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矿用顶板无源光纤智能远程监测系统应用研究

煤炭与化工 2024年第1期47卷 95-99页

作者：范军平张靖卢迪仇晋忠倪怀华吴鹏亮安哲华阳新材料科技集团有限公司山西阳泉045000

矿山需高可靠性的安全监控及应急信息系统,本文依据光纤光栅测量原理,结合顶板离层、锚杆应力、围岩应力3种光纤光栅传感器,研究了一种基于光纤光栅测量原理的矿用顶板无源光纤智能远程监测系统,达到了传感器本身不带电、安全且能满足... 详细信息

矿山需高可靠性的安全监控及应急信息系统,本文依据光纤光栅测量原理,结合顶板离层、锚杆应力、围岩应力3种光纤光栅传感器,研究了一种基于光纤光栅测量原理的矿用顶板无源光纤智能远程监测系统,达到了传感器本身不带电、安全且能满足煤矿监测现场就地显示的标准要求。在华阳新景矿3109辅助进风巷进行了试验应用,结果表明,顶板离层、锚杆应力、围岩应力均随距工作面距离减小而增大,符合矿压显现规律,最大围岩应力23.3 MPa,最大锚杆受力81 k N,最大顶板离层40 mm,锚杆抑制顶板离层效果显著。

关键词：光纤光栅顶板离层光纤传感锚杆应力围岩应力

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深井高应力大巷煤柱释能改性防冲机理及应用

煤炭学报 2024年第9期49卷 3711-3727页

作者：朱斯陶张翔姜福兴马俊鹏张修峰夏开文王超李士栋刘金海朱权洁曲效成北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 山东能源集团有限公司山东济南250101 兖矿能源集团股份有限公司山东济宁273500 中国地质大学工程技术学院北京100083 兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿山东菏泽274000 华北科技学院应急技术与管理学院河北燕郊065201 北京安科兴业科技股份有限公司北京100083

针对当前我国深井高应力大巷煤柱频繁发生冲击地压的现状,采用现场调查、理论分析、数值模拟和工程试验等方法,研究了我国大巷煤柱冲击地压发生类型与机理,提出了一种高应力大巷煤柱释能改性防治冲击地压的新方法,基于该方法开展了防冲... 详细信息

针对当前我国深井高应力大巷煤柱频繁发生冲击地压的现状,采用现场调查、理论分析、数值模拟和工程试验等方法,研究了我国大巷煤柱冲击地压发生类型与机理,提出了一种高应力大巷煤柱释能改性防治冲击地压的新方法,基于该方法开展了防冲原理研究、技术体系设计、井下工业试验等一系列研究工作,得到:基于大巷煤柱冲击地压的主导力源类型,结合多起冲击地压典型案例,将我国大巷煤柱冲击地压划分为基础应力叠加型、附加应力诱发型和自身蠕变失稳型3类,分别建立并推导了3类大巷煤柱冲击地压发生机理的力学模型与工程判据,揭示了3类大巷煤柱冲击地压的发生机制。提出一种深井高应力大巷煤柱压裂−注浆协同防治冲击地压的方法,其防冲原理体现在“释能”和“改性”2个方面,井下工业试验发现弹核煤体起裂压力约40 MPa,整体最大压裂宽度达19.5 m,现场监测验证该方法能够降低大巷煤柱能量积聚水平,提高大巷煤柱整体冲击阈值。设计了深井高应力大巷煤柱释能改性防冲成套技术体系,包括孤立煤体冲击危险“评估−检验−校核”方法、弹性核水力压裂增缝释能技术和整体注浆加固改性技术。研发了大巷煤柱弹性核压裂“震动−应力−位移”三场监测设备和PS-Z-A/B型无机双组份速凝整体注浆改性材料。

关键词：大巷煤柱冲击地压深部开采释能改性压裂释能注浆改性

聚丙烯纤维素对水泥固化体力学性能影响的试验研究

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能源与环保 2024年第7期46卷 282-286页

作者：郭连安蒋帅旗董广乐永城煤电控股集团有限公司城郊煤矿河南永城476600

针对水泥基材料作为脆性材料,存在柔韧性差、易收缩开裂、抗拉强度低等问题,通过控制单一变量,研究了不同聚丙烯纤维素掺量下对水泥试件28 d抗压强度、抗拉强度以及全应力应变曲线的影响规律。结果表明,水泥试件的单轴抗压强度和抗拉强... 详细信息

针对水泥基材料作为脆性材料,存在柔韧性差、易收缩开裂、抗拉强度低等问题,通过控制单一变量,研究了不同聚丙烯纤维素掺量下对水泥试件28 d抗压强度、抗拉强度以及全应力应变曲线的影响规律。结果表明,水泥试件的单轴抗压强度和抗拉强度随着聚丙烯纤维素掺量的增加呈现先增加后减小的趋势,当聚丙烯纤维素掺量为0.15%时,水泥试件28 d的单轴抗压强度和抗拉强度最佳,分别为32.44、3.89 MPa,在此掺量下水泥试件具有较高的残余强度,研究结果对深部巷道围岩喷浆材料的选择具有重要意义。

关键词：聚丙烯纤维素水泥抗压强度抗拉强度

深部高承压“Y”型分支断层底板突水机理模拟试验研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：李昂张文忠周永根王伟东田胜祺杨宇轩陕西省煤矿水害防治技术重点实验室西安科技大学建筑与土木工程学院中煤科工西安研究院(集团)有限公司神华新街能源有限责任公司陕西建工第三建设集团有限公司

普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征，较常规断层更容易发生活化突水，为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理，提出安全开采关键性技术参数，以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象，研发了一种新... 详细信息

普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征，较常规断层更容易发生活化突水，为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理，提出安全开采关键性技术参数，以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象，研发了一种新型原岩相似材料及与之匹配度较高的承压水模拟系统，依托自制的相似试验平台，采用数字图像相关法、水压传感器、水流量监测系统及红外热成像等多种定量及定性监测手段，对开采扰动与承压水导升协同作用下底板突水机理进行模拟研究。结果表明：可循环使用的新型棒体、块体材料与硅胶水囊承压水系统契合良好，能够科学可靠的模拟现场情况；工作面推进63 cm是“Y”型分支断层进入活化阶段的临界点，此后承压水沿主断层向分支断层内导升，水压逐渐增大；当工作面推进至71 cm，底板分支断层完全活化，工作面发生突水，主断层水压降低、水流量增大；采动应力对底板裂隙发育具有显著的影响，分支裂隙呈现出沿垂直方向扩展发育的规律，工作面推过79 cm，底板裂隙逐渐闭合，突水情况得到缓解。结合模拟结果及现场实际情况，探讨了三种“Y”型分支断层底板突水应对治理措施和预案，为类似断层底板防治水研究提供一定的参考。

关键词： “Y”型分支断层底板突水机理相似模拟试验数字图像相关法红外热成像

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煤泥基充填材料流动性与强度特性试验研究

煤炭科学技术 2024年第S1期52卷 13-21页

作者：安百富易巧梅赵祥余伟健王栋达王家乐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411201 新汶矿业集团有限责任公司山东泰安271233 彬县水帘洞煤炭有限责任公司陕西彬州713500 山东能源集团西北矿业有限公司陕西西安710018

为研究煤泥基充填材料的流动与强度特性,运用正交试验设计了以煤泥、高水、水泥、粉煤灰为组合的胶结充填材料,采用极差、方差分析及多元回归分析等方法,研究了煤泥水百分浓度(A)、高水添加比例(B)、水泥添加比例(C)、粉煤灰添加比例(D)... 详细信息

为研究煤泥基充填材料的流动与强度特性,运用正交试验设计了以煤泥、高水、水泥、粉煤灰为组合的胶结充填材料,采用极差、方差分析及多元回归分析等方法,研究了煤泥水百分浓度(A)、高水添加比例(B)、水泥添加比例(C)、粉煤灰添加比例(D)等4个关键因素对充填材料的初凝时间、扩散度及抗压强度、抗剪强度的影响机制。试验结果表明:①煤泥基充填材料的初凝时间为52~67 min,扩散度为42.0~76.5 cm,抗压强度为0.076~0.247 MPa,抗剪强度为0.033~0.139 MPa。对于初凝时间,影响显著性有B>C>A>D;对于扩散度,有A>D>B>C;对于抗压强度,有D>C>A>B;对于抗剪强度,有C>D>A>B。②拟合出了A、B、C、D与流动性指标及强度指标的数学关系式,初凝时间与A、B成二次函数关系、与C、D均呈指数关系;扩散度与A、B、C均呈指数关系,与D呈三角函数关系;抗压强度与A、D均呈指数关系,与B、C呈二次多项式关系;抗剪强度与A、B呈二次多项式关系、与C、D均呈指数关系;在A、B、C、D等4个因素与4个参数独立拟合方程的基础上,建立4因素共同影响下煤泥基充填材料流动性及强度特性参数预计模型,并进行了验证。

关键词：煤泥基充填材料流动性抗压强度抗剪强度

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深部沿空巷道锚固围岩破坏失稳能量驱动机理

煤炭学报 2024年第4期49卷 1819-1833页

作者：刘学生王新谭云亮李学斌杨生龙裴洪喜山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 兖矿能源集团股份有限公司鲍店煤矿山东济宁273513 山东科技大学矿山灾害预防控制重点实验室山东青岛266590 国家能源集团宁夏煤业有限公司宁夏银川750011

深部沿空巷道受侧向顶板断裂所产生的动载影响,锚固围岩易产生大变形,甚至破坏失稳。以山东省孙村煤矿31120工作面上平巷为工程背景,首先采用YTJ20型岩层探测记录仪获得了锚固顶板裂隙发育规律及以脆性张裂破坏为主的破坏方式。然后,通... 详细信息

深部沿空巷道受侧向顶板断裂所产生的动载影响,锚固围岩易产生大变形,甚至破坏失稳。以山东省孙村煤矿31120工作面上平巷为工程背景,首先采用YTJ20型岩层探测记录仪获得了锚固顶板裂隙发育规律及以脆性张裂破坏为主的破坏方式。然后,通过相似材料模拟试验方法获得了深部沿空巷道侧向顶板前期、过渡期和后期3个运动阶段典型特征,并分析了不同阶段锚固围岩破裂演化及能量释放规律;其中过渡期运动阶段锚固围岩内部应力、变形量急剧增大,裂隙发育明显,能量释放显著,对沿空巷道锚固围岩稳定性影响最大。最后,构建了侧向顶板断裂运动下沿空巷道结构力学模型,给出了锚固围岩输入能量与可抵抗能量定量计算方法,揭示了侧向顶板断裂诱发锚固围岩破坏失稳能量驱动机理,并定义了失稳能量判据,即当作用在沿空巷道锚固围岩上的能量大于锚固围岩可抵抗能量时,将发生破坏失稳。进一步地,提出了锚固围岩失稳风险等级划分方法和相应地控制技术,计算结果表明,31120工作面沿空巷道锚固围岩失稳风险等级为中风险。采取加强支护措施后,沿空巷道顶底板及两帮移近量分别减小35.47%和35.71%,锚索受力减小23.43%,变形速度明显降低,锚固围岩能量积聚程度减小。

关键词：沿空巷道侧向顶板锚固围岩能量驱动机理

蜂窝构型ZTAp-Fe复合材料磨损及耐腐蚀性能研究

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稀有金属 2024年第6期48卷 808-821页

作者：范磊冉登林耿新鸿赵鑫哲郝雪龙中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 应急部煤矿智能化与机器人创新应用重点实验室北京100083 国标(北京)检验认证有限公司北京101407 中国有研科技集团有限公司国家有色金属及电子材料分析测试中心北京101407

为改善矿山机械部件磨损和腐蚀问题,制备了蜂窝构型氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基(ZTAp-Fe)复合材料,对ZTAp占比为5%,10%和15%(质量分数)的蜂窝预制体,浇铸30SiMn钢液进行复合铸造。采取X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、扫描电子显微镜(S... 详细信息

为改善矿山机械部件磨损和腐蚀问题,制备了蜂窝构型氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基(ZTAp-Fe)复合材料,对ZTAp占比为5%,10%和15%(质量分数)的蜂窝预制体,浇铸30SiMn钢液进行复合铸造。采取X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、三体磨料磨损和腐蚀浸泡对其进行性能测试和表征。结果表明:ZTAp占比为5%和10%时,复合材料界面间结合情况良好,含量为15%时颗粒堆积严重,铸造过程热量传递受阻碍明显,出现气孔缺陷,使得ZTAp与铁基体间机械结合效果差;ZTAp含量由5%提升至15%,蜂窝构型ZTAp-Fe复合材料的耐磨性先增加后减弱,硬质相颗粒对磨料的阻挡作用显著,表面划痕和微犁沟减少,ZTAp含量为10%时复合材料耐磨性最佳;其相对耐磨性是HARDOX450耐磨钢的4.89倍,是NM450耐磨钢的4.81倍,是30SiMn钢的5.3倍。絮状腐蚀产物主要出现在30SiMn钢部分,随时间增加表面腐蚀产物和腐蚀程度加深,最终其表面出现黑色腐蚀坑;铁基体中含有大量Cr元素,耐腐蚀性良好,与30SiMn钢的冶金熔合区腐蚀量较少。所使用的铸造工艺可使该复合材料与矿用耐磨钢进行有效装配,显著提高其耐磨性和耐腐蚀性。

关键词：构型复合材料颗粒增强磨料磨损耐腐蚀性

XG/KGM亲水胶体对粉煤灰浆液胶凝特性的影响

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煤炭工程 2024年第7期56卷 193-199页

作者：王慧张德飞魏高明王光明张德灿张佳敏西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 新汶矿业集团有限责任公司华丰煤矿山东泰安271413 伊犁新矿煤业有限责任公司新疆伊犁835000 兖矿能源集团股份有限公司鲍店煤矿山东邹城273513

粉煤灰存在保水性差、易干燥开裂等问题导致其应用受限。为提高粉煤灰的保水性能,通过向粉煤灰浆液中添加不同质量比的黄原胶(XG)、魔芋胶(KGM)亲水胶体制备了含亲水胶体的粉煤灰浆液,测试材料胶凝特性、稳定性及流变特性并浅析其成胶... 详细信息

粉煤灰存在保水性差、易干燥开裂等问题导致其应用受限。为提高粉煤灰的保水性能,通过向粉煤灰浆液中添加不同质量比的黄原胶(XG)、魔芋胶(KGM)亲水胶体制备了含亲水胶体的粉煤灰浆液,测试材料胶凝特性、稳定性及流变特性并浅析其成胶机理。结果表明:不同质量比XG/KGM亲水胶体粉煤灰浆液的成胶状态不同,当质量比大于4∶6时,粉煤灰浆液可成胶,120℃条件下热失水率最低为18.14%,稳定性良好,Zeta电位绝对值均在20 mV以上,1000℃条件下最大质量损失约为6.27%;流变试验表明,粉煤灰浆液均存在剪切稀化现象,为假塑性流体,采用Herschel-Bulkley模型进行拟合,R2均在0.99以上;储能模量G'均高于损耗模量G″,表明粉煤灰浆液以弹性性质为主;可成胶的三组即质量比为6∶4、8∶2、10∶0时,样品表面可观察到不规则的块状、片状形貌亲水胶体;成胶机理表明,粉煤灰与XG、XG与KGM之间可发生复杂相互作用,从而促进粉煤灰浆液成胶。

关键词：粉煤灰黄原胶魔芋胶胶凝特性流变特性稳定性

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煤矿设备安全管理问题分析及提升策略研究

现代职业安全 2024年第5期 95-97页

作者：高桂营岳宏霖冯瑶枣庄矿业(集团)有限责任公司山东枣庄277000 天津中矿新材料科技有限公司天津300350 中国船级社质量认证有限公司天津分公司天津300457

随着煤矿生产规模的不断扩大,设备安全管理在煤矿生产中的重要性日益凸显。本文旨在探讨煤矿设备安全管理责任的重要性、管理现状、存在的问题及其改进策略,以期为煤矿企业实现高效、安全的生产提供理论支持和实践指导。

关键词：煤矿设备安全管理提升策略