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采矿与安全工程学报 2006年第1期23卷 42-42页

西部干旱半干旱煤矿区生态环境损伤特征及修复机制

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煤炭学报 2024年第1期49卷 57-64页

作者：彭苏萍毕银丽中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)矿山生态修复研究院北京100083

我国煤炭开发重点已战略西移,实现煤炭资源绿色开采与生态协调发展,成为保障国家能源安全的重要举措之一。西部煤层大多数埋藏浅、上覆基岩薄、煤层厚,有利于一次采全高大规模井工开采或露天开采。但该地区气候干旱少雨、生态条件脆弱,... 详细信息

我国煤炭开发重点已战略西移,实现煤炭资源绿色开采与生态协调发展,成为保障国家能源安全的重要举措之一。西部煤层大多数埋藏浅、上覆基岩薄、煤层厚,有利于一次采全高大规模井工开采或露天开采。但该地区气候干旱少雨、生态条件脆弱,大规模高强度对矿区及周边生态环境造成的损伤大。由于对开采过程中生态损伤演变机制及采后修复机理尚不清楚,没有成熟的修复理论和方法作指导,成为制约该地区煤炭高质量发展的重大难题。针对上述难题开展系统研究,认为精准勘测煤炭开采全周期工作面地质-水文地质条件和矿区生态演化特征,有助于阐明开采诱致上覆土岩破损机理、水资源散失富集与循环调运规律、生态损伤演变机理和承载力,并揭示采后矿区土岩层、水资源循环、生态自适应机理。采用植物-微生物组合修复方法,初步构建井工和露天矿山人工与自然协同的水-土-生立体耦合修复理论,提出了生态修复机制的新思考,在浅埋深矿区开采形成的裂缝发育犹如农田松土一般,成为生态修复新的契机,促进水-土-生再分配,并利用微生物修复技术,可促进矿区生态环境的正向协同发展,实现西部煤矿脆弱生态区开发“金山银山”,再造“绿水青山”的思维转变。

关键词：干旱半干旱煤矿区精准勘探生态自修复涵水-提质-增容协同修复

2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)震前超导重力数据研究

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地球物理学进展 2024年

作者：付书计王辉葛帅寅马方圆宋宝家中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

地震给人类造成重大的人员伤亡和经济损失，但目前还没有准确预测地震的有效途径。不少学者发现在一些地震发生前超导重力仪可能会观测到震前重力扰动，如2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)爆发前几天，部分台站会监测到一种缓慢增大... 详细信息

地震给人类造成重大的人员伤亡和经济损失，但目前还没有准确预测地震的有效途径。不少学者发现在一些地震发生前超导重力仪可能会观测到震前重力扰动，如2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)爆发前几天，部分台站会监测到一种缓慢增大的重力变化，这种重力变化是否为可信的地震前兆还值得进一步研究。本文通过对Kamioka站，Lhasa站、Wuhan站，Medicina站、Wettzell站这5个全球超导重力仪台站震前5天内的秒采样观测数据进行分析，经预处理和高通滤波去除固体潮，进一步通过带阻滤波(0.01Hz≤f≤0.10Hz)滤除了由地震引起的重力突变噪声，得到震前重力变化，发现位于欧洲的Medicina和Wettzell台站在震前3天，重力数据会出现缓慢增大，之后又缓慢减小的变化，其他台站则不存在这种变化。将震前重力变化与附近同时段地震数据进行对比发现，地震记录中同样存在与重力变化形态基本一致的变化，且两者几乎同时出现，计算各台站震前重力变化与地震数据之间的相关性，发现两者之间相关系数均大于0.8，说明震前重力变化是地表振动引起的同震噪声，不是主震的前兆信息。

关键词：超导重力数据地震波地震前兆同震

碱水作用下弱胶结粉砂岩孔隙结构分形特征与非线性劣化机制

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中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 34-45页

作者：范钢伟骆韬张东升张世忠范张磊中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 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

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡... 详细信息

弱胶结岩石遇水发生强度劣化是我国西部地区煤矿开采过程中矿压显现异常、顶板事故频发的重要原因.以我国新疆哈密地区弱胶结粉砂岩和地下水赋存环境为工程背景,通过SEM电镜扫描结合数字图像处理技术,研究了不同pH值碱性溶液、不同浸泡时间对弱胶结粉砂岩微观结构和孔隙分形维数的影响规律,确定了孔隙分形维数、孔隙率与单轴抗压强度、抗拉强度之间的函数关系,建立了碱水侵蚀条件下弱胶结粉砂岩劣化非线性动力学模型.研究结果表明:1)浸泡溶液碱性越强,弱胶结粉砂岩矿物颗粒形态越趋于圆润,且颗粒间接触形式变得疏松多孔;浸泡初期孔隙率与孔隙分形维数增幅相对较大而后期趋缓.2)碱水侵蚀作用下孔隙结构复杂程度及分布形态对力学强度影响显著,弱胶结粉砂岩单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数、孔隙率之间均具有较强的负线性相关关系;单轴抗压强度、抗拉强度与孔隙分形维数的相关性大于孔隙率;碱水侵蚀降低了弱胶结粉砂岩的脆性.3)选取孔隙分形维数、孔隙率和单轴抗压强度为描述水化学反应系统的变量,以相应参量的时间序列值为非线性动力学方程的特解,通过反演建立了碱水化学作用弱胶结粉砂岩劣化的非线性动力学模型;采用建立的模型计算的孔隙分形维数值、孔隙率和单轴抗压强度与试验值的误差范围分别为2.37%~2.64%,2.38%~4.57%,3.48%~8.12%,可用于弱胶结岩石碱水侵蚀不同时间后孔隙分形维数、孔隙率以及单轴抗压强度等参数的预测评估.

关键词：碱水侵蚀弱胶结粉砂岩孔隙率孔隙分形维数非线性模型

主动围压下岩石爆破裂纹扩展及邻近巷道动态响应

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兵工学报 2024年

作者：何成龙毛翔陈大勇杨可谞霍子怡中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中北大学机电工程学院

为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程，采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验，利用动态测试技术和高速摄像等方法，得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型，将无围压下的仿真... 详细信息

为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程，采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验，利用动态测试技术和高速摄像等方法，得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型，将无围压下的仿真结果与试验结果进行对比，验证数值模拟方法的可行性。在LS-DYNA软件平台中引入应力初始化的方法模拟围压下岩石的破坏过程，分析不同围压环境对岩石爆破裂纹扩展的影响以及偏围压系数k对巷道结构破坏过程的影响。研究结果表明：在双向等围压条件下，随着围压水平的提高，对裂纹的抑制作用越显著，对于巷道有更好的保护作用；在单向围压条件下，随着水平围压的增大，巷道遭到破坏程度越大，随着竖直围压的增大，巷道越不容易发生破坏；偏围压条件下，围压对于爆生裂纹扩展具有明显的导向性，裂纹会朝着主应力的方向扩展，随着围压的增大，裂纹导向性越显著；当偏围压系数k1时，随着k的增大，巷道迎爆面左拱肩的破坏程度越大，巷道稳定性越差。

关键词：岩石爆破围压工程爆破巷道防护

基于相场法的花岗岩弹塑性损伤模型及其细观力学行为研究

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岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 611-622页

作者：李明耀李绍金彭磊丁宇飞左建平中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室北京100083

花岗岩的细观非均质性对其损伤破坏行为有着重要影响。基于热力学原理和力与能量平衡方程,在经典相场模型框架内引入适合岩石类材料的非关联塑性本构关系,构建弹塑性相场模型,通过与解析解和试验数据对比,验证了其正确性和可靠性。在此... 详细信息

花岗岩的细观非均质性对其损伤破坏行为有着重要影响。基于热力学原理和力与能量平衡方程,在经典相场模型框架内引入适合岩石类材料的非关联塑性本构关系,构建弹塑性相场模型,通过与解析解和试验数据对比,验证了其正确性和可靠性。在此基础上,采用数字图像处理建立符合真实细观结构的花岗岩非均质数值模型,并对其三轴压缩试验进行数值模拟,在细观尺度预测其宏观力学行为以及分析岩石裂纹扩展机制。研究结果表明:通过与试验数据和传统弹脆性相场模拟结果对比,建立的基于花岗岩真实细观结构的弹塑性相场模型可以很好地捕捉其宏观非线性力学行为;花岗岩的内部裂纹的起裂、扩展以及局部应力场的分布会受到矿物颗粒的力学性质、几何形状及分布的影响。该研究方法为今后研究岩石多尺度损伤破坏问题提供一种简单有效的途径,对评价地下工程中围岩力学性质有着重要的工程实践意义。

关键词：岩石力学弹塑性相场模型数字图像处理非关联塑性本构三轴压缩裂纹扩展细观力学

近距离煤层群预掘回撤通道应力叠加特征及顶板结构调控

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煤炭科学技术 2024年

作者：傅孜钊柏建彪闫帅张栋郑晓东孙广军王永杰中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室矿业工程学院新疆工程学院矿业工程与地质学院

近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂，回撤通道施工期间围岩破坏严重，巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景，构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型，估算上部煤层工作面底板破坏深度，模拟反演下部煤层... 详细信息

近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂，回撤通道施工期间围岩破坏严重，巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景，构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型，估算上部煤层工作面底板破坏深度，模拟反演下部煤层回撤通道顶板围岩裂隙演化规律，揭示该类巷道失稳机理，提出一种围岩综合稳定控制技术并进行现场工程验证。结果表明：①通过建立末采期间回撤通道顶板力学模型，确定在该矿地质条件下，工作面与回撤通道贯通后可以保证回撤通道围岩稳定的回撤通道巷内支护阻力P1≥0.126MPa；②采用多元线性与非线性回归分析优化后的经验公式估算上部煤层工作面底板破坏深度大于8.41m，小于层间距13.3m；③利用UDEC数值计算模型反演了回撤通道顶板裂隙演化规律，确定了采空区下回撤通道顶板提前10m采取加固措施，煤柱下回撤通道顶板提前15m采取加固措施；④提出回撤通道锚杆索+单体支柱主被动联合支护与煤柱下部通道内顶板超前预裂围岩综合稳定控制技术，应用于回撤通道不同应力影响区域。矿压监测结果表明：工作面回撤通道施工期间，围岩变形量小，锚杆锚索受力变化较小，围岩控制效果良好，保证了1205工作面安全高效回撤。

关键词：近距离煤层回撤通道数值模拟水力压裂巷道围岩控制

缓倾斜煤层地下水库煤柱坝体宽度计算及影响因素分析

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 277-284页

作者：吴宝杨曹志国于利强李鹏王雁冰左畅国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102211 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 国家能源集团神东煤炭集团陕西榆林719315 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论... 详细信息

为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论计算公式,并以灵新煤矿一采区煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸问题为例,分析不同因素对煤柱坝体理论宽度的影响规律。结果表明:与煤矿地下水库运行期间的储水因素(储水时间、储水高度及水源情况)相比,煤矿地下水库所处煤层的地质条件(厚度及埋深)对煤柱坝体合理宽度的影响要更大。

关键词：地下水库煤柱坝体采动应力理论计算影响因素

流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩注浆加固特性试验研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 189-199页

作者：陈军涛李昊贾东秀马庆李文昕山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590 山东能源新汶矿业集团有限责任公司邱集煤矿山东德州251105 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样... 详细信息

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样开展室试验,观察了灰岩的细观特征,获取了流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩的力学特性及注浆加固特性,通过理论分析得到了灰岩随预制裂隙长度变化时,起裂强度的变化规律,分析了注浆加固机理。结果表明:注浆后岩石的强度、韧性得到明显改善,注浆前的灰岩有明显的脆性特征,注浆后灰岩的脆性降低延性增强;注浆加固体的破坏程度随着裂隙长度的增加越来越剧烈,当裂隙长度较大时伴随有水平方向的裂隙发育;注浆加固体的峰前渗透率的降低程度较小,峰后渗透率有明显的降低,灰岩渗透率最大阶段产生在峰后阶段、而渗透率最小的阶段发生在应力–应变曲线的线弹性阶段,并且裂隙长度越长越容易出现渗透率双峰现象。使用连续介质力学理论推导得到了注浆加固体起裂强度和断裂韧度的计算式,理论证明了注浆加固体的强度大于原岩试样;岩石弹性模量与注浆形成的结合体的弹性模量的差异越大,注浆对岩石强度的影响越弱。

关键词：注浆加固裂隙长度流固耦合渗透率起裂强度

中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系

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煤炭学报 2024年第1期49卷 235-260页

作者：才庆祥陈彦龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116

露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分,具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势,近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展,有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。... 详细信息

露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分,具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势,近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展,有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。首先回顾了新中国成立后我国露天煤矿70年来的发展历程,将其划分为起步恢复阶段(1949—1979年)、快速发展阶段(1980—1999年)、综合发展阶段(2000—2020年)和智能化初级发展阶段(2021年以后)4个时期;系统总结了每个时期的产量与数量规模、开采理论与技术、开采工艺与装备、资源开发与环境保护方面取得的突出成就。然后,探讨了现阶段露天煤矿发展面临的4个方面的主要问题,包括发展布局不均衡、可持续发展面临瓶颈、关键技术难题需深入攻关、人才短缺培养机制不完善。最后,提出构建以“安全、高效、绿色、低碳、智能”为总体目标的全链条、全周期、全要素露天煤矿高质量发展架构体系,其内涵特征包括以时效边坡理论、开采扰动指数理论、绿色开采理论、生态型开采理论、零碳负碳开采理论、智能化开采理论6种学术思想为理论基础,以灾害安全监测防控、复杂条件协同保障、生态源头减损开采、节能减污清洁利用、数字-自动-智能同建5类技术体系为核心支撑,以透明地质模型动态重构、边坡蠕滑全程精准预测、深大孔低扰动控制爆破、采空区超前探测与处置、粉尘抑制及煤自燃防治等30项关键技术为重点突破,以设计理念先进化、安全保障标准化、建设规模大型化、生产工艺综合化、开采装备智能化、核心制造国产化、矿区生态绿色化、煤炭利用清洁化、组织管理科学化、人才队伍国际化的“十化型”露天矿山为建设任务;同时给出了以规划引领为基础,以科技创新为驱动,以人才培育为保障的露天煤矿高质量发展实现路径。最终为推动我国露天煤矿向持续健康高质量方向发展提供指导。

关键词：露天煤矿建设历程高质量发展煤炭工业架构体系实现路径