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浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制 被引量：49
1
作者 朱卫兵 许家林 +2 位作者 陈璐 李竹 刘文涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期358-366,共9页
针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象,采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿... 针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象,采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后,只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时,房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关,房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳,且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏,而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示,上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2. 8 MPa增大至12 MPa,应力集中系数为4. 28;当下部3-1煤层工作面采后,上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa,应力集中系数达10. 71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现横向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响,最终导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式。两侧边界煤柱失稳后,其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震,顶板多层岩层以"整体运动"的形式急剧快速下沉并撞击底板,将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌,同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落,造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定,历时仅约为0. 45 s,其中,上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0. 05 s。 展开更多
关键词 浅埋深 近距离煤层 房式开采 煤柱失稳 压架 矿震
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基于关键层控制的部分充填采煤技术 被引量：45
2
作者 许家林 轩大洋 +1 位作者 朱卫兵 王晓振 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2019年第2期63-70,共8页
建筑物(村庄)下压煤开采一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。针对充填采煤技术面临的难点与挑战,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了基于关键层控制的部分充填采煤技术。研究揭示了覆岩关键层对地表沉陷控制机理;建立了基于关键... 建筑物(村庄)下压煤开采一直是困扰我国煤矿的重大技术难题。针对充填采煤技术面临的难点与挑战,结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发了基于关键层控制的部分充填采煤技术。研究揭示了覆岩关键层对地表沉陷控制机理;建立了基于关键层控制的地表沉陷控制模型及部分充填采煤的设计方法;研发了采空区条带(墩柱)充填、冒落区嗣后充填和覆岩隔离注浆充填等部分充填采煤技术,已在淮北、淄博、阳泉、皖北等矿区10余对矿井的40余个工作面成功应用。部分充填采煤技术充分利用了覆岩结构的自承载能力,减少了充填工作量、降低了充填成本,是高效低成本的建筑物压煤充填开采技术。 展开更多
关键词 关键层 部分充填 建筑物下采煤 岩层移动 绿色开采
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特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理 被引量：38
3
作者 于斌 朱卫兵 +2 位作者 李竹 高瑞 刘锦荣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2398-2407,共10页
针对大同矿区石炭系特厚煤层综放工作面周期性发生液压支架立柱大幅下缩甚至压死支架的工程技术难题,采用理论分析与现场实测的方法,研究特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理。提出了远场"三角板"结构运动影响特厚煤层开采工作... 针对大同矿区石炭系特厚煤层综放工作面周期性发生液压支架立柱大幅下缩甚至压死支架的工程技术难题,采用理论分析与现场实测的方法,研究特厚煤层开采远场覆岩结构失稳机理。提出了远场"三角板"结构运动影响特厚煤层开采工作面矿压的理念,建立了远场关键层"横OX"破断形成的"三角板"结构力学模型,确定了该"三角板"结构滑落失稳和回转变形失稳的理论判据;结合同忻煤矿现场实例,预计了远场关键层"横O-X"破断"三角板"结构块体的几何尺寸,并分析了此"三角板"的走向长度及回转程度对其自身结构稳定性的影响,结果表明"三角板"的走向长度和回转程度越大时该结构越容易失稳。同忻煤矿8202工作面临空侧回风平巷超前段底臌变形特征间接验证了远场关键层发生"横O-X"破断的规律。据此提出超前预裂远近场关键层以及在"三角板"结构下工作面实行快速推进等防治措施。 展开更多
关键词 特厚煤层 关键层 “横O-X”破断 “三角板”结构 矿压显现 大采高
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关键柱柱旁充填岩层控制基础理论 被引量：22
4
作者 白锦文 崔博强 +5 位作者 戚庭野 朱卫兵 王凯 史旭东 毋皓田 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期424-438,共15页
采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法,揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理,确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数,评价... 采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法,揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理,确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数,评价了关键柱柱旁充填岩层控制的效果,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。结果表明:①关键柱柱旁充填岩层控制技术方法通过在采空区煤柱群体系的关键柱旁边实施柱旁双侧全部充填、柱旁双侧部分充填、柱旁单侧全部充填或柱旁单侧部分充填等工艺,使采空区中形成的柱旁充填体不仅能对关键柱起到侧护作用,还能形成“关键柱-柱旁充填体”的协同承载结构体,进而实现采场岩层移动的有效控制,并保障煤炭资源的安全高效绿色开采。②关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理主要体现在4个方面:关键柱与柱旁充填体的耦合承载、柱旁充填体对关键柱产生侧向约束、关键柱受力状态向应变强化的转变、关键柱强度的长期劣化减弱。③关键柱柱旁充填体的材料以返井固废充填材料和原位固废充填材料为主,柱旁充填体的极限抗压强度应大于或等于其分担的载荷,柱旁充填后“遗留煤柱-柱旁充填体”耦合承载体中屈服区的宽度不能扩展与延伸至“关键柱”的原始弹性核区内,柱旁充填体的形态主要包括矩式、梯式、台阶式和多级梯式四大类。④柱旁充填后关键柱的应力集中程度会降低,其两侧塑性核区的宽度减小,且中央区域弹性核区的宽度增大;“关键柱-柱旁充填体”的应力分布与塑性区分布特征表明关键柱柱旁充填岩层控制的效果良好。⑤关键柱柱旁充填岩层控制基础理论不仅可以用于采空区遗留煤柱群链式失稳的防控,还能应用于优质遗留煤炭资源复采和地下空间维护与利用等技术领域,更能推广 展开更多
关键词 关键柱 柱旁充填 煤柱群链式失稳 协同承载 失稳防控 岩层控制
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煤与共伴生战略性金属矿产协调开采理论与技术构想 被引量：13
5
作者 黄炳香 赵兴龙 +13 位作者 余斌 贺桂成 岳中文 杨成祥 王长申 孟庆彬 杨玉贵 刘江峰 冯秀娟 陈大勇 邢岳堃 朱卫兵 段晓恒 鞠金峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2516-2533,共18页
煤与煤系共伴生矿产协调开采是国家重大战略需求。我国煤系共伴生有铝、铀、铁、镓等22种战略性金属矿产,种类多、储量丰富、与煤层叠置,赋存状态与开采方法差异大,各矿产开采的岩层活动、流体迁移等影响彼此正常开采。传统煤矿仅开采煤... 煤与煤系共伴生矿产协调开采是国家重大战略需求。我国煤系共伴生有铝、铀、铁、镓等22种战略性金属矿产,种类多、储量丰富、与煤层叠置,赋存状态与开采方法差异大,各矿产开采的岩层活动、流体迁移等影响彼此正常开采。传统煤矿仅开采煤炭,对煤系共伴生矿产考虑较少或没有考虑,导致资源浪费;近些年国内开始出现煤与共伴生矿产开采的矛盾,煤与共伴生矿产协调开采迫在眉睫。面向煤系全部共伴生战略性金属矿产,聚焦典型代表性的煤系铝土矿和铀矿,保障研究成果的通用性。煤与共伴生矿产协调开采亟需解决的核心共性重大科学问题是:协调开采的固液气应力场、渗流场、化学场、微生物场、采动裂隙场耦合机制及岩层活动叠加影响规律。亟需攻克的关键技术包括:煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采技术、减振高效爆破开挖技术、水位主动调控技术、污染物的微生物原位还原-矿化治理技术。针对协调开采的重大科学问题和关键技术,研究揭示协调开采多相多场耦合机制与岩层活动叠加影响规律,提出协调开采成套方法,研发协调开采关键技术与装备,构建全资源、全生命周期协调开采规划理论,制定协调开采技术标准,形成通用性的协调开采理论与技术体系,保障各矿产开采活动不影响彼此正常开采。实现煤与共伴生矿产可持续绿色协调性开采,释放矿产储量,保障资源集约开发,经济社会效益显著。 展开更多
关键词 协调开采 战略性金属 煤系 共伴生矿产 多相多场耦合 岩层活动叠加 全生命周期采矿
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浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳机制 被引量：9
6
作者 冯国瑞 朱卫兵 +3 位作者 白锦文 余丹 谢建林 李竹 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期114-125,共12页
工作面前方遗留煤柱群(后文简称“超前煤柱群”)在采动影响下会发生链式冲击失稳,诱发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距离煤层安全开采的根本前提。本文实测分析了元宝湾煤矿房式... 工作面前方遗留煤柱群(后文简称“超前煤柱群”)在采动影响下会发生链式冲击失稳,诱发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距离煤层安全开采的根本前提。本文实测分析了元宝湾煤矿房式采空区下伏6107工作面开采的覆岩移动规律,发现了超前煤柱群的回弹变形现象,开展了房式采空区下伏煤层开采的物理模拟实验,研究了房采煤柱群-覆岩的变形破坏特征,分析了采动影响下超前煤柱群回弹冲击失稳的动态过程,揭示了浅埋近距离煤层开采超前煤柱群的冲击失稳机制。结果表明:(1)浅埋柱采区近距离下伏煤层开采过程中工作面前方覆岩呈现出“先短暂回弹后剧烈下沉”的运动特征,即首先存在极短时间的覆岩回弹变形现象,之后出现了部分覆岩的整体破断与垮塌。由此,反推出采动影响下超前煤柱群也发生了回弹变形。(2)柱式采空区下伏煤层开采过程中关键柱在覆岩沉降和超前支承压力的作用下最早出现斜切破坏,引起载荷的转移,加剧邻近部分房采煤柱群的应力集中程度,进而发生链式斜切破坏。在此过程中,覆岩持续沉降,裂隙也不断发育,形成剪切贯通断裂面,发生破断回转,促使超前煤柱群回弹变形与冲击失稳,引发层间岩层的全厚切落,带动更大规模房采煤柱群的链式失稳,并造成下伏工作面动压灾害的发生。(3)浅埋近距离下伏煤层开采“煤柱群-覆岩”的失稳垮塌过程可以细分为:关键柱斜切破坏阶段、关键柱邻近部分煤柱群破坏阶段、超前煤柱群回弹冲击失稳阶段、覆岩垮塌与层间岩层切落致灾阶段。(4)浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳是“煤柱群回弹变形”与“覆岩联动垮塌”共同作用且互馈影响的动态过程。该研究可以解释柱式采空区下伏近距离煤层开采超前动载矿压的显� 展开更多
关键词 关键柱 煤柱群 回弹变形 冲击失稳 岩层切落 动载矿压
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采场顶板关键层“横U-Y”型周期破断特征的试验研究 被引量：13
7
作者 朱卫兵 于斌 +2 位作者 鞠金峰 刘文兵 齐祥瑞 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期36-43,共8页
针对部分坚硬顶板矿井采动导水裂缝带处于8~15倍采高的高位关键层,"横O-X"破断运动引发工作面动载矿压甚至压架、临采空侧回风平巷超前100~200 m底鼓大变形等动力灾害的问题,采用自制的大尺度三维物理模拟实验平台,研究高位... 针对部分坚硬顶板矿井采动导水裂缝带处于8~15倍采高的高位关键层,"横O-X"破断运动引发工作面动载矿压甚至压架、临采空侧回风平巷超前100~200 m底鼓大变形等动力灾害的问题,采用自制的大尺度三维物理模拟实验平台,研究高位关键层的破断运动特征。结果表明:关键层发生横向破断时,首先,关键层板正面两侧长边和反面中部长轴方向同时形成破断裂隙;其次,关键层板正面两侧短边形成弧形裂隙,而反面沿中轴线端点同步形成八字形破断裂隙;再次,在板正面形成"O"形裂隙的同时反面形成"X"形裂隙,正面形成"U"形裂隙的同时反面形成"Y"形裂隙;最后,正反面裂缝贯通形成"横O-X"型初次破断和"横U-Y"型周期破断,在工作面上方形成"弧形三角板"和巷道上方形成"梯形板"的破断块体结构。统计发现,"横O-X"型初次破断步距与"横U-Y"型周期破断步距长度基本一致;横向破断形成的"弧形三角板"块体角度为75°~78°,与腰线和弧形切线形成的夹角72°~82°基本相等,近似于一个等角的"弧形三角板"。砌块模型试验结果表明,"弧形三角板"块体大幅回转过程中,因其顶点易与"梯形板"结构发生回转变形失稳而出现脱离现象,导致"弧形三角板"滑落失稳从而会引发工作面强矿压。研究成果为大采高开采工作面强矿压灾害防治提供试验基础。 展开更多
关键词 “横U-Y”型周期破断 弧形三角板 底鼓 动力灾害 矿压显现 大采高
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大空间采场远近场坚硬顶板井上下控制理论及技术体系 被引量：8
8
作者 于斌 邰阳 +5 位作者 匡铁军 高瑞 杨敬轩 夏彬伟 朱卫兵 李勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1875-1893,共19页
坚硬顶板特厚煤层开采采场空间大,矿压作用复杂,致使采场强矿压作用机理不清,并缺乏针对不同层位坚硬顶板的多点控制技术体系,必须在更大采场空间范围内研究坚硬顶板控制的新理论和新技术体系。笔者团队经过近15 a的产学研攻关,形成了... 坚硬顶板特厚煤层开采采场空间大,矿压作用复杂,致使采场强矿压作用机理不清,并缺乏针对不同层位坚硬顶板的多点控制技术体系,必须在更大采场空间范围内研究坚硬顶板控制的新理论和新技术体系。笔者团队经过近15 a的产学研攻关,形成了大空间采场远近场坚硬顶板井上下控制理论及技术体系:针对岩层控制研究涉及空间不足,提出了大空间采场概念;基于顶板破断特征及矿压作用规律,定义了远场和近场坚硬顶板;兼顾采空区矸石压缩及覆岩块体的协调运动,建立了大空间采场远场坚硬顶板破断结构力学模型,揭示了远场坚硬顶板破断失稳的强矿压控制机理;基于弹性薄板理论,构建不同切顶工艺、9种组合边界条件下的近场坚硬顶板初次和周期破断力学模型,揭示了近场坚硬顶板定向造缝采场卸压机理;综合工作面参数、近场矿压作用等基础指标,以及临空开采、双系影响等强化条件,建立了强矿压分级预测评价体系,给出了4个不同级别矿压显现程度的量化指标及对应的控制技术;研发了坚硬顶板地面水平井体积压裂技术、地面垂直井分级压裂技术,发明了远场坚硬顶板裂缝扩展监测技术,有效解决了远场坚硬顶板强矿压难题;首创了坚硬顶板复合爆破定向精准造缝技术,开发了坚硬顶板液体炸药深孔爆破技术,发明了坚硬顶板链臂锯连续精准切割技术,实现了对近场坚硬顶板垮落形态及破断特征的精准控制;提出了坚硬顶板地面压裂+X的协同控制技术,实现了对远近场坚硬顶板的多点协同调控。基于以上研究成果,在塔山煤矿8204特厚煤层综放面开展了地面水平体积压裂+液体炸药深孔爆破协同控制现场试验,结果表明,在进入压裂爆破协同控制区域后,临空回采巷道顶底板及两帮移近量均小于388 mm;工作面中部支架最大阻力达到13295 kN,小于支架额定工作阻力1 展开更多
关键词 大空间采场 坚硬顶板 远近场 控制理论 控制技术
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浅埋深蹬空底板煤柱群动态失稳机理及防治 被引量：8
9
作者 冯国瑞 朱卫兵 +2 位作者 李竹 白锦文 罗泽强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期200-209,共10页
针对山西元宝湾煤矿浅埋深上覆和下伏柱式采空区中部煤层的安全复采难题,综合采用理论分析、实验室实验、物理模拟、数值模拟和现场实测方法,探究了柱采区蹬空开采底板煤柱垂直荷载及内应力分布形态,并基于Mises等效应力探讨了柱采区蹬... 针对山西元宝湾煤矿浅埋深上覆和下伏柱式采空区中部煤层的安全复采难题,综合采用理论分析、实验室实验、物理模拟、数值模拟和现场实测方法,探究了柱采区蹬空开采底板煤柱垂直荷载及内应力分布形态,并基于Mises等效应力探讨了柱采区蹬空煤柱潜在破坏形式;揭示了柱采区蹬空开采底板关键柱破坏形式及破坏剥落体运动特征;阐明了底板煤柱破坏次序及柱群动态失稳演化规律。提出通过柱采区注浆充填强化底板煤柱承载能力的方法来进行中层遗煤资源的回收,并据此给出了确保元宝湾煤矿6107工作面中部遗煤蹬空安全复采的底板柱采区临界充填高度。结果表明:若底板9号煤层柱式采空区不充填,层间岩层的非均匀下沉将使柱采区煤柱产生偏心压缩,导致关键柱及其剥落体出现旋转下沉的现象;当柱采区关键柱破坏失稳后,覆岩载荷呈现出双向传递的特点,整个煤柱群表现为以关键柱为中心,双向多米诺骨牌式的链式失稳特征,而三维空间中则呈现出以关键柱为圆心的外向辐射波状失稳扩展特征,柱采区关键柱的破坏失稳将诱发底板煤柱群整体失稳,导致6107工作面蹬空开采区域采掘设备及工作人员、超前煤岩体大面积塌陷等动力灾害。数值模拟及物理相似模拟结果表明,确定6107工作面蹬空段安全复采的底板柱采区临界充填高度为6 m,即充填不接顶高度为2 m,这一结论亦得到了实测结果的证实。在此基础上,针对充填效果较差且充填高度未达6 m的局部区域,进一步提出了底板空洞二次充填和加固处理方法,确保了蹬空段中层遗煤资源的安全复采。 展开更多
关键词 浅埋深 近距离煤层 蹬空开采 煤柱群失稳 动压灾害 充填
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柱式采空区蹬空复采充填体高-强协调机制及其临界高度研究 被引量：9
10
作者 李竹 冯国瑞 +1 位作者 朱卫兵 宁杉 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期469-478,共10页
柱式采空区上层遗煤蹬空安全复采的关键在于确保底板煤岩柱的采动稳定性。针对山西朔州中煤金海洋煤业公司6#煤层蹬空开采底板煤柱易失稳诱发上行工作面垮塌的现象,提出地面注浆充填加固底板煤柱工程技术,借助于注浆充填固结体对底板煤... 柱式采空区上层遗煤蹬空安全复采的关键在于确保底板煤岩柱的采动稳定性。针对山西朔州中煤金海洋煤业公司6#煤层蹬空开采底板煤柱易失稳诱发上行工作面垮塌的现象,提出地面注浆充填加固底板煤柱工程技术,借助于注浆充填固结体对底板煤柱形成的夹持作用,抑制底板煤柱采动裂缝扩展并提升其承载能力。综合采用数值模拟、理论分析和现场实测,研究不同强度及高度充填固结体夹持作用下底板煤柱采动裂缝及极限承载能力演化规律,并以裂缝数量和峰值强度为指标,定量表征不同强度和高度充填体对底板煤柱采动裂隙扩展的抑制效应和承载能力的强化效应,研究揭示不同充填体高度和强度的"高-强"协同作用及其底板煤柱增稳机制,据此确定柱式采空区注浆充填材料合理强度的配比方案及注浆充填体临界高度,即粉煤灰水泥比为2∶1的混合浆液、固结强度为4 MPa和高度至少为6 m的充填体。论文研究阐明了充填体强度和高度对底板煤柱的耦合增稳机制,可为蹬空安全复采下伏采空区注浆加固提供有益指导,对优质遗煤资源安全复采具有重要意义。 展开更多
关键词 柱式采空区 蹬空复采 充填开采 协调承载 临界高度
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上行采动影响下遗留群柱动态稳定性研究 被引量：7
11
作者 冯国瑞 毋皓田 +5 位作者 白锦文 朱卫兵 李竹 王凯 宋诚 史旭东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期292-304,316,共14页
揭示上行开采对柱式采空区遗留群柱体系稳定性的动态扰动特征是保障蹬空遗煤安全开采的关键科学问题之一。选取元宝湾煤业9^(#)煤层柱式采空区上覆6^(#)蹬空遗煤开采为研究对象,通过数值模拟研究蹬空遗煤上行复采过程中遗留群柱的应力... 揭示上行开采对柱式采空区遗留群柱体系稳定性的动态扰动特征是保障蹬空遗煤安全开采的关键科学问题之一。选取元宝湾煤业9^(#)煤层柱式采空区上覆6^(#)蹬空遗煤开采为研究对象,通过数值模拟研究蹬空遗煤上行复采过程中遗留群柱的应力演化规律,评价遗留群柱的动态稳定性;在此基础上,运用结构力学基础理论,建立上行扰动载荷与遗留群柱载荷之间的关系,并揭示上行扰动载荷对遗留群柱稳定性的影响。结果表明:蹬空遗煤推进距离较小时,传递至遗留煤柱的支承压力不足以破坏其整体稳定性,使得应力分布形态保持“马鞍”形;随着蹬空遗煤推进距离增大,传递至遗留煤柱的支承压力与原有集中应力发生叠加,促进关键柱最早发生失稳,并使得其应力分布形态由“马鞍”形演变为“下开口抛物线”形;关键柱发生失稳后,覆岩载荷会发生转移,随着蹬空遗煤持续推进,邻近遗留煤柱在原有集中应力、转移应力和支承压力的叠加影响下,依次经历“增压-卸压”的演变路径,并按从左往右的次序发生失稳破坏;上行扰动影响下“遗留群柱-覆岩”耦合承载结构可以简化为均布载荷q和移动集中载荷F_(1)叠加影响下的多跨连续梁力学模型;运用“遗留群柱-覆岩”耦合承载结构的力学模型,结合上行扰动载荷与遗留群柱载荷之间的关系,可以发现上行扰动荷载的位置和大小变化均会引起柱式采空区遗留群柱荷载的传递与转移,并影响遗留群柱体系稳定性的动态演变。本研究可为柱式采空区蹬空遗煤开采遗留群柱的失稳防控提供良好的理论支持。 展开更多
关键词 上行采动 遗留群柱 应力分布 塑性区演化 动态稳定性
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遗留煤柱群链式失稳评价新方法及其在上行开采中的应用 被引量：6
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作者 白锦文 史旭东 +6 位作者 冯国瑞 戚庭野 李竹 朱卫兵 毋皓田 王凯 崔博强 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期643-652,662,共11页
遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析,运用关键柱理论,提出一种评价遗留煤柱群链式失... 遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析,运用关键柱理论,提出一种评价遗留煤柱群链式失稳的新方法,并确定该方法的技术流程;结合元宝湾煤矿柱式采空区蹬空遗煤的赋存特征,采用上述方法模拟分析上行采动影响过程中遗留煤柱群链式失稳的响应特征,评估上行采动影响下遗留煤柱群链式失稳的风险。结果表明,采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”具有一定的相似性,借鉴土木工程领域中建筑结构抗连续倒塌设计的方法,提出基于拆除构件法评价遗留煤柱群链式失稳的新方法。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的技术流程为:首先,判别柱式采空区待研究范围内遗留煤柱群体系中的“关键柱”。其次,将遗留煤柱群体系中的关键柱确定为拆除对象,分析关键柱拆除以后邻近剩余遗留煤柱的稳定性;如果拆除关键柱后邻近剩余遗留煤柱群的稳定性均良好,则可以判定遗留煤柱群不存在链式失稳的风险;如果关键柱拆除以后最邻近遗留煤柱发生失稳,则遗留煤柱群存在链式失稳的风险;将该邻近失稳煤柱也拆除,进一步分析剩余煤柱群的整体稳定性。然后,按照同样的方法分析遗留煤柱群体系是否会发生链式失稳,并评价其发生链式失稳的风险。基于拆除构件法的遗留煤柱群链式失稳评价新方法可以应用于蹬空煤层开采中,当上行采动影响下“关键柱”拆除以后,会产生显著的链动失稳效应,使得其右侧的遗留煤柱快速依次发生链式失稳,并影响蹬空遗煤的高效开采;因此,采取柱旁充填等技术措施来减小链式失稳的风险。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的研� 展开更多
关键词 拆除构件法 关键柱 遗留煤柱群 链式失稳 上行开采
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特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究 被引量：7
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作者 王君 朱卫兵 谢建林 《工矿自动化》 北大核心 2021年第10期21-26,共6页
大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监... 大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。 展开更多
关键词 综放工作面 特厚煤层 充分采动 强矿压显现 覆岩下沉 内部岩移监测 钻孔电视窥视 关键层
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煤矿全生命周期绿色开采研究展望 被引量：2
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作者 许家林 鞠金峰 +5 位作者 轩大洋 秦伟 朱卫兵 胡国忠 王晓振 谢建林 《绿色矿山》 2023年第1期79-90,共12页
煤矿绿色开采理念提出20 a来,理论研究与技术实践取得了重大创新进展,但在精确量化预测、提效降本控制等方面与生产实际需求仍然存在差距。阐述了煤矿全生命周期绿色开采技术框架,提出了煤矿绿色开采需要深入研究的若干方向和建议。在... 煤矿绿色开采理念提出20 a来,理论研究与技术实践取得了重大创新进展,但在精确量化预测、提效降本控制等方面与生产实际需求仍然存在差距。阐述了煤矿全生命周期绿色开采技术框架,提出了煤矿绿色开采需要深入研究的若干方向和建议。在基础理论方面,应遵循关键层理论的“全地层”学术思想,深入研究采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层移动的影响,建立自下而上涵盖煤层直至地表的全地层移动时空动态模型,实现采动应力、裂隙与沉陷的定量预测,最终形成不同地质开采条件下岩层移动的数字孪生模型。在技术方面,需充分利用岩层移动规律,研究发展适应煤矿高效生产的低成本绿色开采技术,具体而言,重点攻关方向之一是“一注五减”绿色开采解决方案,针对绿色开采中采动损害控制领域面临的煤矿充填材料不足问题与“双碳”目标,研发“煤矸石+粉煤灰+CO_(2)”覆岩隔离注浆充填绿色开采技术,实现减沉(减少地表沉陷)、减漏(减少地下水漏失)、减震(减少应力集中与矿震)、减排(减少固废排放)、减碳(减少CO_(2)排放)等“五减”绿色开采效果。另一个需要重点攻关的方向是采动破坏含水层的修复技术,特别是在西部生态脆弱矿区(尤其是浅埋煤层),需给予充分重视,建议借鉴采后土地复垦,通过相关技术与标准研究将含水层修复列为必备环节,进一步落实全生命周期绿色开采。 展开更多
关键词 岩层移动 关键层 覆岩隔离注浆充填 含水层修复 绿色开采
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基于Fluent的上游泵送机械密封性能正交试验研究 被引量：6
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作者 陈银 朱维兵 +2 位作者 王和顺 张朝界 赵战航 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期62-68,共7页
提出一种斜线槽上游泵送机械密封,运用正交试验法设计上游泵送机械密封试验方案,基于Fluent软件进行数值模拟试验,分析各个试验参数对密封端面开启力和泄漏量的影响。结果表明:在试验参数的取值范围内,对开启力有显著影响的因素是槽数... 提出一种斜线槽上游泵送机械密封,运用正交试验法设计上游泵送机械密封试验方案,基于Fluent软件进行数值模拟试验,分析各个试验参数对密封端面开启力和泄漏量的影响。结果表明:在试验参数的取值范围内,对开启力有显著影响的因素是槽数、径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和压差,具体表现为开启力随着径向夹角、槽深、液膜厚度、转速和进出口压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多呈下降趋势;对泄漏量有显著影响的因素是槽深、槽宽比、液膜厚度、转速和压差,具体表现为泄漏量槽宽比、液膜厚度、转速和进出口压差的增大呈上升趋势,随着槽数的增多而呈下降趋势。依据正交试验分析结果,提出初步优化的密封端面结构参数。 展开更多
关键词 上游泵送 机械密封 斜线槽 正交试验 优化
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离心压缩机磁流体密封设计及优化分析 被引量：2
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作者 朱维兵 吴朝军 +1 位作者 颜招强 王和顺 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期136-145,共10页
针对现有密封方式难以解决离心压缩机旋转主轴线速度高所引发的密封困难问题,设计一种带有降温和降压功能的新型磁流体密封装置,基于磁流体运动方程建立考虑离心力影响的磁流体旋转动密封耐压计算公式,利用有限元数值分析方法研究该密... 针对现有密封方式难以解决离心压缩机旋转主轴线速度高所引发的密封困难问题,设计一种带有降温和降压功能的新型磁流体密封装置,基于磁流体运动方程建立考虑离心力影响的磁流体旋转动密封耐压计算公式,利用有限元数值分析方法研究该密封装置密封间隙内磁感应强度分布规律,分析各结构参数对密封性能的影响,运用正交试验和响应曲面优化方法对关键结构参数进行优化设计。结果表明:当转轴线速度较高时,离心力对密封性能有显著影响;密封压力值随着永磁铁厚度和永磁铁宽度的增加,先增加后趋于平稳,随着密封间隙的增加而降低,随着齿宽、齿高和槽宽增加,先增加后减小,各参数对密封性能的影响程度由大到小依次为密封间隙、齿宽、槽宽、永磁铁宽度、齿高、永磁铁厚度;优化后磁流体密封的结构参数为密封间隙0.1 mm、极齿宽度1.274 mm、齿高1.8 mm、槽宽2.236 mm、永磁铁厚度7 mm、永磁铁宽度20 mm;优化后密封压力值为0.721 MPa,远高于工况要求密封压力值。 展开更多
关键词 离心压缩机 离心力 磁流体密封 正交试验 响应曲面
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大轴径离心压缩机磁流体密封传热特性研究 被引量：2
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作者 吴朝军 朱维兵 +3 位作者 颜招强 张林 周绍玉 王和顺 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期80-88,共9页
高温会降低磁流体饱和磁化强度,造成永磁铁退磁,影响磁流体密封装置的可靠性及稳定性。为探讨磁流体密封装置传热特性,以大轴径离心压缩机磁流体密封为研究对象,同时考虑磁流体摩擦热和轴承摩擦热对磁流体密封装置传热特性的影响,利用... 高温会降低磁流体饱和磁化强度,造成永磁铁退磁,影响磁流体密封装置的可靠性及稳定性。为探讨磁流体密封装置传热特性,以大轴径离心压缩机磁流体密封为研究对象,同时考虑磁流体摩擦热和轴承摩擦热对磁流体密封装置传热特性的影响,利用有限元数值计算与磁流体、轴承摩擦功耗理论分析相结合的方法,研究磁流体密封装置温度分布规律,分析齿宽、密封间隙和转速对永磁铁和磁流体最高稳态温度的影响,并确定相关工况所需冷却液质量流率。结果表明:由于轴径尺寸较大,表面线速度高,磁流体黏性摩擦热及轴承摩擦热对密封装置传热特性有显著影响,在无冷却工况下,密封装置最高温度超过磁流体和永磁铁的极限使用温度,需通过强制对流换热的方式进行降温处理;永磁铁及磁流体最高稳态温度随着齿宽增加而升高,随着密封间隙增加而减小;随着转速的增加,永磁铁及磁流体最高稳态温度升高,且转速越大,相同转速梯度差之间的温度差越大。 展开更多
关键词 离心压缩机 磁流体密封 传热特性 质量流率 温度场
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矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术进展及应用 被引量：2
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作者 朱卫兵 王晓振 +3 位作者 谢建林 赵波智 宁杉 许家林 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第9期1-12,共12页
覆岩内部岩移原位监测技术具备适应深井高承压水特厚煤层开采复杂地质条件、多层位动态监测、高精度远程实时在线传输等技术特点,可为矿山企业开展顶板灾害防控提供有效的数据支撑。从煤炭开采应用实践背景出发,系统回顾了采动覆岩内部... 覆岩内部岩移原位监测技术具备适应深井高承压水特厚煤层开采复杂地质条件、多层位动态监测、高精度远程实时在线传输等技术特点,可为矿山企业开展顶板灾害防控提供有效的数据支撑。从煤炭开采应用实践背景出发,系统回顾了采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展历程、技术进展和应用效果。结合我国矿压理论及岩移监测技术发展历史,全面介绍了矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的重要阶段,阐述了该技术在多维实时协同监测、无人在线监测和深部岩移监测3个方面所取得的理论创新与技术突破。结合补连塔煤矿、同忻煤矿、高家堡煤矿等矿井监测工程实例,展示了采动覆岩内部岩移原位监测技术在实际工程应用中的有效性,并探讨了该技术在不同类型矿区、不同研究领域的应用前景。指出矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展趋势为精确化、智能化和集成化,即通过优化传感器性能和布置方案等提高监测精度和准确性,利用人工智能、大数据和物联网技术实现自动化分析和预测,将原位监测技术与其他技术相结合以形成完整的监测系统。 展开更多
关键词 采动覆岩 内部岩移监测 顶板灾害 矿压显现 冲击地压 岩层控制 关键层
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正交实验条件下的全金属单螺杆泵工作性能分析 被引量：1
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作者 沈涛 朱维兵 庞青松 《设备管理与维修》 2023年第12期35-39,共5页
全金属单螺杆泵广泛应用于化工、造纸、污水处理等行业。针对全金属单螺杆泵结构参数和工作参数对其工作性能影响程度难以量化的问题,展开基于正交实验的仿真分析,得出不同结构参数和工作参数对全金属单螺杆泵输出流量及容积效率的影响... 全金属单螺杆泵广泛应用于化工、造纸、污水处理等行业。针对全金属单螺杆泵结构参数和工作参数对其工作性能影响程度难以量化的问题,展开基于正交实验的仿真分析,得出不同结构参数和工作参数对全金属单螺杆泵输出流量及容积效率的影响程度,对后续的全金属单螺杆泵工作性能研究及优化具有重要指导意义。 展开更多
关键词 全金属单螺杆泵 正交实验 量化 影响程度
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螺旋式泵效环结构参数对泵送性能的影响 被引量：5
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作者 万恣华 董小杏 +4 位作者 刘明东 王和顺 朱维兵 张车宁 贾红云 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期110-114,120,共6页
为研究机械密封用螺旋式泵效环的结构参数对其泵送性能的影响,利用Fluent对不同结构参数的螺旋式泵效环内部流场进行数值模拟,使用模拟得到的泵效环内部流场的压力计算出泵效环的扬程,并获取流量-扬程性能曲线,分析不同结构参数对螺旋... 为研究机械密封用螺旋式泵效环的结构参数对其泵送性能的影响,利用Fluent对不同结构参数的螺旋式泵效环内部流场进行数值模拟,使用模拟得到的泵效环内部流场的压力计算出泵效环的扬程,并获取流量-扬程性能曲线,分析不同结构参数对螺旋式泵效环的流量-扬程关系的影响。结果表明:螺旋槽轴向槽宽、泵效环外径与过渡座内径之间的间隙对泵送性能影响明显,增加螺旋槽轴向槽宽,扬程先增加后减小,增加泵效环外径与过渡座内径之间的间隙,扬程明显减小;泵效环螺纹头数、螺旋槽槽深、螺旋槽螺旋长度对泵送性能也有一定的影响,增加螺纹头数,扬程先增加后减小,增加螺旋槽槽深和螺旋槽螺旋长度,扬程均增加。 展开更多
关键词 机械密封 螺旋式泵效环 结构参数 扬程
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