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煤冲击倾向性的针贯入法测定

煤炭学报 2023年第5期48卷 1932-1942页

作者：赵毅鑫谢镕澴高艺瑞中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 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

冲击倾向性是煤的固有力学属性,也是评价煤矿冲击地压风险的重要依据。提出了一种基于针贯入法快速测定煤冲击倾向性的实验方法;结合纵波波速测试和单轴压缩实验,探究了具有不同贯入度指数的煤样对应的物理力学性质差异及在受压破坏过... 详细信息

冲击倾向性是煤的固有力学属性,也是评价煤矿冲击地压风险的重要依据。提出了一种基于针贯入法快速测定煤冲击倾向性的实验方法;结合纵波波速测试和单轴压缩实验,探究了具有不同贯入度指数的煤样对应的物理力学性质差异及在受压破坏过程中能量演化规律,采用剩余弹性应变能释放率指数KRE,定量表征了弹性应变能累积释放特性并进行冲击倾向性评价。通过数据拟合与回归分析,获得了测试煤样贯入度指数与纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学参数的对应关系,并建立了贯入度指数和冲击能量指数、弹性能量指数、动态破坏时间、剩余弹性应变能释放率指数等冲击倾向性指标的关联表达式;构建了基于贯入度指数的煤冲击倾向性分级评价方法,采用对应煤样冲击倾向性测试时煤屑弹射质量比F对基于贯入度指数的煤冲击倾向性分级评价方法进行了验证。结果表明:煤的贯入度指数与纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学参数及冲击能量指数、弹性能量指数、剩余弹性应变能释放率指数等冲击倾向性指标呈幂函数正相关关系,与动态破坏时间呈负相关的指数关系;贯入度指数越大,煤的弹性变形和储能性能越强;贯入度指数为85 N/mm时是煤单轴抗压强度突变临界值;利用针贯入法测定煤的物理力学性质、弹性应变能储存释放特性及冲击倾向性具有良好的可行性与可靠性。

关键词：针贯入法煤冲击倾向性能量演化弹射质量比

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长壁工作面顶板破断震动诱发冲击地压机理

煤矿现代化 2024年第3期33卷 123-127页

作者：杜刚王超刘锋山西石泉煤业有限责任公司山西长治046200 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

冲击地压是对采矿安全和经济造成重大威胁的一个主要工程灾害。为探究长壁工作面顶板破断诱发的冲击地压机理。基于弹性地基理论建立了有限弹性梁模型,研究了长壁工作面冲击地压的因果机制。对基本顶破裂过程及相关参数进行了分析。结... 详细信息

冲击地压是对采矿安全和经济造成重大威胁的一个主要工程灾害。为探究长壁工作面顶板破断诱发的冲击地压机理。基于弹性地基理论建立了有限弹性梁模型,研究了长壁工作面冲击地压的因果机制。对基本顶破裂过程及相关参数进行了分析。结果表明:在一定的阻尼阻力下,基本顶的运动呈现自由振动。同时发现,随着基本顶厚度和弹性模量的增加,基本顶的主导振动频率也会增加。在基本顶振动过程中,施加在煤体上的垂直应力得到了卸载。基本顶-煤体界面的卸压作用导致了巷道帮部煤体在水平地应力下进入巷道,从而导致冲击地压。随着基本顶强度和厚度以及煤体内水平地应力的增加,冲击地压的可能性也会增加。这一机制解释了长壁工作面巷道中冲击地压机理,为长壁工作面冲击地压的预防和控制技术提供了理论基础。

关键词：顶板破断顶板震动冲击地压

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孟巴矿高地温环境煤孔隙及氧化动力学特征

中国安全科学学报 2024年第8期34卷 162-169页

作者：马东解庆典赵志强刘方周齐庚中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司孟煤项目联合体江苏徐州221006 中国机械进出口(集团)有限公司孟煤项目联合体北京100037

为预防高地温煤层开采条件下煤自燃灾害,明确煤的自燃特性,以孟巴矿Ⅵ煤层1306工作面煤样为例,将煤样分别置于40、50、60℃控温炉中恒温处理30天,采用全自动比表面积和孔径分布分析仪测试煤的孔隙结构,利用同步热分析仪测试原煤样和高... 详细信息

为预防高地温煤层开采条件下煤自燃灾害,明确煤的自燃特性,以孟巴矿Ⅵ煤层1306工作面煤样为例,将煤样分别置于40、50、60℃控温炉中恒温处理30天,采用全自动比表面积和孔径分布分析仪测试煤的孔隙结构,利用同步热分析仪测试原煤样和高温预处理煤样的氧化动力学参数。结果表明:孟巴矿煤样经高地温作用后,煤的小孔比例减小,中孔和大孔比例增大,煤样经60℃处理后比表面积由原煤的2.351 m^(2)/g增至3.285 m^(2)/g,总孔容由原煤的0.00788 mL/g增至0.01001 mL/g;与原煤相比,高地温处理后煤样点火温度和燃尽温度显著降低,最大失重量、最大失重速率分别提高6.1%和23.3%;高温处理后煤样的活化能和指前因子均小于原煤,说明高地温环境显著提高孟巴矿煤样的氧化反应活性,增大煤自燃的危险性。

关键词：高地温孔隙结构氧化动力学特征热重(TG) 煤自燃

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面向智能矿山的数字孪生技术研究进展

工矿自动化 2024年第3期50卷 22-34,41页

作者：邢震中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破。阐述了数字孪生在智能矿山领域的适用性,归纳梳理了数字孪生技术在煤矿安全、生产及运营管理等方面的研究及应用现状:在煤矿安全管理方面,数字孪生技术主要应用于... 详细信息

智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破。阐述了数字孪生在智能矿山领域的适用性,归纳梳理了数字孪生技术在煤矿安全、生产及运营管理等方面的研究及应用现状:在煤矿安全管理方面,数字孪生技术主要应用于灾害预警、风险管控、灾害救援等;在煤矿生产方面,数字孪生技术主要应用于采掘工作面区域整体、单机机械装备状态监测及控制、机械装备预测性维护。从物理实体、虚拟实体、连接交互、数字孪生数据及功能服务5个维度入手探讨了智能矿山领域数字孪生亟待解决的关键共性问题:物理实体维度需重点突破全面感知及控制装备的研发,虚拟实体维度需深入进行物理、行为、规则模型的研究,连接交互维度需攻关煤矿井下5G网络传输关键技术,数字孪生数据维度需解决高性能计算等问题,功能服务维度需研发仿真软件及人工智能算法,以便更好地适应现场环境。从矿井规划设计、开发、建设阶段的灾害预防性设计、生产系统设计、地质环境预测,矿井生产运营阶段的灾害预警及防控、生产调度决策优化、生产设备全生命周期管理等方面展望了数字孪生技术在智能矿山领域的发展趋势,认为宜针对关键部件或装备,核心环节,重要或危险场所、区域等进行精细化孪生。

关键词：数字孪生智能矿山灾害预测及防控生产调度优化

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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

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煤氧化过程中热物性参数变化规律研究

煤炭技术 2024年第9期43卷 123-127页

作者：任立峰翁腾飞陶帆李青蔚马腾翟小伟西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室西安710054 陕西高校青年创新团队-矿山应急救援创新团队西安710054

为了研究煤氧化过程中热物性变化规律,采用LF457激光导热仪测量不同变质程度煤样,在空气与氮气条件下30℃~300℃温度升温过程中的热扩散系数、导热系数与比热容,并确定了热物性参数对温度的敏感性。试验结果表明:在30℃~300℃氮气环境下... 详细信息

为了研究煤氧化过程中热物性变化规律,采用LF457激光导热仪测量不同变质程度煤样,在空气与氮气条件下30℃~300℃温度升温过程中的热扩散系数、导热系数与比热容,并确定了热物性参数对温度的敏感性。试验结果表明:在30℃~300℃氮气环境下,随温度的升高,比热容和导热系数逐步提高,而热扩散系数逐渐减小。同时热物性参数的变化率随温度也不断减小。在空气条件下,热扩散系数随温度升高先减小后增大,比热容为逐渐增大后趋于稳定,导温系数持续增大,其中热扩散系数的变化率先降低后增加,导热系数随比热容而持续减小。在温度达到210℃前空气与氮气条件下的热物性变化规律相似,当温度超过210℃,空气条件下煤与氧气发生反应是导致热物性参数的变化的主要因素。此外,在相同温度下比热容的敏感性最大。试验结果对热物性的探讨和煤火灾害预防工作具有必要的指导意义。

关键词：煤热物性参数氧化敏感性激光导热仪

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