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托顶煤巷道易片冒顶板变形机理与超前导管预注浆控制技术研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期43卷 1-11页

作者：陈晓祥韩文宇河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

目的为探究厚煤层易片冒区域托顶煤巷道顶板变形破坏机理,并对易片冒区托顶煤巷道顶板进行有效控制,方法以常村煤矿2701工作面皮带运输巷为例,通过等截面梁理论分析托顶煤巷道顶板破断成因,研究托顶煤巷道顶板的稳定性与巷道宽度和顶... 详细信息

目的为探究厚煤层易片冒区域托顶煤巷道顶板变形破坏机理,并对易片冒区托顶煤巷道顶板进行有效控制,方法以常村煤矿2701工作面皮带运输巷为例,通过等截面梁理论分析托顶煤巷道顶板破断成因,研究托顶煤巷道顶板的稳定性与巷道宽度和顶煤强度的关系。通过极限平衡准则得到巷帮位移的计算公式,证明托顶煤巷道具有帮顶协同变形机制。建立托顶煤巷道数值模型,研究巷道埋深、侧压系数、顶煤厚度和顶煤强度与托顶煤巷道围岩稳定性的关系。结果结果表明:巷道埋深越大,其对托顶煤巷道两帮稳定性的影响越大;侧压系数的增加对巷道两帮和底鼓量的影响更大,对顶板影响较小;顶板下沉量与顶煤厚度呈正相关,底鼓量则与顶煤厚度呈负相关;顶煤强度的增加使巷道顶板下沉量与两帮移近量均近似呈线性减小趋势,底鼓量基本保持不变。结论通过幂律型流体柱形渗透注浆扩散理论得到超前导管注浆半径,由此提出托顶煤巷道超前导管预注浆帮顶联合控制技术,成功控制易片冒托顶煤巷道顶板冒落问题,可为类似地质条件的托顶煤巷道顶板控制提供借鉴。

关键词：厚煤层托顶煤巷道顶板破断机理超前导管注浆帮顶联合控制技术

不同控制方式和卸荷应力路径下类岩石节理剪切强度特征研究

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岩土力学 2024年第7期45卷 2061-2071,2116页

作者：孙杰豪郭保华程胜锦田世轩陈岩河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省煤炭安全生产协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学焦作市道路交通与运输工程技术研究中心河南焦作454000

为研究不同控制方式和卸荷应力路径下岩石节理失稳剪切强度特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了2种控制方式和3种卸荷应力路径下的类岩石节理直剪试验。结果表明:(1)采用应力控制方式进行切向加卸载时,各剪切加卸载路径下,节... 详细信息

为研究不同控制方式和卸荷应力路径下岩石节理失稳剪切强度特征,借助RDS-200型岩石节理剪切试验系统开展了2种控制方式和3种卸荷应力路径下的类岩石节理直剪试验。结果表明:(1)采用应力控制方式进行切向加卸载时,各剪切加卸载路径下,节理剪切应力-时间曲线多存在失稳跌落现象,剪切应力-位移曲线失稳后多表现为折线形式。(2)与采用应力控制方式进行切向加载的试样结果相比,采用位移控制方式进行切向加载、采用应力控制方式进行法向卸载并保持剪切应力恒定、采用应力控制方式进行法向卸载和切向加载、采用应力控制方式同时进行法向和切向卸载的试样失稳剪切强度均有所降低;节理黏聚力减小百分比平均值为36.07%,而内摩擦角变化范围仅在4.12%以内,所以黏聚力降低是节理失稳剪切强度降低的主要原因。(3)以采用应力控制方式进行切向加载试样的拟合摩尔-库仑公式为基准,位移控制方式或其他采用应力控制方式的加卸载应力路径下试样失稳剪切强度的相对误差平均值最大可达55.78%。经引入黏聚力修正系数k对摩尔-库仑准则进行修正后,相对误差平均值的最大值减小到5.23%,说明对经受位移控制方式或采用应力控制方式的其他加卸载应力路径的工程节理来说,进行黏聚力的折减修正是必要和可行的。研究结果对不同控制方式及卸荷应力路径下岩体节理剪切承载能力的准确估计具有一定参考价值。

关键词：岩石力学控制方式应力路径类岩石节理直剪试验剪切强度

深部矿井TBM掘进巷道通风及降温耦合模拟分析

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期43卷 18-26页

作者：荣腾龙任箫剑陈召王嘉尉王龙飞刘鹏炬河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

目的针对TBM(tunnel boring machine)掘进巷道所面临的深井巷道高温问题,方法基于k-ε湍流方程和流体传热方程构建非等温流动耦合理论,对巷道风速和温度演化过程进行模拟,研究不同风筒出口风速、不同风筒出口温度和不同风筒位置等因素... 详细信息

目的针对TBM(tunnel boring machine)掘进巷道所面临的深井巷道高温问题,方法基于k-ε湍流方程和流体传热方程构建非等温流动耦合理论,对巷道风速和温度演化过程进行模拟,研究不同风筒出口风速、不同风筒出口温度和不同风筒位置等因素对巷道内通风和降温过程的影响。结果结果表明:巷道平均风速与风筒出口风速基本呈线性关系,风筒布置在巷道顶部通风降温效果最佳;风筒出口风速与巷道温度呈负指数相关关系,增加风速可以降低巷道温度;风筒出口温度与巷道截面平均温度基本呈线性关系,巷道内温度随着风筒出口温度升高而升高;掘进工作面达到26℃及以下时风筒出口风速和风筒出口温度之间的多项式关系得到了确定。结论研究结果可为解决TBM掘进深井巷道的高温问题提供参考。

关键词：深部矿井 TBM 掘进巷道通风降温数值模拟影响因素

基于力学模型构建的留巷切顶高度确定与围岩控制技术

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煤炭工程 2024年第1期56卷 119-126页

作者：辛亚军吴春浩杨俊鹏田孟含祝忍忍河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

以顺和煤矿2401运输巷道沿空留巷为工程背景,分析巷道围岩结构特征,基于巷道局部空间结构稳定性,分别构建了沿空留巷未切顶与切顶力学结构模型,并以巷道不同切顶高度进行物理相似模拟试验。结果表明:巷旁采空区切落的矸石增加对关键块... 详细信息

以顺和煤矿2401运输巷道沿空留巷为工程背景,分析巷道围岩结构特征,基于巷道局部空间结构稳定性,分别构建了沿空留巷未切顶与切顶力学结构模型,并以巷道不同切顶高度进行物理相似模拟试验。结果表明:巷旁采空区切落的矸石增加对关键块的支撑力,同时弱化关键块对直接顶悬壁端部挤压,巷旁支护阻力减少35.78%;随着切顶高度增加,巷道顶板采空区侧端部悬臂由F型缓慢过渡到大I型,同时大保护结构具有向上平移趋势,相比于未切顶1巷,4 cm切顶2巷、8 cm切顶3巷与16 cm切顶4巷叠加应力峰值分别下降9.38%,28.13%,25.00%。结合巷道顶板岩性,最终确定切顶高度为8.2 m,留巷段采用三列单体液压支柱作巷旁支护,长短锚索超前补强,巷道围岩稳定,较好满足使用要求。

关键词：沿空留巷顶板结构切顶卸压巷旁支护

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预应力锚索自由段剪切破坏机制研究

岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1468-1479页

作者：冯超刘少伟付孟雄吕谦贺德印何亚飞河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 安阳工学院土木与建筑工程学院河南安阳455000 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

端部锚固型锚索作为一种高效且经济的加固手段,在岩体支护领域应用广泛。端锚锚索自由段剪切破坏是工程实践中常见的一种锚索破坏类型,其破坏机制与全长锚固型锚索有着本质差别,需要进一步深入研究。综合采用实验室试验、理论分析和数... 详细信息

端部锚固型锚索作为一种高效且经济的加固手段,在岩体支护领域应用广泛。端锚锚索自由段剪切破坏是工程实践中常见的一种锚索破坏类型,其破坏机制与全长锚固型锚索有着本质差别,需要进一步深入研究。综合采用实验室试验、理论分析和数值模拟等研究方法,明晰了锚索自由段剪切破坏特征,揭示了预应力锚索自由段板剪切破坏力学机制和细观演化规律。研究结果表明:节理面剪切作用引起锚索内形成耦合增长的轴力和剪力,钢绞线断口同时存在拉伸和剪切破坏2种类型;反弯点处锚索轴力和剪力呈正相关关系,基于拉剪复合破坏准则,较好地解释了锚索剪切破坏力学机制;锚索剪切过程中同时存在拉应力集中区和拉剪复合应力集中区,锚索外缘钢绞线表面剪切损伤导致其较早破坏,锚索内力演化规律证实了锚索剪切破坏属于拉剪复合破坏。研究结果为锚索支护技术的发展提供一定的参考作用。

关键词：岩石力学岩体支护剪切破坏锚索自由段力学模型数值模拟

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半封闭空间内氢化镁粉尘爆炸火焰的传播特性

爆炸与冲击 2024年第6期44卷 172-182页

作者：毛文哲张国涛杨帅帅徐子晖王燕纪文涛河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学河南省燃爆动力灾害预警与应急工程技术研究中心河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁利用省部共建协同创新中心河南焦作454003

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先... 详细信息

在自行搭建的5 L粉尘爆炸火焰传播特性实验装置中,实验研究了半封闭空间内氢化镁(MgH_(2))粉尘爆炸火焰的传播特性。实验结果表明:随MgH_(2)粉尘浓度的提高,MgH_(2)粉尘爆炸火焰由点火至稳定传播所用时间先缩短后延长以及预热区宽度先减小后增大,火焰亮度、锋面平滑度、及火焰传播速度呈先提高后降低的趋势,并在质量浓度为800 g/m^(3)时呈最佳燃烧状态。不同浓度的MgH_(2)粉尘爆炸火焰传播瞬时速度整体呈波动趋势,波动幅度随浓度的提高而先减小后增大,800 g/m^(3)时波动幅度最小,瞬时传播速度变化趋势随浓度的变化呈现不同的变化趋势。最后,根据MgH_(2)爆炸产物的XRD测试结果,分析MgH_(2)粉尘爆炸反应机理,发现MgH_(2)粉尘爆炸是以MgH_(2)燃烧反应为主并伴随有MgH_(2)和Mg(OH)2分解以及Mg和H_(2)氧化等多个总包反应的复杂过程,爆炸反应的最终产物为MgO。

关键词：半封闭空间储氢金属氢化镁爆炸火焰传播

苏南五市秋冬季PM_(2.5)化学组成特征和空间差异

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环境科学 2024年第4期45卷 1975-1982页

作者：冯蔚丁峰尚玥谢鸣捷南京信息工程大学环境科学与工程学院大气环境与装备技术协同创新中心江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室南京210044 江苏省南京环境监测中心南京210013 商丘市气象局商丘476000

于2020年9月至2021年2月在苏南五市(南京、苏州、无锡、常州和镇江)收集PM_(2.5)滤膜样品,分析了各样品中的水溶性无机离子和碳质组分.结果表明,苏南五市PM_(2.5)各组分中ρ(NO_(3)^(-))均为最高[(9.54±10.1)^(12.1±11.3)μg·m^(-3)]... 详细信息

于2020年9月至2021年2月在苏南五市(南京、苏州、无锡、常州和镇江)收集PM_(2.5)滤膜样品,分析了各样品中的水溶性无机离子和碳质组分.结果表明,苏南五市PM_(2.5)各组分中ρ(NO_(3)^(-))均为最高[(9.54±10.1)^(12.1±11.3)μg·m^(-3)],比其它目标组分高约2倍以上.由于受更多道路扬尘和燃煤源的影响,常州市PM_(2.5)中Ca^(2+)、Cl^(-)、OC和EC的浓度平均值高于其它4个城市.将所有目标组分浓度相加得到重构PM_(2.5)(r PM_(2.5))浓度,发现各城市r PM_(2.5)浓度均由二次无机离子(NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-),SNA)主导,占比高达(59.2%±11.1%)^(70.8%±9.72%),且r PM_(2.5)浓度平均值在不同城市间无显著性差异(P>0.05).苏南五市ρ(r PM_(2.5))日均值>35μg·m^(-3)的情形主要发生在冬季,且出现的日期相同,此期间r PM_(2.5)中NO_(3)^(-)占比[(35.5%±6.64%)^(43.3%±6.48%)]远高于其它时间[(23.7%±9.87%)^(28.5±10.4%)].各目标组分在不同城市间的相关系数和离散系数计算结果表明,受二次源主导化学组分的浓度在时间变化趋势和数值大小上均具有高度的空间相似性.因此,减少PM_(2.5)二次组分前体物的排放和加强区域间的联防联控是进一步改善苏南城市地区PM_(2.5)污染的重要途径.

关键词：苏南城市 PM_(2.5) 化学组分空间分布二次形成

基于模糊综合评价的导水通道超前探查判识技术

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 178-186页

作者：李建林薛杨王心义徐博博郭水涛河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 焦作市神龙水文地质工程有限公司河南焦作454000 河南焦煤能源有限公司古汉山矿河南焦作454100

华北型煤田地质条件复杂,煤层底板受构造切割形成大量导水通道,其探查判识一直是水害防治中的重点和难点。以多分支定向长钻孔超前探查为基础,构建了基于流程分析与模糊综合评价相结合的导水通道判识技术。首先在超前探查过程中,选取钻... 详细信息

华北型煤田地质条件复杂,煤层底板受构造切割形成大量导水通道,其探查判识一直是水害防治中的重点和难点。以多分支定向长钻孔超前探查为基础,构建了基于流程分析与模糊综合评价相结合的导水通道判识技术。首先在超前探查过程中,选取钻时录井、钻井液消耗量、γ录井、岩屑录井、压水试验、可注性6个评判指标,将施工过程分为16种工况,依此建立综合分析流程图,对样点是否导水进行定性判识;其次采用钻速、钻井液消耗量、γ值、非灰岩占比、单位压注量和注浆量对6个指标进行量化分级,利用超标加权法确定指标权重,基于模糊理论和最大隶属度原则对样点是否导水进行三级定量判识;最后利用该技术对赵固一矿15031工作面13个点位进行综合流程分析和模糊综合评价,其中10个点位导水可能性高,3个点位导水可能性低;在此基础上,结合工程实际成功标定了3条导水通道的具体位置。该技术构建了导水通道的判识指标体系,并对其进行量化分级与综合评估,提高了煤层底板导水通道的判识度。

关键词：超前探查导水通道模糊综合评价矿井水害

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大型海藻微波热解制氢特性研究

低碳化学与化工 2024年第1期49卷 119-124,132页

作者：吴爽丁巍巍刘瑞薛原王鑫泉州职业技术大学福建省清洁能源应用技术协同创新中心福建泉州362268 大连海洋大学海洋科技与环境学院辽宁大连116023 中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045

大型海藻无需耕地、不含难热解的木质素,是降碳减排、生产小分子生物燃料的理想原料。对大型海藻(包括海带、蜈蚣藻、孔石莼和海黍子)进行微波热解,并与落叶松进行对比。研究了微波热解过程的升温行为、气体释放行为及氢气生成曲线,比... 详细信息

大型海藻无需耕地、不含难热解的木质素,是降碳减排、生产小分子生物燃料的理想原料。对大型海藻(包括海带、蜈蚣藻、孔石莼和海黍子)进行微波热解,并与落叶松进行对比。研究了微波热解过程的升温行为、气体释放行为及氢气生成曲线,比较了微波热解的产物分布、气体组成和气化指标,进一步利用Ca-Al(CaO-Al_(2)O_(3))吸附剂原位吸收海带微波热解产生的二氧化碳(CO_(2)),强化海带的定向转化制氢。结果表明,大型海藻比落叶松具有更快的升温行为、更好的制氢效果,尤其海带的氢气产率(16.40 g/kg)为落叶松的3倍。添加Ca-Al吸附剂能够进一步增强海带的微波热解制氢效率,当海带与Ca-Al吸附剂的质量比为1.0:3.0时,氢气产率达到44.24 g/kg,气化效率可达68.57%,气体产物中氢气含量高达77.24%。

关键词： Ca-Al吸附剂微波热解海带大型海藻氢气