• 采矿与岩层控制工程学报2020年第4期全本

    2020年04期 [查看摘要][在线阅读][下载 17918K]
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  • 西部生态脆弱区煤炭减损开采地质保障科学问题及技术展望

    王双明1,2,3,申艳军1,2,3,孙 强1,2,3,侯恩科1,2,3

    我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变,其中,西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱-半干旱带的沙漠-黄土覆盖生态脆弱区,易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此,减损开采成为西部生态脆弱区煤炭资源安全高效开发与环境保护协调发展的必然选择。立足西部煤炭资源开发现实情况,提出了西部生态脆弱区煤炭减损开采面临的四大关键科学问题,即:① 煤-水空间发育组合特征;② 采动过程地质条件变化规律;③ 保水开采分区及地质判据;④ 西部煤炭减损开采技术体系构建思路。同时,详细阐述了煤炭减损开采技术发展状况及存在的现实难题。在此基础上,尝试构建西部生态脆弱区煤炭减损开采技术体系,并展望了西部煤炭减损开采技术未来发展方向。相关研究以期为西部生态脆弱区煤炭绿色减损开采提供借鉴。

    2020年04期 043531页 [查看摘要][在线阅读][下载 1453K]
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  • 井工矿开采致覆岩层移动变形预测计算模型及工程应用

    程健维1,赵 刚1,撒占友2,郑万成3,王云刚4,刘 杰2

    长壁工作面开采强度大、速度快,煤层上覆岩层的原始应力平衡在短时间内遭到破坏,导致从直接顶到地面产生不同程度的位移变形,对井下开采活动及地面基础设施造成严重的影响和破坏。掌握由开采导致的岩层移动、变形的时间及空间特性,有助于对相关灾害进行防治。以预测地表沉陷的影响函数法为基础,通过相关参数的改造与理论推导,将其用于对地下岩层移动及变形的计算与预测,建立水平煤层工作面上覆岩层终态二维开采沉陷预计模型和动态二维开采沉陷预计模型。并使用该模型进行工作面保护煤柱上覆岩层破坏影响的预测评估、水体下采煤安全性评价、瓦斯抽采巷道层位优化等方面,实践表明该模型具有良好的实用性。

    2020年04期 043523页 [查看摘要][在线阅读][下载 1016K]
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  • 急斜特厚煤层综放开采顶板动态运移规律及其控制

    李云鹏1,崔 峰2,3,杨文化2,3,尉迟小骞2,3

    为研究急斜特厚煤层综放开采顶板的运移规律,以乌鲁木齐乌东煤矿北采区45o特厚煤层为研究背景,通过物理相似模拟、数值模拟以及理论分析的方法进行研究。研究结果表明:急斜特厚煤层水平分段综放开采时,采空区顶板在倾斜方向的不同层位上表现出不同的运移特征;顶板从空间上依次可分为挤压失稳区、滑移失稳区、回转失稳区;获得挤压失稳区顶板的变形挠曲函数,滑移失稳区顶板失稳的必要条件以及回转失稳区顶板发生2次断裂的位置;最后提出了对顶板实施井下与地表相结合的弱化方案并进行了优化。揭示了采空区顶板随工作面的推进,顶板将在空间上产生“挤压-滑移-回转”有规律的交替运动。研究结果可为采空区顶板的治理以及巷道围岩稳定性控制提供参考。

    2020年04期 043538页 [查看摘要][在线阅读][下载 2544K]
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  • 厚煤层沿空掘巷围岩失稳机制及控制技术

    贾 川1,胡成成2

    深埋厚煤层沿空掘进巷道回采期间巷道大变形治理是制约煤矿安全开采的难题,国内外专家在支护实践中,总结多套巷道支护技术,但由于矿井地质条件的复杂多变性,现有的支护技术还不能完全控制围岩大变形。以羊场湾煤矿130205工作面深埋厚煤层小煤柱沿空掘巷回采期间围岩大变形为工程背景,依据全尺寸数值计算分析构建厚煤层沿空侧的覆岩运动特征与力学结构模型,利用摩尔-库仑准则分析沿空采动期间围岩失稳机理,得出通过降低作用于煤柱上方的垂直应力才能有效控制围岩变形。在此基础上提出泵送支柱辅助支护方案,通过该方案的实施,风巷超前段围岩大变形得到有效控制,两帮移近量由3.6 m减小至1.5 m,减小58.3%;顶底板移近量由1.5 m减小至0.7 m,减小66.1%,确保了工作面的正常回采。

    2020年04期 043535页 [查看摘要][在线阅读][下载 1329K]
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  • 高强度开采地表移动变形规律及减损关键参数模拟

    蔡音飞1,2,李晓静3,邓伟男4,肖 武5,张文凯2,6

    煤矿超大工作面高强度开采对地表影响剧烈,环境影响演变迅速。根据神东矿区典型工作面的地质采矿条件,结合数值模拟试验和现场岩移观测数据,利用开采沉陷学、力学和统计学等相关理论,研究超大工作面开采地表移动变形规律和减损关键参数。采用正交试验方法设计工作面长、宽、厚和推进速度4种因素、5个水平的有限差分数值模型进行试验,并在科学计算软件Mathematica中分析模拟得到的地表移动变形量,用受损区在沉陷区的占比这一指标表征开采损坏程度。基于模拟和分析结果,采用方差分析法定量反演超大工作面关键参数对地表受损程度的影响规律,发现控制工作面宽度和采厚对减损开采影响显著。研究结果可为生态脆弱矿区的资源与环境协调开发提供理论和技术参考。

    2020年04期 043511页 [查看摘要][在线阅读][下载 1138K]
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  • 深部临时水仓硐室群围岩偏应力分布特征与控制技术

    潘 浩,朱 磊,张新福,古文哲,刘治成,李 娟,宋天奇,秋丰岐

    以邢东矿二水平临时水仓硐室群为工程背景,采用FLAC3D模拟研究硐室群围岩偏应力分布规律及塑性区响应特征,探寻硐室群围岩偏应力分布与硐室群围岩稳定性支护的内在联系。研究结果表明:临时水仓硐室群开挖卸载后,在硐室群围岩中形成环状偏应力峰值区,其环状偏应力峰值区的范围及位置与硐室群围岩塑性区的范围及位置基本一致,且各硐室围岩偏应力峰值区内的高偏应力集中区与各硐室围岩塑性区的扩展区域相同。基于数值模拟试验结果得出,强力锚网索可在各硐室围岩中形成大范围锚杆-索预应力承载结构,并据此提出了该预应力承载结构范围应大于各硐室围岩偏应力峰值区范围的硐室群围岩支护原则。现场实践表明,采用强力锚网索和厚层U型混凝土联合支护,可保障临时水仓硐室群围岩的控制效果,满足其生产服务期间的使用要求。

    2020年04期 043033页 [查看摘要][在线阅读][下载 3970K]
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  • XGBoost在光纤监测矿压的时序预测研究

    柴 敬1,2,王润沛1,杜文刚1,雷武林1,朱旭宝1

    为掌握矿山压力显现规律,针对岩石内部变形预测难的问题,采用XGBoost算法和分布式光纤技术相结合,基于相似材料模型试验,制作三维立体模型,并在模型内部预埋3根垂直光纤,模拟工作面开采。引入光纤平均频移变化度作为判断周期来压指标,构建矿压监测数据的相空间,使用XGBoost的方法建立矿山压力显现规律时间序列预测模型。同时,在训练样本和测试样本不变的前提下,建立BP神经网络回归模型( BPNN )、支持向量机回归模型( SVR ),并与XGBoost回归模型( XGBR )预测结果进行对比分析。试验结果表明,BP神经网络易产生过拟合现象,SVM计算速度缓慢且依赖超参数的选择,XGBoost的计算速度和预测精度优于别的模型,为预测提供参考。

    2020年04期 043035页 [查看摘要][在线阅读][下载 606K]
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  • 浅埋煤层顶板隐伏断层倾角对矿压显现影响分析

    杨登峰1,张拥军2,王 盛2,牛长辉3,柴佳乐4

    针对顶板隐伏断层倾角对浅埋煤层开采矿压显现的影响作用问题,构建断裂力学模型研究隐伏断层倾角对来压步距和支架工作阻力的影响作用,通过物理模型对比分析了不同倾角隐伏断层在工作面推进过程中的活化、扩展、垮落压架过程,分析了支承压力、断层应力场、支架工作阻力等的变化特征。研究结果表明:随着工作面的推进,断层活化扩展贯通,顶板切落失稳,倾角不同造成了断层1为倾覆式切落破坏,断层2形成滑移式切落破坏,来压步距较长,滑移式破坏切顶的规模要大于倾覆式。裂纹面正应力和剪应力随工作面的推进持续增大,工作面过断层裂纹扩展应力释放后开始降低,断层2降速较缓。切顶线基本是沿断层的扩展方向形成,顶板切落动载荷使支架的荷载大幅增加,过断层1时升高了33%,过断层2时增幅达到64%。倾角的变化对切顶线的形成和上覆岩层切落时的质量有重要影响,形成了顶板的不同切落形式,造成了支架的剧烈来压。

    2020年04期 043038页 [查看摘要][在线阅读][下载 2107K]
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  • 不同加载速率下砂岩的单轴压缩试验力学特性及能量演化规律

    李利峰1,张晓虎1,邓慧琳2,韩六平1

    从能量的角度出发,通过单轴压缩试验和单轴分级加卸载试验分析了砂岩在破坏过程中能量积聚和耗散的特点,并定量分析了弹性能和耗散能之间的关系。研究结果表明:( 1 ) 不同试验条件下,砂岩试样都经历了压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段4个阶段,随着加载速率的增加,弹性模量和峰值强度也呈现增加的趋势;( 2 ) 砂岩试样在各个阶段内都存在弹性能和耗散能,整体随加载速率的增加呈非线性增长的关系,弹性能和耗散能相互抑制的阈值为20 MPa,20 MPa之前,弹性能对耗散能抑制作用明显,20 MPa之后,耗散能对弹性能抑制作用显著;( 3 ) 单轴分级加卸载试验下,试样因疲劳损伤和裂纹界面摩擦产生的塑性变形对弹性能无影响,表现为加卸载曲线的逐渐右移,吻合单轴压缩试验对应弹性能的同时,证明了本研究方法的合理性。

    2020年04期 043037页 [查看摘要][在线阅读][下载 565K]
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  • 煤岩体高压磨料水力割缝基本规律的试验研究

    陈树亮1,黄炳香2,李 丁2,赵兴龙2,徐 杰2,王常委2

    采用定向水力致裂技术控制坚硬顶板的效果随水力割缝预割缝槽长度的增加而增强,为进一步研究添加磨料后的水力割缝效果,采用高压磨料水力割缝试验系统,对煤岩体磨料水力割缝基本规律进行了试验研究,分析了泵注压力、割缝时间、磨料浓度和岩性变化对磨料水力割缝效果的影响规律。试验结果表明:割缝深度随泵注压力基本呈线性增加;随着割缝时间延长,割缝深度不断增大,但超过有效割缝时间T后,割缝深度不再变化;特定割缝参数条件下,磨料浓度越接近3.4%时,割缝深度越接近极限深度;同一材料不同影响因素下割缝宽度基本无变化;割缝效果( 割缝深度、宽度 )随岩石强度、结构致密性的增大而变弱。研究结果可为优化现场磨料水力割缝施工参数设计提供参考。

    2020年04期 047521页 [查看摘要][在线阅读][下载 602K]
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  • 东部草原露天开采对植被与土壤养分空间异质性影响

    毕银丽1,2,李向磊1,郭楠1

    东部草原露天煤矿开采多年后,矿区周边草原生态系统植被种群与土壤养分逐渐发生变化,为揭示矿区周边植被种群密度与土壤养分的空间异质性分布规律,以宝日希勒露天矿坑周边2 km为半径的草原草场为研究区,在矿坑周边不同方向布设了4条采样线,运用经典统计学和地统计学方法对矿区植被种群密度和土壤有机质、速效磷、速效钾含量的空间异质性进行了分析。研究结果表明:矿区周边天然草地土壤有机质的平均含量为56.44 g/kg;速效磷的为7.89 mg/kg;速效钾的为181.50 mg/kg;植被种群密度的平均值为198.13株/m2;有机质、速效磷和速效钾含量分布呈现从西向东逐渐增加的趋势,植被种群密度在西部与东部较高、中部较低。变异系数范围为19.81%~37.62%,均为中等变异。有机质、速效磷的最佳拟合模型均为高斯模型,速效钾的最佳拟合模型为球形模型,植被种群密度的最佳拟合模型为线性模型;块金值与基台值比值范围为12.67%~94.17%。速效磷和速效钾的空间变异主要由随机性因素引起,且空间相关性较弱;有机质属中等强度的空间变异性,其空间变异由随机性因素和结构性因素共同作用引起;植被种群密度空间变异受人类活动主要是对资源的开发利用、放牧等结构性因素影响较大。在小尺度范围内,受煤炭开采与放牧干扰,草地出现不同程度退化,草地植被类型改变,土壤养分与植被种群密度呈负相关变化。

    2020年04期 047036页 [查看摘要][在线阅读][下载 4920K]
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  • 基于混合蛙跳算法的概率积分模型参数反演?

    滕超群1,王 磊1,魏 鹏2,李靖宇1,江克贵1,朱尚军1

    概率积分法是开采沉陷中应用较为广泛的预计方法,属于复杂多元非线性函数,参数众多且具有相关性。如何基于实测资料精准估计概率积分参数则是概率积分函数模型应用的难点。SFLA( 混合蛙跳算法 )是近年来提出的群体智能优化算法,已广泛应用于水资源分配、路径优化等实际问题中。鉴于此,将SFLA应用于概率积分参数反演中,构建了基于SFLA的概率积分参数估计方法。研究结果表明:① 模拟试验中,SFLA反演概率积分预计参数q,tan β,b,θ的参数估计相对误差分别为0.12%,0.10%,0.11%,0.21%;S1,S2,S3,S4参数估计相对误差最大不超过3%。② 利用此方法求解顾桥南矿1414( 1 )工作面概率积分参数,求解结果为:q=0.97,tan β=1.98,b=0.38,θ=86.76°,S1=-5.03 m,S2=-17.84 m,S3=58.01 m,S4=36.38 m,下沉与水平移动拟合中误差为109.31 mm。

    2020年04期 047038页 [查看摘要][在线阅读][下载 579K]
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