张鑫刘慕军王子苗刘斌严淑兰杨煜祥唐湘良林革新李学云张勇袁建辉许世宽陈传德逯建华邹旋万成松扈庆华南方医科大学公共卫生学院生物安全研究中心广州510515 深圳市疾病预防控制中心病原微生物检测所深圳518055 深圳市疾病预防控制中心突发公共卫生应急部深圳518055 深圳市生态环境局水生态环境处深圳518040 深圳市福田区水务局深圳518035 深圳市福田区水务局供排水管理科深圳518035 深圳市南山区水务局排水与灾害防御科深圳518052 深圳市生态环境局罗湖管理局深圳518001 深圳市生态环境局罗湖管理局环境管理科深圳518001 深圳市福田区疾病预防控制中心深圳518040 深圳市福田区疾病预防控制中心微生物检验科深圳518040 深圳市南山区疾病预防控制中心深圳518054 深圳市南山区疾病预防控制中心传染病防制科深圳518054 深圳市罗湖区疾病预防控制中心深圳518020 深圳市疾病预防控制中心深圳518055 南方医科大学公共卫生学院广东省热带病研究重点实验室BSL‑3实验室广州510515

污水流行病学(WBE)是一门新兴学科,已被应用于药物滥用追踪和传染病病原体监测。在新型冠状病毒(简称新冠病毒)感染疫情期间,WBE被应用于监测疫情流行趋势和提供早期预警。为了及时发现隐匿的新冠病毒感染者,防止其在社区的传播,深圳市... 详细信息

污水流行病学(WBE)是一门新兴学科,已被应用于药物滥用追踪和传染病病原体监测。在新型冠状病毒(简称新冠病毒)感染疫情期间,WBE被应用于监测疫情流行趋势和提供早期预警。为了及时发现隐匿的新冠病毒感染者,防止其在社区的传播,深圳市于2022年7月26日至11月30日在福田、南山、罗湖和盐田区的口岸地带、城中村、居民小区等重点场所布设369个污水采样点位,覆盖193万人口,开展污水监测新冠病毒的工作。每日在用水高峰时段进行3 h连续采样,采用聚乙二醇沉淀法和RT-qPCR进行污水病毒富集浓缩及新冠病毒核酸检测,并形成了阳性水样处置流程。本文旨在介绍深圳市基于城市污水开展新冠病毒感染者来源追踪的相关案例,在罗湖区洪湖水质净化厂污水监测有效发挥了早期预警作用并实现感染者来源追踪;在福田区福田南路阳性水样处置中获得监测点位布设的重要经验;在南山区南山村污水监测中揭示了隐匿感染者的存在。分享基于WBE的新冠病毒监测和感染者追踪,避免新冠病毒感染者在社区传播的经验,总结污水监测的优势和应用前景,为未来具有肠道排毒的新发或再发传染病病原体监测提供新的研究思路。

关键词：污水流行病学污水监测新型冠状病毒

基于D-InSAR技术的矿区地表沉陷监测研究

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地球学报 2024年第3期45卷 410-422页

作者：仝云霄杨俊泉胡晓佳孟中玙中国地质调查局天津地质调查中心天津300170 华北地质科技创新中心天津300170 天津市海岸带地质过程与环境安全重点实验室天津300170

矿山开采可能诱发各种地质灾害,威胁矿区的社会稳定和居民的生命财产安全,快速准确监测矿区沉陷可有效预防地质灾害。本文以山西省大同煤矿为研究对象,获取2022年10月至2023年3月共13景Sentinel-1影像,基于合成孔径雷达差分干涉测量技术... 详细信息

矿山开采可能诱发各种地质灾害,威胁矿区的社会稳定和居民的生命财产安全,快速准确监测矿区沉陷可有效预防地质灾害。本文以山西省大同煤矿为研究对象,获取2022年10月至2023年3月共13景Sentinel-1影像,基于合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar,D-In SAR)进行地表沉陷监测研究,获取大同煤矿地表累计沉陷量,使用已有研究成果对比验证了本实验结果的可靠性。结果表明,大同煤矿沉陷分布较广,主要分布在大同市南郊区西部以及南郊区、怀仁市、左云县和山阴县四县市交界处,监测期间最大、平均沉陷量分别为381.43 mm、13.88 mm,总沉陷面积约为207.91 km2,根据7个重点沉陷区的时空变化特征及演化规律发现沉陷呈现持续扩张趋势,推断地表沉陷仍会持续较长时间。研究证明了In SAR技术在矿山开采沉陷监测的可靠性,为矿产资源管理工作提供新的技术方法,研究结果可为矿山开采沉陷治理和地质灾害防控提供参考依据。

关键词：大同煤矿 D-InSAR 矿区沉陷地表形变监测地质灾害 Sentinel-1

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