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松软破碎煤体取制样与剪切试验系统研制及应用

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 126-134页

作者：舒龙勇饶文铭范喜生刘正帅孙中学霍中刚煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

研究松软破碎煤体力学性质对巷道支护和煤与瓦斯突出预测等工作具有重要意义,但当前缺乏有效的松软破碎煤体取样、制样及力学特性分析装置。为此,研发了一套松软破碎煤体取制样与剪切试验系统,主要由取样装置、制样装置和力学特性参数... 详细信息

研究松软破碎煤体力学性质对巷道支护和煤与瓦斯突出预测等工作具有重要意义,但当前缺乏有效的松软破碎煤体取样、制样及力学特性分析装置。为此,研发了一套松软破碎煤体取制样与剪切试验系统,主要由取样装置、制样装置和力学特性参数测试系统组成,各部分具有以下主要功能与特点:①取样装置中的单动三管取芯器包含脑袋总成、外管总成及内管总成3部分,内外管间设置稳定环,保证内外管同心,内管总成腔体内部设置衬管用于储存煤心,取芯钻进时内管不随外管旋转;当钻取的煤心充满衬管后,退出取芯器,拆卸取出衬管,将煤心连同衬管一并取出并进行封装。取样装置灵活、轻便、易拆装携带。②制样装置包含脱模仪、切割机、冰箱、热风枪4部分,脱膜仪用于脱去煤心外层衬管,切割机、冰箱和热风枪用于对煤心进行切割、冷冻和热缩;制作标准煤心试件分为打孔润湿、冷冻切割和热缩脱模3个步骤,采用端头局部冷冻切割、脱模与热缩均匀同步等技术,实现多种标准尺寸试件制备,制样方法完善、成功率高。③力学特性参数测试系统包含主体结构、伺服油源控制装置和软件系统3部分,能实现限制性及非限制性直剪试验功能,主要用于开展松软破碎煤体标准试件不同法向应力下直剪试验、不同围压下三轴压缩试验。整体设计结构简单、操作方便。研究利用单动三管取芯器获取松软破碎煤体,利用脱模仪等制样装置将其制备成标准试件,进而在力学特性参数测试系统上分别开展松软破碎煤体标准试件在0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09 MPa法向应力下的直剪试验和0.2、0.3、0.4 MPa围压下的三轴压缩试验,并求得两种试验条件下松软破碎煤体的黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数,其中直剪试验求得的黏聚力和内摩擦角为0.125 kPa和37.2°,三轴压缩试验求得的黏聚力和内摩擦角为0.121 kPa和36.4°。结果表明,该套系统具有较好的实用性和可靠性,为研究松软破碎煤体力学特性提供了较好的试验平台和方法。

关键词：松软破碎煤体取芯器取样标准煤样制备剪切试验抗剪强度

中国特色农业农村现代化的内涵特征与工程化路径

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农业工程学报 2024年第10期40卷 298-305页

作者：农业农村部规划设计研究院课题组张辉农业农村部规划设计研究院北京100125 不详

中国特色农业农村现代化,是中国式现代化的根基。该研究从历史逻辑、理论逻辑和实践逻辑全面分析了中国特色农业农村现代化的演进逻辑,明确了内涵要义,分析了基本特征,探讨了推进路径,并提出相关政策建议。研究表明,加快中国特色农业农... 详细信息

中国特色农业农村现代化,是中国式现代化的根基。该研究从历史逻辑、理论逻辑和实践逻辑全面分析了中国特色农业农村现代化的演进逻辑,明确了内涵要义,分析了基本特征,探讨了推进路径,并提出相关政策建议。研究表明,加快中国特色农业农村现代化,是中国“三农”历史逻辑的必然选择,是党的“三农”理论逻辑的必然结果,是全面建设社会主义现代化国家实践逻辑的必然要求。从内涵特征分析,中国特色的农业农村现代化,既有农业农村现代化普遍具有的农业竞争力强、乡村多功能性强、城乡融合水平强和支持保护力度强等共同特征,也具有鲜明的国情特征、制度特征、任务特征、时代特征、路径特征和本质特征等中国特色。推进中国特色农业农村现代化,要以工程项目为抓手,实施稳产保供固本工程、乡村产业全链工程、和美乡村建设工程、乡村生态循环工程、乡村文化赋能工程、科技创新攻关工程、农民收入提升工程等。研究可为推动“三农”工作及工程化推进提供理论支撑。

关键词：中国特色农业农村现代化演进逻辑内涵特征工程化路径

科技期刊质量建设路径及策略研究——以《洁净煤技术》创新发展实践为例

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编辑学报 2024年第1期36卷 93-97页

作者：白娅娜代艳玲武英刚常明然张鑫张晓宁柳妮煤炭科学研究总院有限公司出版传媒集团 100013 煤炭工业规划院设计研究院有限公司《煤炭经济研究》编辑部北京100120:

强化科技期刊质量建设路径是提高科技期刊核心竞争力和影响力的重要途径。以《洁净煤技术》创新发展实践为例,从“升级期刊智库,提升办刊能力”,“剑指热点前沿,创新办刊模式”,“深化媒体融合发展,构建数字媒体平台”3方面详细介绍了... 详细信息

强化科技期刊质量建设路径是提高科技期刊核心竞争力和影响力的重要途径。以《洁净煤技术》创新发展实践为例,从“升级期刊智库,提升办刊能力”,“剑指热点前沿,创新办刊模式”,“深化媒体融合发展,构建数字媒体平台”3方面详细介绍了科技期刊质量建设路径和策略。“小核心,中砥柱,大外围”内、中、外3圈层科技期刊智库,为期刊高质量发展提供保障;基于前沿热点、国家重大战略项目等采用“为科学家办刊、由科学家办刊”模式,组织策划了系列热点专题,极大提高了期刊学术质量;通过开创特色品牌建设,拓展内容呈现方式,最大限度发挥平台优势整合智力资源,实现期刊多媒体态势下的快速发展。随着期刊学术质量和影响力逐步扩大,《洁净煤技术》进入高质量、高水平发展的新阶段。

关键词：质量建设专题《洁净煤技术》期刊智库媒体融合

软硬复合煤层瓦斯抽采穿层钻孔变形塌孔特征规律研究

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煤炭工程 2024年第10期56卷 201-207页

作者：张栋任朝朋煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100120

为探究软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形规律,采用自主研发的“一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置”进行了现场监测,系统分析了硬煤、软煤、软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形情况,并采用COMSOL数值模拟手段对试验结果进行验证,结... 详细信息

为探究软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形规律,采用自主研发的“一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置”进行了现场监测,系统分析了硬煤、软煤、软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形情况,并采用COMSOL数值模拟手段对试验结果进行验证,结果表明:钻孔浅部竖直方向应变敏感程度滞后于水平方向,且呈交替性增大特征;钻孔应变衰减阶段前,存在一种短暂的伪平衡状态,其实质是煤体内部应力集聚,后突然释放而造成钻孔塌孔;在相同的外部载荷条件下,软弱界面将软硬复合煤层分割为两个相对独立的应力环境,煤层在软弱界面处发生介质突变和应力突变;硬煤层钻孔较软煤层钻孔的各部位变形小,二者均表现为浅部变形大、深部变形小,最终达到稳定环向应变,软硬复合煤层穿层孔在浅部变形与二者相近,穿层孔深部和软弱界面交叉截割形成应力集中区,应力集中区范围沿软弱界面和钻孔径向同时延伸并逐渐衰减,这种衰减呈不明显的非线性特征。

关键词：软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔软弱界面钻孔塌孔数值模拟

煤巷掘进工作面冲击地压防治分级管理体系研究

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煤炭工程 2024年第9期56卷 65-71页

作者：张栋煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100032

为了建立更加合理的掘进工作面冲击地压风险分级管理体系,首先采用因素分析法对煤巷掘进工作面冲击地压影响因素进行研判,获得掘进工作面冲击地压主要风险源。然后在风险因素分析的基础上,利用风险核查法确定采用两个一级指标和七个二... 详细信息

为了建立更加合理的掘进工作面冲击地压风险分级管理体系,首先采用因素分析法对煤巷掘进工作面冲击地压影响因素进行研判,获得掘进工作面冲击地压主要风险源。然后在风险因素分析的基础上,利用风险核查法确定采用两个一级指标和七个二级指标,对煤巷掘进工作面冲击地压风险进行综合评价分级,其中,两个一级指标为煤巷掘进工作面防冲理论及技术指标、煤巷掘进工作面防冲人员及管理指标,并针对一级指标分别提出了对应二级指标。采用层次分析法对各指标权重进行了计算,形成了煤巷掘进工作面冲击地压风险分级体系,将分级结果划分为“安全”“较安全”“中等”“较严重”“严重”五个等级,并根据不同风险等级,提出了合理化管理体系。最后,将分级体系应用到金庄煤矿掘进工作面,该工作面初始评级为“较严重”,制定针对性防控安全对策和配套制度措施并实施后,将风险等级提升至“较安全”级别,表明建立的分级管理体系较为合理,研究结果对掘进工作面冲击地压防治具有一定参考意义。

关键词：掘进工作面冲击地压危险性评价分级管理

坚硬主控覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度机制研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3363-3373页

作者：张玉军肖杰李友伟宋业杰煤炭科学研究总院开采研究院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验北京100013

煤矿顶板水害防控与水资源保护的核心是控制导水裂缝带发育高度,降低煤层开采对上覆含水层扰动。基于覆岩破坏控制技术和顶板预裂弱化控制矿山压力显现方面研究现状,提出通过主动预裂弱化坚硬主控岩层,在不影响开采效率和资源回收率的... 详细信息

煤矿顶板水害防控与水资源保护的核心是控制导水裂缝带发育高度,降低煤层开采对上覆含水层扰动。基于覆岩破坏控制技术和顶板预裂弱化控制矿山压力显现方面研究现状,提出通过主动预裂弱化坚硬主控岩层,在不影响开采效率和资源回收率的情况下控制采动导水裂缝带发育高度的低损害开采技术构想。采用相似模拟,理论分析和数值模拟分析相结合的研究方法探究预裂弱化坚硬主控岩层控制导水裂缝带发育高度作用机制,并根据数值模拟结果提出含水层下坚硬覆岩预裂层位确定方法。研究结果表明:坚硬岩层相较于软弱岩层采动破断块度较大,采动破坏后整齐堆积于采空区,采动破坏膨胀量较小;不同层位坚硬岩层预裂弱化条件下采动响应存在显著差异,因此预裂层位选择将直接决定预裂弱化控制导水裂缝带高度效果;数值模拟结果显示中位岩层预裂和中、低位岩层同时预裂时导水裂缝带发育高度控制效果较好。研究成果为含水层下煤炭资源安全、高效和绿色开采提供了新的技术途径。

关键词：采矿工程导水裂缝带控制预裂弱化坚硬主控岩层水害防治水资源保护

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多频雷达融合的顶煤结构精准探测技术

岩土力学 2024年第2期45卷 633-646页

作者：刘万里王诚龙王浩宇张学亮中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100120

顶煤结构的准确探测是实现综放智能化开采的重要依据,然而我国煤层结构复杂且内部常含多层夹矸,易影响综放智能化开采的水平。为此,提出一种多频雷达融合的顶煤结构精准探测方法,可提高雷达天线探测深度内的浅部探测精度,同时对顶煤内... 详细信息

顶煤结构的准确探测是实现综放智能化开采的重要依据,然而我国煤层结构复杂且内部常含多层夹矸,易影响综放智能化开采的水平。为此,提出一种多频雷达融合的顶煤结构精准探测方法,可提高雷达天线探测深度内的浅部探测精度,同时对顶煤内部的结构信息进行解释。主要研究步骤如下:首先,对不同频率的雷达数据进行预处理和空间对齐,建立不同频率雷达数据之间的空间对应关系;其次,利用滑动窗口与小波变换加权融合方法对多频率雷达数据进行处理,根据窗口内各分段小波信号的能量占比确定各频率信号的时变权重值,并引入边缘检测算法来提高小波变换对雷达数据的融合效率,实现多频雷达数据有效融合;最后,根据煤-矸-岩的介电常数差异和电磁波传播的衰减特性,建立顶煤内部回波强度模型,并利用分层识别方法计算出顶煤内部煤-矸-岩之间的界面信息,进而反演出顶煤内部结构(包括顶煤厚度、夹矸厚度及层数、夹矸层间距等)。试验结果表明:所提出的方法能有效地将不同频率雷达数据进行融合,并能有效地探测出顶煤内部结构特征,且顶煤厚度、夹矸厚度和夹矸层间距的探测误差均小于10%。该方法有助于实现顶煤结构的精准探测,为综放智能化开采提供理论技术支撑。

关键词：综放开采多频雷达融合顶煤结构探测

一种新型煤与瓦斯突出物理模拟系统研制与应用

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煤炭学报 2024年第S1期49卷 327-339页

作者：刘永茜霍中刚李宏艳舒龙勇孙中学汪东刘学史兴旺煤炭科学技术研究院有限公司煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院)

物理力学实验模拟是研究煤与瓦斯突出机理和发育规律的重要技术方法之一。研发一种新型煤与瓦斯突出模拟系统，旨在借助现有先进监测技术和装备，结合具体瓦斯地质模拟条件，开发出先进的实验设计方案，实现复杂场景下的煤与瓦斯突出现... 详细信息

物理力学实验模拟是研究煤与瓦斯突出机理和发育规律的重要技术方法之一。研发一种新型煤与瓦斯突出模拟系统，旨在借助现有先进监测技术和装备，结合具体瓦斯地质模拟条件，开发出先进的实验设计方案，实现复杂场景下的煤与瓦斯突出现象模拟，助推煤与瓦斯突出机理研究。本模拟系统由应力加载子系统、实验箱体子系统、动力牵引子系统、气压控制子系统、诱突装备子系统、模拟巷道子系统和测控子系统7部分构成，在各个子系统设计过程中都不同程度地实现了技术方法提升，整个系统形成了标志性创新成果。模拟系统有如下特点：(1)完善了三轴同步连续非均匀加载技术装备的高载荷加/卸载功能。试件加载由X、Y和Z方向的10个独立压头完成，试件尺寸为400 mm×400 mm×1 200 mm，载荷强度最大25 MPa，最大密闭气压6.0 MPa，上述10个压头中的任意个体可根据指令独立或同步完成行程内的加/卸载任务，并实现了水平应力分层加卸载。(2)形成了系统制样、装样、密封、加载一体化工艺。实验箱体为新型分体式结构，由动力牵引系统辅助实验箱体完成试件成型、应力加载和模拟材料搬运，且箱体结构平移量控制精准。(3)集成多种诱突技术于同一模拟平台，完成了包括箱体、突出窗口等多项技术装备功能创新，完成了动力诱突、二级爆破片联动诱突、变径钻进诱突等多种诱突技术及装备研制，且在动力诱突和变径钻进诱突技术装备上实现了原始创新，并经过了实验模拟验证。(4)实现了关键装置结构体的设计创新。双层钢板箱体缓解了同步加载的应力集中并提高箱体结构气密性，突出口的内腔设计提高了诱突效率，模拟巷道端头结构与管道“软包硬”结构设计提高了系统安全性，变径钻头结构实现了Rouleauxs triangle理论的工程化应用。(5)多元信息监测及数据融合实现了模拟测试的精准化。采用了先进的数据采集系统(应力、气压、温度等数据)和包括声发射、高速摄像机等监控技术装备，实现了煤与瓦斯突出的多元数据精准监测。(6)工程案例模拟证实了系统应用的可靠性。通过平煤“3·22”突出案例模拟，完成了系统功能的整体检验，并发现了突出过程中断层构造对地应力、气体压力和温度的影响规律，证实了本物理力学模拟系统性能可靠，可为煤与瓦斯突出机理研究提供平台支撑作用。

关键词：煤与瓦斯突出物理模拟地质构造诱突技术控制系统装备研制

坚硬覆岩预裂弱化改性效应及导水裂缝带控制机理

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 105-118页

作者：张玉军李友伟肖杰张志巍李嘉伟中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院开采研究院北京100013

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐... 详细信息

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐述了不同弱化层位对导水裂缝带的控制机理,并进行了实测验证。研究结果表明:预制裂缝可以使坚硬岩石往强度低的方向进行转变,并将完整岩样的劈裂破坏特征转变为以预制裂缝为主控的张拉剪切破坏,坚硬岩石的破坏程度由剧烈趋于缓和;揭示了预制裂缝对坚硬岩体的弱化改性效应,计算得到应力与裂缝耦合的损伤变量,定性的分析了弱化程度与岩性转变的关系,改性后岩体能量存储能力降低,耗散能力增强;数值模拟了不同弱化层位对导水裂缝带的控制效果,综合对比覆岩破坏形态、裂隙数量及破坏高度动态演化规律,发现“马鞍形”破坏形态随着弱化层位的升高而逐渐减弱,覆岩裂隙数量演化基本呈现“缓增−突增”的演化趋势,未弱化以及中、高位弱化覆岩破坏高度动态演化近似呈现“S”形,而中位弱化呈“半抛形”,综合分析得出低位弱化对导水裂缝带的控制效果最好;在分析高、中、低位坚硬岩层破坏特征的基础上,揭示了不同预裂弱化层位控制导水裂缝带发育机理;钻孔实测孟村矿顶板压裂条件下的“两带”发育高度,对比发现预裂弱化条件下裂采比降低,初步验证了顶板预裂弱化对导水裂缝带发育的抑制性。研究成果将为深部矿区耦合灾害防控、水资源及生态保护等领域提供理论和科学依据。

关键词：坚硬覆岩预裂弱化岩层控制导水裂缝带高度改性效应