期刊,煤炭科学技术 2022年卷8期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

煤炭科学技术

主　　编：王金华

出版周期：月刊

国际刊号：0253-2336

电子邮箱：cst410@china.com

电　　话：010-84262920 84262926

邮政编码：100013

地　　址：北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。

正式出版

收录年代

冲击地压智能化防治系统架构及关键技术

秦子晗李伟东冯美华汪义龙...

1-7页

查看更多>>摘要：为保障我国冲击地压矿井的安全生产,加快冲击地压防治技术的智能化进程,提高防冲效果,通过总结国内外冲击地压监测手段、防治技术和管理技术3个方面的发展现状,指出了当前存在的评价客观性不足、预警结果指导性差、智能化水平低、无法杜绝人工作业等实际问题.针对上述问题,基于冲击地压防治理念和煤矿智能化技术现状,提出了基于"信息感知系统→矿井数据采集处理平台→冲击地压智能管控系统"为主体的智能化冲击地压防治系统架构,其运行过程由信息感知系统获取矿井信息,传送至矿井数据采集处理平台,进行矿井三维可视化建模和海量数据的整理分析,并通过冲击地压综合管控系统实现对冲击地压防治各环节进行决策并执行.阐述了作为架构核心的综合管控系统的功能组成,并对冲击地压风险管控、智能监测预警、防冲设备智能联动、危险区域智能管理4个子系统进行了论述,分析了利用专家系统、数据融合、智能操作、电子围栏等方法实现评价设计、监测预警、卸压解危和防冲管理等环节智能化的技术路径.在防冲智能化系统架构建设基础上,结合当前技术发展,进而确定了防冲方案智能决策、监测系统前端数据融合、卸压装备智能化及巷道修护机器人等关键技术的发展方向,为防治冲击地压智能化建设提供借鉴.

关键词：

冲击地压智能化防冲系统架构智能决策前端数据融合

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大厚度变异系数煤层综放开采合理采放比研究

张明建李锋杨柳

8-15页

查看更多>>摘要：基于九里山矿综放试验面在走向和倾向上煤层厚度变异性大,中间厚两边薄的特点,取煤层一走向变坡处进行了2组数值模拟试验,提出了合理的采放比,并利用现场试验进行了验证.研究结果表明:采高恒定组的采高增加时顶煤丢煤颗粒数目维持在恒定数值范围,采高变化对顶煤采出率影响不大.采放比恒定组随着采放比的增加,丢煤颗粒先多后少,顶煤放出率先降后升,采放比对顶煤采出率影响较大.2组试验进行对比结果表明:在煤厚逐渐升高的过程中,结合采出率,同时存在一个采出率较高的采放比区间0.9～1.1;煤炭采出率都受到煤厚的非线性影响,对于具体煤厚需要具体分析.顶煤运移跟踪仪对试验面顶煤采出率的现场测试结果表明,测试结果现场实施1∶1采放比条件下,放出率为85.7％.现场顶煤破碎程度高,中部及下端头煤较薄且破碎导致下位顶煤采出率高,下端头顶煤较厚且块度较大导致中上位顶煤采出率较低,部分较薄破碎顶煤在煤壁漏冒.工程实践表明:采用了1∶1采放比后,在回采过程中,参数优化最大程度减少了工艺煤损,综放工艺对顶煤厚度连续变化具有较强的适应性,综放工作面采出率达到90％,多采出顶煤约0.81万t,实现了安全高效、科学精准回采.

关键词：

综放开采煤厚变异性采放比顶煤运移跟踪仪煤炭采出率

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煤炭地下气化热-力耦合作用下条带开采数值模拟研究

黄温钢王作棠夏元平辛林...

16-23页

查看更多>>摘要：煤炭地下气化条带开采适应强,且有助于围岩稳定控制,应用前景良好.为研究地下气化热-力耦合作用下条带开采过程中燃空区围岩的温度场、应力场和位移场的演化规律,采用COMSOL Multiphysics对贵州盘江山脚树矿4号煤层地下气化条带开采进行了数值模拟,并对气化开采和常规开采后的围岩应力和变形特征进行了对比分析.结果表明:随着气化工作面推进,围岩体内部约2m区域的温度先升高后降低,温度传导范围一直呈扩大趋势,最大影响范围为10～12 m,温度在顶板中的传导范围最大,两侧煤体次之,底板最小.地下气化高温会在燃空区围岩体中产生热应力,导致地下气化条带煤柱所受垂直应力要明显高于常规开采的,并使燃空区悬露面、煤柱与顶底板交界面均承受水平压应力.燃空区邻近区域的顶底板位移趋势与常规的相同,但顶底板深部的位移则出现相反情况,即顶板上移、底板下沉.燃空区围岩的水平位移量明显大于常规条带开采的,且开采区域的左侧围岩体向左水平移动,右侧围岩体向右水平移动.地下气化条带开采过程中直接顶变形的波动幅度明显大于常规开采的,并在有煤体支撑的区域出现上移现象,其模型顶部岩层出现了整体上移现象,且其变形量大于常规开采的,说明地下气化过程中形成的热应力能一定程度上阻止覆岩的下沉变形.数值模拟结果可为地下气化条带开采的工程设计提供理论指导.

关键词：

煤炭地下气化条带开采热-力耦合温度场应力场位移场

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厚冲积层矿区地表移动持续时间预测方法研究

安士凯李昱昊王晓鹏周大伟...

24-31页

查看更多>>摘要：地表移动持续时间是地表沉陷稳定的关键指标,精确预计该时间对于地表及地面设施的稳定性评估至关重要.由于厚冲积层的特殊性及现有方法考虑影响因素有限,导致现有方法在厚冲积层矿区预测误差偏大.针对这一问题,综合考虑了采深、采厚、冲积层厚度和推进速度等地表移动时间影响因素,基于淮南潘谢新区15个工作面的实测数据,分析了各影响因素与地表移动持续时间的关系,建立了厚冲积层矿区地表移动持续时间新计算模型,分析了计算模型精度,并利用SBAS-InSAR技术进行了实测验证.研究结果表明:地表移动持续时间与采厚、采深呈正相关,与推进速度、冲积层厚度呈负相关;分别利用参与和未参与建模的数据进行计算,得到新模型的精度提高了86％和44％;新建模型计算结果与Sentinel-1数据解算结果的相对误差最低为7.2％,再次证实了该计算方法的正确性.对比传统经验公式,新建公式适用性更强,精度更高,可为厚冲积层矿区地基稳定性评价等相关工作提供技术支撑.

关键词：

淮南矿区地表沉陷厚冲积层地表移动时间预测

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深部超大断面分选硐室群布置方式优化研究

刘学生王新谭云亮PUREV Lkhamsuren...

32-39页

查看更多>>摘要：为满足井下分选和就地充填要求,井下往往需要密集布置多条硐室,其布置方式对硐室群围岩控制影响重大,是硐室群设计的重要内容.以新巨龙煤矿-800 m水平煤矸分离硐室群为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合,较系统地探讨了硐室群围岩稳定性影响因素,并运用FLAC3D软件建立数值计算模型,获得了不同布置方式时硐室间距对围岩变形破坏影响规律.随着硐室间距增大,相邻硐室围岩相互影响逐渐减小,同层位布置时最优间距约为15 m,错层位布置时约为18 m.采取同层位布置且硐室间距为15 m时,围岩应力集中区域主要位于硐室交叉处,应力峰值为35 MPa,围岩最大变形量为43 mm,塑性破坏区宽度约为5 m,硐室间存在约5 m见方的弹性承载岩柱.现场工程中4条硐室采用同层位"井字型"布置方式,间距为15～89 m,实践表明:硐室群围岩变形主要集中在硐室成型初期,且以硐室中部变形最大,约为26 mm,围岩整体稳定性好.研究成果可为深埋硐室群布置方式设计及参数优化等提供参考.

关键词：

超大断面硐室群硐室布置深部围岩高应力

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急倾斜煤岩互层巷道变形特征及机理研究

常博刘旭东张传明贾冲...

40-49页

查看更多>>摘要：针对急倾斜煤岩互层巷道的变形问题,采用现场实测与数值模拟实验方法,运用围岩稳定性联合监测设备,分析急倾斜煤岩互层巷道围岩裂隙分布特征、锚杆拉力变化、巷道变形及其应力分布规律.结果表明:B8急倾斜煤岩互层巷道的平均水平主应力24.3 MPa,约为垂直地应力3.08倍.当岩层过渡到煤层后其孔壁较为破碎,随钻孔深度增加孔壁逐渐产生剪切错动.急倾斜煤岩互层巷道存在非对称性的变形特征,南帮帮鼓0.60～1.00 m大于北帮的0.20～0.40 m,两帮变化呈现出"收敛期-趋于稳定期-稳定期"的阶段性趋势,其巷道"收敛期"存在5d左右的蠕变特征,单日变形量为0.10～0.20 m,为此施工作业应避开巷道的5 d左右的收敛期.返修阶段的巷道变形对锚杆造成破坏,使得南帮锚杆锚固力30 kN时被拉出,至巷道变形稳定相对后,90处锚杆中共有15处存在锚杆质量较低的情况,占比达到16.67％.由于急倾斜煤岩层地质因素的影响,巷道围岩的垂向裂隙较为发育,在水平应力的作用下,软弱夹层极易发生结构面间的错动变形,加之岩层内部的挤压力作用,继而产生岩层的离层变形,最终导致巷道南帮帮鼓大变形现象.两帮呈现巷道底鼓南高北低的不对称变形特征,南帮变形失稳后,使得巷道北帮岩层承受覆岩作用较大,应力集中效应较强.研究结果为急倾斜煤岩互层巷道的变形控制提供了科学依据.

关键词：

急倾斜煤岩互层大巷围岩变形煤层互层巷道围岩

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分段水力压裂弱化采场坚硬顶板围岩控制技术研究

牛同会

50-59页

查看更多>>摘要：针对神东矿区布尔台煤矿42煤层覆岩存在坚硬顶板,回采生产中采空区顶板大范围悬顶不垮落诱发的强矿压显现限制了矿井安全生产这一现状,通过理论分析以及现场工业试验,对坚硬顶板覆岩结构简化力学模型进行分析,分析了坚硬顶板悬顶受力特征及其对矿压显现的影响;进一步提出了对工作面顶板施工定向水力压裂措施来弱化坚硬顶板岩层,控制其垮落,揭示了水力压裂弱化坚硬顶板降低回采期间矿压显现的机理;结合42202工作面现场工程条件,确定了顶板坚硬岩层层位,并对水力压裂方案、参数进行优化设计,并在施工中监测水力裂缝扩展、水压及注水量变化,分析水力压裂技术对坚硬顶板岩层的控顶效果.综合研究结果表明:对42202工作面覆岩粉砂岩层施工水力压裂措施后,顶板岩层有效弱化,压裂卸压影响区域内工作面来压强度整体降低,尤其是来压峰值压力降幅明显,降低约10％;来压步距降低4％;来压前支架平均阻力降低2.6％;来压时支架平均阻力降低6.8％;动载系数降低4％;工作面煤壁片帮得到遏制;同时,辅运巷道两帮及顶底变形量分别减小100、30 mm;辅运巷道浅部及深部围岩应力分别降低2.5、1 MPa,锚杆、锚索受力分别下降29、22 kN,反映出对坚硬顶板施工定向水力压裂能有效降低工作面矿压显现,避免形成强烈冲击,可满足安全生产要求.

关键词：

坚硬顶板分段水力压裂矿压显现弱化顶板来压步距

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冻融循环条件下砂岩动态拉伸力学特性试验研究

刘德俊浦海沙子恒许军策...

60-67页

查看更多>>摘要：我国西部地区受冻融循环作用的影响较大,岩石在经历冻融循环作用后其内部温度应力造成岩石结构性损伤,岩石物理力学性质产生显著的变化,进而会影响岩石工程的安全性和可靠性.为研究冻融循环对岩石动态拉伸力学性能的影响,选用新疆典型寒冻地区砂岩,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同冻融循环次数(0、5、10、15、20和25次)后的试样进行动态巴西圆盘试验;并利用SEM电镜扫描和高速摄像机分析冻融循环对试样宏细观破碎特征的影响,在此基础上对冻融循环作用机制进行讨论.结果表明:冻融循环对砂岩动态抗拉强度有很大影响,冻融循环后试样结构损伤,力学性能劣化.随着冻融循环次数的增加,试样结构损伤和力学性能劣化加剧.动态抗拉强度随冻融循环次数的增加逐渐降低,循环25次之后,降低幅度约为50％.同一冻融循环次数下,动态抗拉强度具有明显的应变率增强效应.不同冻融循环次数后砂岩破碎特征差异明显,低应变率和高应变率下分别出现剥落式破坏和颗粒状粉碎破坏.从微观角度,冻融循环主要对岩石矿物颗粒、胶结物质、孔隙面积产生影响,削弱了岩石颗粒间的黏结力,同时在岩石内部产生不同形式的断裂裂纹;冻融循环作用产生的冻胀力与孔隙间水压力导致岩石内部出现损伤,使得宏观上表现出强度的下降.

关键词：

岩石力学冻融循环动态拉伸应变率效应宏细观破碎特征

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冲击荷载下聚丙烯纤维水泥砂浆力学特性研究

沈文峰王亮徐颖孙蕾...

68-74页

查看更多>>摘要：为研究掺入聚丙烯纤维(polypropylene fiber,PPF)的喷射砂浆,在加固矿井的应用中发生瞬时破坏时对软岩巷道的支护潜力,制备了水灰比为0.3、0.4、0.5并分别以0、1％、1.25％、1.5％的体积分数掺入PPF的水泥砂浆,浇铸成ø50 mm×25 mm的圆柱体试件.采用ø50 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)对上述试件分别以0.25、0.35、0.45 MPa三种加载气压进行冲击压缩试验.通过对比分析,在冲击荷载作用下,不同水灰比和不同PPF体积掺量的砂浆试件的动态力学性能,分别研究水灰比和PPF体积掺量对喷射砂浆的抗冲击载荷的影响.试验结果表明,典型试件的破坏特征具有应变率效应,试件破碎块度随应变率的增大而减小;PPF增强砂浆动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、裂隙扩张阶段、塑性变形阶段和破坏阶段,随着应变率的提高,塑性变形阶段相应有所加强;相同PPF体积掺量时,较高孔隙率的高水灰比的砂浆试件有利于吸收应力波能量而表现出更好的抗冲击性能;当PPF体积掺量为1.25％时,均匀分布在砂浆内部的纤维改变应力传播路径,缓解应力集中现象,通过桥接和加筋作用使喷射砂浆具有更好的变形协调能力,而且在当前掺量的PPF增强砂浆的动态抗压强度和极限韧性最高,具有更好抵抗瞬时荷载破坏的能力.以上试验结果对调控砂浆配比、增强消波吸能能力有一定参考价值.

关键词：

矿井加固分离式霍普金森压杆水灰比破碎破裂应变率效应冲击荷载

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多源数据驱动的防突预警指标自适应技术研究

朱墨然王麒翔张庆华

75-81页

查看更多>>摘要：针对目前煤矿防突预警技术存在的预警模型有效性不明确、预警临界值误差较大、预警系统对煤矿的适应性较差等问题,分析了煤矿防突信息的特征,应用多源数据驱动思维,设计了多源数据驱动的防突预警系统结构,研究了多源数据驱动的防突预警指标自适应技术,实现预警模型有效性的定量评价智能优选和预警临界值自适应训练,提升预警系统对煤矿的适应能力,提高预警准确率.通过建立预警模型有效性定量评价方法,智能优选预警模型,避免人为主观因素造成的模型选择失误;通过建立预警临界值自适应训练方法,使预警临界值能够与煤矿实际情况相适应,并且预警临界值的精确度随时间的推移逐渐提高,减少了临界值考察的工作量.该技术体系在贵州盘州地区某煤矿应用过程中,从4个代表性预警模型中定量筛选了效果较好的预警模型A和预警模型S,在瓦斯体积分数并未超限的情况下,预警模型A提前捕捉到因煤厚变化引起的瓦斯涌出异常状况,并及时发布预警信息,在采取相应措施后消除了事故隐患.该技术能够使煤矿防突预警具有更高的适应性,提高煤矿防突管理水平,为安全生产决策提供支持.

关键词：

煤与瓦斯突出防突预警数据驱动预警模型预警临界值

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