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巨厚坚硬岩层运移对采场超前支承压力影响实验研究

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煤炭工程 2024年第1期56卷 134-140页

作者：许斌张沿徐维正山东科技大学采矿工程研究院山东泰安271000

为了揭示采场超前支承压力在受巨厚坚硬岩层运移影响之后的演化规律和变异特征,以杨柳煤矿典型巨厚坚硬岩层赋存条件为模型,运用物理模拟和机械模拟实验方法进行模拟研究,并与无巨厚坚硬岩层的采场模型进行比较。通过研究发现:采场中巨... 详细信息

为了揭示采场超前支承压力在受巨厚坚硬岩层运移影响之后的演化规律和变异特征,以杨柳煤矿典型巨厚坚硬岩层赋存条件为模型,运用物理模拟和机械模拟实验方法进行模拟研究,并与无巨厚坚硬岩层的采场模型进行比较。通过研究发现:采场中巨厚坚硬岩层对其支承压力的影响,主要集中在巨厚坚硬岩层发生破断之前,其应力集中程度高、影响范围广、影响程度剧烈;临近巨厚坚硬岩层破断前,覆岩中有巨厚坚硬岩层时的超前支承压力峰值和影响范围分别为无巨厚坚硬岩层时的1.15倍和1.9倍;巨厚坚硬岩层处于稳定状态时或已发生破断后,采场支承压力峰值和影响范围相对无巨厚坚硬岩层采场较小,对采场超前支承压力的影响相对较弱;支承压力峰值的增大势必会使采场前方煤壁的影响范围增大。

关键词：巨厚坚硬岩层超前支承压力演化规律机械模拟实验方法变异特征

深部工作面上盘开采的断层煤柱应力演化特征分析

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矿业安全与环保 2024年

作者：袁健博万晓刘志刚贾海宾尚文政杨田田 1.山东科技大学采矿工程研究院 2.山东新巨龙能源有限责任公司山东科技大学采矿工程研究院山东新巨龙能源有限责任公司

为研究断层煤柱应力演化特征，确定断层应力阻隔影响范围，本文采用理论分析、数值模拟和现场监测的方法分别研究了断层煤柱应力、断层煤柱应力演化特征和微震演化特征。研究结果表明：2304工作面受超前支承应力影响的塑性区范围为40.68... 详细信息

为研究断层煤柱应力演化特征，确定断层应力阻隔影响范围，本文采用理论分析、数值模拟和现场监测的方法分别研究了断层煤柱应力、断层煤柱应力演化特征和微震演化特征。研究结果表明：2304工作面受超前支承应力影响的塑性区范围为40.68m；断层构造应力与工作面超前支承应力叠加，回采2304工作面距FL6断层40m出现明显应力增高现象；FL6断层存在明显应力阻隔现象，下盘煤层距离FL6断层附近出现6～8m的应力降低区；断层区域实施诱能爆破，诱能期间FL6断层附近监测到小能量事件，FL6断层内部能量得到充分释放；2304工作面回采期间并未出现大能量事件，断层区域诱能爆破和大直径钻孔卸压措施起到预卸压效果，保证了2304工作面安全生产。

关键词：应力阻隔微震演化断层煤柱应力演化爆破诱能微震验证

上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压弱结构法防治技术

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矿业安全与环保 2024年第2期51卷 40-45,52页

作者：董文卓陈理强王文杰史明伟徐维正马宏军山东科技大学采矿工程研究院山东泰安271000 开滦(集团)有限责任公司河北唐山063000

为解决上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y484工作面为研究对象,分析得出以上覆不规则煤柱、大埋深、本层煤柱和煤岩层结构为主的上覆不规则孤岛工作面冲击地压的主控因素;... 详细信息

为解决上覆不规则煤柱孤岛工作面冲击地压防治问题,分析了国内该条件下导致冲击地压的研究现状;以唐山矿Y484工作面为研究对象,分析得出以上覆不规则煤柱、大埋深、本层煤柱和煤岩层结构为主的上覆不规则孤岛工作面冲击地压的主控因素;提出了通过制造弱结构调控冲击地压主控因素的防冲方法,描述了弱结构的特征及其通过调整应力分布防治冲击地压的原理;采用FLAC3D建立数值模型,分析了上覆不规则煤柱孤岛工作面的变形破坏过程及应力分布规律,使用弹塑性本构模型模拟弱结构,验证了弱结构对冲击地压的防控作用。通过现场工程实践,建立并实施了以弱结构为主的冲击地压防治技术,并通过应力法和钻屑法验证了弱结构对该条件下的冲击地压具有良好的防控效果。

关键词：不规则煤柱孤岛工作面弱结构冲击地压数值模拟

基于概率信息与协作学习的鲁棒T-S模糊建模方法

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 87-94页

作者：江敏吴鸿云柏昀旭陆新江陈秉正中南大学机电工程学院长沙410083 长沙矿山研究院有限责任公司长沙410012 国家金属采矿工程技术研究中心长沙410012 天津大学机械工程学院天津300072

T-S模糊建模方法在非线性系统建模中取得了大量的应用.然而,T-S模型在参数辨识过程中忽略了结构风险项,同时没有考虑各个规则之间的联系,因此在数据受到非高斯噪声和异常点的影响时,模型容易失效.针对以上不足,提出了基于概率信息与协... 详细信息

T-S模糊建模方法在非线性系统建模中取得了大量的应用.然而,T-S模型在参数辨识过程中忽略了结构风险项,同时没有考虑各个规则之间的联系,因此在数据受到非高斯噪声和异常点的影响时,模型容易失效.针对以上不足,提出了基于概率信息与协作学习的模糊建模方法.该方法建立了规则之间协作学习机制以保证模型的连续性、平滑性与鲁棒性,并进一步构建了包含正则化项、误差项、规则概率信息及规则之间协作关系项的目标函数,用于提高模型的泛化能力和建模性能.除此之外,建立了空间投影机制,将数据低维特征空间的非线性关系转换为高维投影空间的线性关系,以增强规则之间的协作性.针对该模型,建立了基于最小二乘的求解方法,获得了可靠的模型参数.数学算例仿真和实际锻压实验表明:所提出的方法在面对噪声以及强非线性影响时,依然能在规则数较低的情况下保持优秀的建模性能.对比其他优秀的模糊建模方法,该模型有着更强的抗干扰能力,且建模均方根误差(RMSE)远低于其他建模方法.综上所述,所提出的方法对传统方法和建模理论进行了改进,即使面对强非线性系统拥有较强的泛化能力、鲁棒性以及优秀的建模能力,并且能够以较少的模糊规则对工程当中非线性、不确定性系统建模.

关键词：模糊建模概率信息协作学习噪声鲁棒性

不同冻结状态下含单裂隙岩石动态抗拉特性研究

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有色金属（矿山部分） 2024年第4期76卷 124-132,141页

作者：骆柯牛雷雷朱万成王聪赵蔚东北大学资源与土木工程学院采矿工程系岩石破裂与失稳研究所沈阳110819

目的:为探明冻融和动态扰动双重作用对寒区露天矿边坡岩体稳定性的影响。方法:利用摆锤冲击加载SHPB试验系统研究干燥、饱水和冻结状态下完整、含预制单裂隙花岗岩的动态抗拉峰值载荷、加载速率敏感性及破坏模式;建立了含裂隙饱和动态... 详细信息

目的:为探明冻融和动态扰动双重作用对寒区露天矿边坡岩体稳定性的影响。方法:利用摆锤冲击加载SHPB试验系统研究干燥、饱水和冻结状态下完整、含预制单裂隙花岗岩的动态抗拉峰值载荷、加载速率敏感性及破坏模式;建立了含裂隙饱和动态巴西劈裂数值模型,并验证了模型正确性,模拟不同加载速率下裂隙充水饱和试样的破坏模式和强度率效应。结果:结果表明:相同加载速率下,冻结强度>干燥强度>饱水强度,完整试样强度大于含裂隙试样,预制裂隙降低了试样的强度;不同含水和冻结状态下试样的动态抗拉峰值载荷与加载速率呈正向幂函数关系,表现出加载速率强化效应,干燥、饱水、冻结状态下完整、含裂隙试样的DIF T增速分别为0.465、0.456、0.445和0.479、0.438、0.480,冻结强化动态强度,饱水弱化强度,预制裂隙放大了加载速率敏感性;裂隙充水会增大饱和试样的强度、裂纹扩展范围增大。结论:研究结果为揭示不同冻结状态下含单裂隙岩石动态破裂机理提供试验和模拟支撑。

关键词：冻结岩石 SHPB 动态巴西劈裂饱水裂隙裂纹扩展

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特厚煤层垂直分层区段窄煤柱围岩稳定性及控制技术研究

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煤炭学报 2024年

作者：武超王志强刘耀儒李敬凯耿新胜林陆李廷照石磊王鹏清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室清华大学水利部水圈科学重点实验室中国矿业大学(北京)能源与矿业学院吕梁学院采矿工程系河北工程大学矿业与测绘工程学院

针对特厚煤层垂直分层区段窄煤柱大变形失稳控制难题，采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法，对老公营子煤矿特厚煤层窄煤柱围岩稳定性及控制技术展开研究。在笔者对窄煤柱内三向应力计算的基础上，基于摩尔-库伦破坏强度得... 详细信息

针对特厚煤层垂直分层区段窄煤柱大变形失稳控制难题，采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法，对老公营子煤矿特厚煤层窄煤柱围岩稳定性及控制技术展开研究。在笔者对窄煤柱内三向应力计算的基础上，基于摩尔-库伦破坏强度得到窄煤柱平面应变的屈服准则，定性分析了窄煤柱破坏特征及损伤程度演化规律，进一步分析了区段窄煤柱失稳机理及其尺寸效应影响规律，最后给出区段窄煤柱围岩控制关键技术，并通过数值模拟及现场试验进行验证。研究成果表明：①窄煤柱中部破坏程度大于两帮，中部自顶端向下煤体破坏程度由严重向轻微发展。随着宽高比增大窄煤柱内破坏程度及严重破坏区域占比逐渐减小，当宽高比大于1:1，窄煤柱中下部开始出现大范围的轻微破坏区，当宽高比大于5:3，轻微破坏区占比超过50%。当C ≥ 3 MPa，或φ ≥ 20°时，窄煤柱两帮破坏程度转变为轻微。②工作面回采巷道一侧为窄煤柱低强度承载区，在上部高应力作用下，大范围的低应力承载区煤体向巷道位移，造成两帮持续性大变形，进而影响顶板的稳定性。煤柱高度是中、底分层区段窄煤柱稳定的主控因素，窄煤柱宽高比增大，对高强度承载区承载强度影响程度较小，而低强度承载区承载强度增加较明显，合理的窄煤柱宽高比可平衡煤柱内高、低强度承载区比例，并提高承载强度。③分层窄煤柱留设需考虑工作面两侧采空时围岩稳定性，保证煤柱内部高强度承载区范围大于煤柱宽度及高度的一半，并通过联合加强支护措施使煤柱内形成由浅入深的多重联合控制区，共同维护煤柱的自稳能力。

关键词：特厚煤层垂直分层窄煤柱稳定性围岩控制

加浆改性固体充填材料承载压缩特性与固结机制

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中国矿业大学学报 2024年第3期53卷 456-468页

作者：杨科方珏静张吉雄 ASLANI Farhad 何祥张连富吕鑫魏祯安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 西澳大学土木、环境与采矿工程学院澳大利亚珀斯6009

为提高井下固体充填采充作业效率,增强充填材料承载性能,设计了不同粉煤灰掺量的加浆改性固体充填材料压实试验,并开展了不同养护龄期的胶结充填体单轴压缩测试,探究了加浆散体压实力学特征,分析了粉煤灰掺量及养护龄期对胶结充填体的... 详细信息

为提高井下固体充填采充作业效率,增强充填材料承载性能,设计了不同粉煤灰掺量的加浆改性固体充填材料压实试验,并开展了不同养护龄期的胶结充填体单轴压缩测试,探究了加浆散体压实力学特征,分析了粉煤灰掺量及养护龄期对胶结充填体的强度影响及变形破坏趋势,结合加浆散体压实界面黏结特性及胶凝浆液水化过程,阐明了加浆改性固体充填材料承压变形特性及固结承载机理.研究结果表明:加浆改性固体充填材料承载性能受加浆散体压实与胶凝浆液交互补强的动态影响,其承载机制包括矸石啮合、黏结补强和胶结固化3个关键过程;压实过程中应力-应变曲线表现出孔隙压密、滑移调整及破碎重构3个阶段,并随着粉煤灰掺量的增加,抵制变形的能力增强;粉煤灰掺量对胶结充填体性能具有双向作用,在养护28 d时,粉煤灰掺量为10%的胶结充填体达到强度阈值.研究成果对于固体改性充填工艺的优化具有较大参考价值,为充填体后期强度提高及充填成本的降低提供了理论及数据支撑.

关键词：固废充填加浆改性固体充填压实变形承载特性固结机制养护龄期

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架间底板拖管充填采空区浆液流动特性试验研究

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煤炭工程 2024年第2期56卷 99-104页

作者：成云海王旭东申昊黄国栩山东科技大学采矿工程研究院山东泰安271001 山东科技大学煤矿充填开采国家工程实验室山东泰安271000

为解决矿山充填与煤炭开采之间时空干涉难题,实现矿井安全、高效充填开采。结合李家壕矿井生产系统和开采条件,提出采空区架间底板拖管非胶结膏体充填技术。为确保该技术可行及充填参数的有据可依,遂建立非胶结膏体架间底板拖管充填采... 详细信息

为解决矿山充填与煤炭开采之间时空干涉难题,实现矿井安全、高效充填开采。结合李家壕矿井生产系统和开采条件,提出采空区架间底板拖管非胶结膏体充填技术。为确保该技术可行及充填参数的有据可依,遂建立非胶结膏体架间底板拖管充填采空区物理模型,以矸石和粉煤灰为骨料制备非胶结膏体充填材料,分析最大粒径和质量浓度对浆液采空区内流动特性的交互影响。研究结果表明:①浆液充填量主要受矸石粒度的影响,质量浓度主要影响浆液在采空区内的扩散速度;②随着浆液充填量的增加,采空区内的空隙逐渐趋于饱和,且渗透方式呈现出以管口为球心的半球形扩散分布;③模拟试验揭示了浆液中矸石颗粒在采空区流动扩散阻塞机理;④沿管道走向依次剖开断面,浆液中矸石级配和质量浓度有明显的分选性。

关键词：架间底板拖管非胶结膏体流动特性配比参数

淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷InSAR监测与规律分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第8期49卷 1356-1366页

作者：郑美楠邓喀中郭庆彪赵若南秦锡鹏安徽理工大学矿山环境与灾害协同监测煤炭行业工程研究中心安徽淮南232001 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 乌拉尔国立矿业大学采矿工程学院俄罗斯叶卡捷琳堡620000

不同地质采矿条件下关闭矿井地表次生沉陷规律是国内外关注的问题之一,对此进行研究具有重要的理论和实用价值。淮南矿区地下潜水位高、第四系松散层厚、煤层开采多,监测分析淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷规律具有典型性。基于160景Sent... 详细信息

不同地质采矿条件下关闭矿井地表次生沉陷规律是国内外关注的问题之一,对此进行研究具有重要的理论和实用价值。淮南矿区地下潜水位高、第四系松散层厚、煤层开采多,监测分析淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷规律具有典型性。基于160景Sentinel-1A数据,利用永久散射体干涉法(persistent scatterers interferometry,PSI)和小基线集(small baseline subset,SBAS)技术分别获取了2016-01-14—2022-05-30淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷。结果表明,新集三矿、李嘴孜-新庄孜-谢一矿关闭后地表上升,新庄孜矿最大上升速率为51.1 mm/a,而潘一矿因关闭时间晚(2018-09)受采空区残余形变影响地表仍表现为下沉。由PSI和SBAS同名点监测结果统计分析可知二者相关性为0.74,标准偏差为1.59 mm/a,证明了合成孔径雷达干涉结果的可靠性。通过时序形变分析,将淮南矿区关闭矿井地表次生沉陷规律归纳为下沉阶段—稳定阶段—上升阶段,但下沉、稳定和上升阶段并不一定随时间推移逐次发生。由地表上升起始时间及李嘴孜矿、新庄孜矿和谢一矿的位置关系可知,三矿之间可能存在水力联系,地下水先从新庄孜矿和谢一矿交界处开始回升,后流向东南和西北两侧。研究成果对完善关闭矿井地表沉陷规律、构建地表沉陷预测模型具有重要意义。

关键词：关闭矿井淮南矿区地表次生沉陷 InSAR