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煤炭学报
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  • 作者(Author):王浩
    关键词(KeyWords):煤层气,直流微电网,分层拓扑,可行性

    摘要:直流微电网与交流微电网相比具有能量变换装置少、控制结构简单、无需考虑涡流损耗和无功补偿等诸多优点,已成为分布式能源高效利用及柔性直流配电领域的研究热点。然而绝大多数研究关注直流微电网在未来住宅和智能楼宇中的应用,以及网内分布式电源的灵活控制和能量管理,对具有能源行业应用背景和自身负荷特性的煤层气地面抽采直流微电网系统缺少深入的研究。结合煤层气地面抽采供电网络和用电负荷特性,初步提出了一种煤层气地面抽采直流微电网供电系统分层拓扑结构,总结分析了构建煤层气地面抽采直流微电网系统涉及的关键技术,并对煤层气地面抽采直流微电网系统可行性进行了分析和展望。
  • 作者(Author):于斌,朱卫兵,李竹,高瑞,刘锦荣
    关键词(KeyWords):特厚煤层,关键层,“横O-X”破断,“三角板”结构,矿压显现,大采高

    摘要: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。
  • 作者(Author):乔玲,邓存宝,张勋,王雪峰,戴凤威
    关键词(KeyWords):活化能,热效应,浸水煤,热重,红外光谱

    摘要:为了研究浸水对煤自燃的影响,选取不同变质程度的煤样,制备相同含水率的原煤和浸水煤样进行红外光谱和热重实验。对比分析红外光谱,发现浸水煤的活性基团增多,氧化活性高于原煤。应用TG曲线,基于判定煤自燃难易的着火活化能理论,研究了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的活化能变化,结果表明浸水煤的失水活化能增加到原煤的1. 01~1. 29倍,说明在受热条件下浸水煤中的水分更难蒸发出来;浸水煤的着火活化降低为原煤的0. 51~0. 89,说明浸水煤干燥后更容易发生自燃;浸水前后煤的燃烧活化能基本不变,说明浸水过程不影响煤的燃烧阶段。通过DSC曲线,分析了原煤和浸水煤在氧化自燃过程中的热效应变化,发现浸水煤的氧化放热量升高至原煤的1. 04~1. 59倍,从热量变化的角度说明浸水煤更容易自燃。
  • 作者(Author):吴拥政,陈金宇,焦建康,郑仰发,何杰
    关键词(KeyWords):冲击地压,冲击载荷,锚杆支护,锚固围岩,破坏机理

    摘要:为研究冲击地压巷道锚固围岩损伤破坏特征,以实际发生冲击失稳的巷道为例,分析了冲击载荷作用下锚固围岩动载响应特征,现场测试了冲击载荷作用后围岩损伤、锚固界面损伤及锚固性能,对比分析了冲击载荷前后锚杆力学性能。研究结果表明:冲击载荷作用下,巷道锚固围岩和锚杆与锚索受反复压拉压作用,导致锚固系统锚固性能降低与失效;冲击载荷作用后,巷道围岩节理、裂隙发育,完整性差且强度大幅降低,锚固性能劣化或失效;锚杆支护材料性能降低,杆体延伸率降低13. 8%,抗拉强度降低6. 6%,冲击吸收功降低24. 3%,锚杆产生塑性变形,晶粒扭曲、畸变,微观金相组织紊乱。采用锚固注浆、高预应力全长锚固以及高强度、高伸长率、高冲击韧性锚杆与锚索联合支护,可以有效提高冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性。
  • 作者(Author):田会,王忠鑫
    关键词(KeyWords):露天矿,扰动系数,绿色开采,矿山环境,生态重构

    摘要:阐述了露天开采产生环境扰动的概念,基于扰动对象和矿田开发阶段确定了扰动行为的分类方法,提出了扰动行为具有自恢复性、过程性和可控性等特征。创建了扰动行为的管理控制理论,其基本原理是将露天矿区的环境背景值作为基准值,以露天矿开采后恢复原始环境为最低控制目标,对扰动行为实施全生命周期的动态管理与控制,确保露天矿开采后的周边环境恢复到原始状态,力争实现对周边环境的重构和改善。提出了"扰动系数"的概念和计算方法,用于量化露天开采对环境的综合扰动程度,建立了露天开采对水、大气、土地和生态环境扰动的分类控制指标,共4大类7个指标。研究了中国典型露天煤矿的扰动系数,构建了扰动控制关键技术体系。提出的综合扰动程度评价指标主要适用于露天开采,对于矿井开采也可提供一定借鉴。
  • 作者(Author):张遵国,齐庆杰,曹树刚,郭平
    关键词(KeyWords):不同气体,等温吸附,膨胀变形,变形机理,变形模型

    摘要:为深入研究煤层吸附气体过程中的变形特性,开展了He,CH4,CO2三种气体作用下的煤层吸附变形实验,同步测试煤样在CH4,CO2气氛下的气体吸附量,探讨了煤样等温吸附变形机理,建立了综合考虑吸附态气体和游离态气体作用的煤等温吸附变形模型。结果表明,He作用下煤样产生压缩变形,应变曲线可分为孔隙压密和线弹性变形两个阶段; CH4和CO2气氛下煤样吸附变形与吸附量均呈非线性关系,相同吸附量条件下煤样吸附CH4产生的膨胀变形量大于吸附CO2产生的膨胀变形量;煤基质在CO2气氛下比在CH4气氛下更容易产生压缩变形;游离态气体不仅通过孔隙压力对煤基质有压缩作用,还能通过改变煤结构促进煤的膨胀变形。可用二次函数表达游离态气体作用下的煤样变形量与孔隙压力关系。与相关模型的对比分析表明,建立的等温吸附变形模型能够对试验数据进行精确拟合,并能够很好地描述煤样在不同吸附性气体作用下的吸附变形特征。
  • 作者(Author):周振方,靳德武,虎维岳,董阳,曹海东,赵春虎,彭江军,赵宝峰,董兴玲
    关键词(KeyWords):双指数衰减模型,工作面采空区,涌水规律,峰值水量,动态平衡水量

    摘要:基于系统动力学理论,提出了煤矿工作面推采采空区涌水双指数衰减动力学模型,选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型工作面推采顶板涌水过程为研究对象,进行了双指数动力衰减模型拟合,利用麦克劳林公式等方法确定了具有物理意义的模型参数的近似解,以及工作面推采过程采空区峰值水量及发生位置,动态平衡水量及发生位置,探讨了主要参数的影响因素。结果指示:以动、静两种形态涌入采空区的水量共同作用,控制采空区涌水变化特征,但动态补给量是主控因素;在顶板含水层特征类似,构造影响可忽略条件下,推采速度决定了峰值水量和动态平衡水量发生位置,峰值水量和动态平衡水量受采厚、顶板岩性特征、含水层特征等条件共同影响。研究结果为形成趋势合理、精度较高的工作面涌水量预测方法提供了新思路。
  • 作者(Author):王家臣,王兆会
    关键词(KeyWords):主应力大小,主应力方向,应力旋转,裂隙场

    摘要:为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生Ⅰ,Ⅱ和Ⅰ-Ⅱ型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生Ⅰ型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生Ⅰ-Ⅱ混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。
  • 作者(Author):何学秋,宋大钊,柳先锋,王伟象,李振雷,刘慧芳
    关键词(KeyWords):煤岩,变质程度,电磁辐射,原子力显微镜,表面电势,表面电荷密度

    摘要:为进一步研究煤岩电磁辐射产生机理,通过原子力显微镜研究了不同变质程度煤岩微表面电势及电荷密度等电性参数的变化规律,将煤岩表面微观电性特征研究推进到微纳米尺度。结果表明:煤体表面在细观或宏观统计层面上显弱电性或电中性,但在纳米尺度下对外显示一定的电性特征;计算得到了煤体表面电荷密度,不同煤样的表面电荷密度差异明显,在79. 95~312. 97μC/m2变化;煤的变质程度对表面电性参数存在重要影响:随变质程度的升高,煤表面负电势经历了先缓慢下降又快速升高的变化趋势,表面电荷密度呈现出先减小后增大的"V"型曲线变化。研究煤岩微结构的电性特征,对从微观层面进一步揭示煤岩电磁辐射机理、瓦斯吸附和解吸过程,乃至煤岩物质特性等具有重要意义。
  • 作者(Author):李晶,苗辉,杨震,韩颖
    关键词(KeyWords):地表温度,单窗算法,兖州煤田,空间分异,生态影响边界

    摘要:以东部高潜水位区域——兖州煤田为研究区,以Landsat TM数据为数据源,利用单窗算法反演兖州煤田地表温度,分别从土地利用类型、植被覆盖度、距沉陷积水区边缘距离、地表下沉值等4个方面分析研究区地表温度的空间分异特征。结果表明:不同土地利用类型间地表温度差异较大,其中建设用地平均温度最高,水体平均温度最低;地表温度与植被覆盖度呈负相关;在沉陷积水区以外,地表温度随距积水区边缘距离的增加先降低,而后趋于稳定,两者呈指数相关;地表温度自积水区边缘向外随地表下沉值的减小而逐渐降低。
  • 作者(Author):刘勇,陈长江,魏建平,张娟
    关键词(KeyWords):磨料水射流,磨料气体射流,能量屈服准则,破岩,冲蚀坑体积

    摘要:为验证磨料气体射流破岩可行性,对比分析磨料水射流和磨料气体射流破岩效果。理论分析了磨料水射流和磨料气体射流中磨料加速机理,得出磨料动能与磨料水射流和磨料气体射流入口压力之间的数值关系。基于统一强度理论,建立了适用于磨料射流破岩的能量准则,得出了岩石破坏时所需的临界能量。根据磨料加速理论和岩石破坏临界能量计算了岩石破坏临界磨料速度以及所需入口压力。基于理论计算结果,试验验证了磨料水射流和磨料气体射流冲蚀灰岩的破碎效果。结果表明:当磨料速度达到270 m/s时,所需气体射流压力的理论值为15 MPa,水射流压力的理论值为45 MPa;两种磨料射流冲蚀坑形状相同,均呈现"V"型,磨料水射流的冲蚀坑形状相较于磨料气体射流具有"口小","坑深"的特征,磨料气体射流破灰岩形成的冲蚀坑体积要大于磨料水射流。
  • 作者(Author):李永恩,马念杰,马骥,张弘,镐振
    关键词(KeyWords):承压水,底抽巷,围岩破坏特征,合理位置,底板突水

    摘要:针对赵固二矿区域瓦斯治理需开掘底抽巷与承压水上开掘底抽巷易引发底板突水之间的矛盾,通过承压水影响下的圆形巷道围岩塑性区边界方程,分析了底抽巷围岩塑性区的分布特征与底板突水危险性之间的关系;采用数值模拟研究了工作面开挖后的底板应力分布状态及底抽巷布置在不同位置时的围岩破坏特征及相应的突水危险性。结果表明:底抽巷围岩塑性区的非均匀分布会显著减小底板隔水层厚度,增加底板突水危险;工作面开挖后底板应力根据其双向应力比值大小及应力加卸载状态可分为4个区域且按对底板突水危险的影响程度可排序为:卸压高应力比值区>卸压应力比值稳定区>增压低应力比值区>原岩应力比值区。据此提出了赵固二矿底抽巷的合理位置为沿待采工作面法向布置,并在规划的煤柱中部下方的L9灰岩上部砂质泥岩层中沿底掘进。
  • 作者(Author):李涛,马永君,刘波,盛海龙,贺鹏
    关键词(KeyWords):灰砂岩,冻结,三轴压缩,循环荷载,弹性模量

    摘要:针对典型中生代富水弱胶结地层中的灰砂岩,利用TDW-200冻土三轴试验机对冻结饱水灰砂岩进行常规三轴压缩试验和循环加卸载试验,分析不同围压条件下的强度特征,重点研究了循环加卸载作用下冻结灰砂岩弹性模量的演化规律。试验结果表明:循环加卸载时,在低围压下峰值强度有所增加,而在高围压下峰值强度有"弱化"的现象;冻结灰砂岩试样加卸载全过程中弹性模量的变化规律与加卸载路径变化趋势具有一致性;单个滞回环内,切线弹性模量随着偏应力水平的增加呈现出先增加后减小的趋势,同一偏应力水平下,切线模量随循环次数的增加也表现为先增加后减小趋势。
  • 作者(Author):久博,黄文辉,王雅婷,陈晶,吕晨航,梁飞
    关键词(KeyWords):胶结作用,致密砂岩,硅质胶结物,钙质胶结物,煤系气,鄂尔多斯盆地

    摘要:鄂尔多斯盆地南部上古生界盒8段致密砂岩储层成岩作用以压实作用与胶结作用为主,其中胶结作用作为最重要的成岩作用,势必会对储层渗透性造成影响。通过阴极发光薄片技术、扫描电镜以及薄片观察,对胶结物的类型及特征进行分析。结果显示,研究区内盒8段砂岩胶结作用可分为硅质胶结、钙质胶结与泥质胶结这三大类。此外,根据胶结物不同的赋存状态,将硅质胶结物可细分为Ⅰ型接触式硅质胶结、Ⅱ型次生加大边式硅质胶结、Ⅲ型镶嵌式硅质胶结;钙质胶结物可细分为Ⅰ型孔隙式钙质胶结、Ⅱ型点式交代型钙质胶结、Ⅲ型连晶式钙质胶结、Ⅳ型基底式钙质胶结;泥质胶结物可细分为Ⅰ型伊利石型泥质胶结、Ⅱ型黏土杂基型泥质胶结、Ⅲ型绿泥石薄膜型泥质胶结,Ⅳ型高岭石型泥质胶结。不同胶结物的赋存方式以及含量均不相同,结合Photoshop对不同胶结物进行定量化分析,结果表明点式钙质胶结对储层物性影响较小;硅质胶结物含量在低于5%时,有利于储层储集空间发育;连晶式钙质胶结不利于储层储集空间发育。
  • 作者(Author):褚怀保,杨小林,叶红宇,吴礼报
    关键词(KeyWords):爆破振动,新浇混凝土,损伤累积,强度与耐久性

    摘要:针对新浇混凝土振动损伤累积问题,利用振动试验系统开展了新浇混凝土爆破振动损伤累积模拟试验,并进行了受振混凝土强度与耐久性检测试验。结果表明:新浇混凝土振动损伤值累积过程可分为降低、快速增长和基本稳定3个阶段,且累积损伤值随着振动速度的增大而增大。振动速度v≤1. 0 cm/s时,超声波波速发展经历快速增长、缓慢增长和稳定3个阶段,最大波速随振动速度的增大而增大,振动损伤劣化效应不显现,混凝土的强度和耐久性提高。振动速度v≥1. 5 cm/s时,超声波波速发展出现损伤劣化降低过程而呈现为4个阶段,峰值波速和稳定波速均低于基准试块的相应波速,且都随着振动速度的增大而减小;振动损伤劣化效应从第2阶段开始显现,并在第3阶段宏观显现,振动速度达到3. 5 cm/s时,损伤从第1阶段即宏观显现;混凝土的强度和耐久性降低,且高强混凝土损伤劣化程度较普通混凝土明显。试验条件下新浇混凝土安全振动速度应控制在1. 5 cm/s以下,龄期12 h以前,振动速度不宜超过2. 0 cm/s。
  • 作者(Author):徐玉胜,李春元,张勇,王泓博,魏文胜
    关键词(KeyWords):瓦斯通道,卸荷损伤,采高,采空区顶板,瓦斯抽采,裂隙发育

    摘要:为解决大采高采场及上隅角瓦斯超限问题,基于卸荷岩体力学分析了采高对采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化的影响,结合损伤力学建立了损伤因子与卸荷量及渗透率的关系,采用离散元软件计算了不同采高下采空区顶板卸荷及瓦斯通道损伤演化规律,根据卸荷后有效应力与渗透率关系研究了不同采高下瓦斯通道的卸荷损伤范围,提出利用大采高开采形成的优势瓦斯通道在中高位断裂带内采用大直径定向钻孔抽采采空区瓦斯,并验证了瓦斯通道的贯通发育。结果表明:采空区顶板卸荷程度随采高增大非线性增长;采高越大,采空区顶板卸荷量及损伤因子越大,裂隙发育数量越多,采空区顶板渗透率突变点及瓦斯通道发育的高度越大;应用153 mm大直径钻孔抽采流量为96 mm的2~3倍,中高位瓦斯通道区钻孔抽采浓度约为中低位的2. 4倍。
  • 作者(Author):孟召平,张昆,杨焦生,雷钧焕,王宇恒
    关键词(KeyWords):沁南东区块,产能模拟,经济评价,井间距,优化

    摘要:煤层气井网优化与部署是煤层气开发方案的重要组成部分,合理的井网布置可大幅度提高煤层气井产量,降低开发成本。针对这一问题,以沁水盆地沁南东区块为依托,系统分析了研究区煤层条件、煤层含气量和渗透性分布特征;通过数值模拟计算不同井网方案下的生产动态,提出了综合考虑累积现金流和采收率等经济评价参数确定合理井网井距的优化方法。研究结果表明,研究区山西组3号煤层厚度4~6 m,平均5. 61 m,煤层埋藏深度在417. 93~1 527. 49 m。煤层含气量2. 87~24. 63 m3/t,平均为13. 78 m3/t,且随着煤层埋藏深度的增加,煤层含气量按对数函数规律增高。煤层渗透率较低,试井渗透率为0. 01×10-15~0. 2×10-15m2,平均为0. 06×10-15m2,且随着埋藏深度的增加煤储层渗透性呈指数函数降低。根据研究区煤储层条件,对不同埋藏深度煤层气井的井网间距进行了产能模拟计算,并综合考虑累积现金流和采收率等经济评价参数,确定了不同煤层埋藏深度煤层气井合理井网间距,500 m以浅的区域为350 m×300 m,在500~1 000 m的区域为300 m×250 m,在1 000 m以深的区域为250 m×250 m,实际井网部署实施时应根据实际地质条件适当调整,这些认识为本区煤层气开发制定合理的井网间距提供了参考。
  • 作者(Author):董银涛,鞠斌山,张遂安
    关键词(KeyWords):煤层气直井,井筒环空,压力模型,气液流动

    摘要:为实现煤层气直井排采各阶段井筒环空压力分布的计算,为煤层气井的控压排采提供指导。结合国内煤层气井的生产实际,研究了以油管排水、环空产气为生产方式的煤层气直井,在排采各阶段的井筒内流体分布状态。提出了环空内的纯液流仅出现于煤层气解吸产出前;气液两相流阶段的环空内仅产生泡状流与段塞流;环空内气体上升不携液。基于此,采用水动力学方法,建立了3个井筒环空压力模型,分别为环空液体单相压力模型、环空气液两相压力模型以及环空气体单相压力模型,并给出了模型间的过渡条件及模型求解步骤,从而实现煤层气直井排采各阶段的环空压力分布计算。经41口井、共71组实测数据验证,所建立的3个环空压力模型,其计算结果与实测值的平均误差依次为:2. 70%,7. 96%及3. 80%,对煤层气直井井筒环空压力的计算具有一定准确性与实用性。
  • 作者(Author):徐占军,冯俊芳,张媛,朱洪芬,余健
    关键词(KeyWords):开采沉陷,碳库,预评价,土壤有机碳,植被NPP

    摘要:为了明确煤田工作面开采沉陷对农田土壤和植被碳库的扰动影响,分别选取了开采沉陷坡面样区和未受开采沉陷影响对照区,在对沉陷样区坡度进行预测的基础上,运用DNDC模型模拟了实验区2013—2015年的农田土壤有机碳储量和植被NPP,并对模拟结果进行分析,同时,对DNDC模型在本研究区的适宜性进行了验证。研究结果显示:(1)在煤田工作面开采沉陷影响下,农田土壤和植被碳库有显著的失碳效应,且随煤田工作面开采工作的持续,其碳损失量越大。(2)在开采沉陷区,坡度的升高是农田土壤和植被碳库储量发生明显变化的主要原因。(3)通过精度评价发现DNDC模型可准确模拟煤田开采沉陷区农田生态系统碳循环过程,基于DNDC模型的煤田开采沉陷下农田土壤和植被碳库扰动预评价精度整体上较好。
  • 作者(Author):刘淑琴,牛茂斐,齐凯丽,宋笑非,李金刚,贺岩,王志海,高保平
    关键词(KeyWords):煤炭地下气化,地下水污染,污染物迁移,浸出实验

    摘要:煤炭地下气化潜在的地下水污染风险,是煤炭地下气化产业化的关键技术及瓶颈技术。采用直接钻探法对我国首个钻孔式地下气化炉进行了燃空区探测,并对不同气化区域的煤、岩、半焦、灰渣样品进行了取样。开展了探测样品的浸出实验,研究了浸出液中特征气化污染物及污染指标挥发酚、氨氮及COD的迁移范围及迁移特征,探讨了污染物的迁移路径。研究结果表明,特征污染物的迁移主要发生在中心气化区内,挥发酚及氨气在煤层顶板内发生了垂直向上的迁移,煤层顶板垮落带及裂隙带是污染物迁移的主要通道。污染物向底板岩层渗透迁移的倾向极低。在气化边界区域,煤层顶板内没有形成污染物迁移通道,未发现污染物向围岩的迁移。气化煤田的科学选址是煤炭地下气化地下水污染防治的重要环节。
  • 作者(Author):肖双双,马力,丁小华
    关键词(KeyWords):抛掷爆破,台阶参数,多目标规划,NSGA-II

    摘要:为了优化确定抛掷爆破台阶参数,采用回归分析等方法,构建了抛掷爆破台阶参数与采剥费用之间的关系模型,并从地质资源条件、设备线性尺寸、生产作业条件等方面提出了抛掷爆破台阶参数的约束条件,建立了抛掷爆破台阶参数多目标优化模型,提出了基于带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化模型求解方法。通过工程实例计算,得出以下结论:黑岱沟抛掷爆破台阶最优工作线长度为2 200 m,台阶高度为38 m,采掘带宽度为84 m,台阶坡面角为65°。在不考虑其他因素的影响下,露天矿采剥总费用随着工作线长度的增大先减小后增大,随着台阶高度的增大而减小。采掘带宽度在60~90 m范围内变化时,采剥总费用随着采掘带宽度的增大先降低后增大。露天矿采剥总费用随着台阶坡面角的增大而降低,但台阶坡面角对台阶稳定性影响较大,而台阶高度对采剥总费用的影响较大,相同稳定系数的情况下,取较小的台阶坡面角、较大的台阶高度时采剥总费用较小。
  • 作者(Author):赵科,康红普,王晓卿,孙志勇
    关键词(KeyWords):结构面直剪试验,剪切强度,三维摄影测量,刚度

    摘要:为研究晋城无烟煤的煤体结构面剪切强度及相关参数,通过对取自寺河煤矿3号煤层的含结构面煤体试样进行不同法向应力下的直剪试验,并对结构面形貌进行三维摄影测量,得到了剪切强度的试验值及估算值。试验结果表明:在低法向应力水平下,煤体结构面的法向刚度取值为13. 0~39. 2 GPa/cm,剪切刚度取值为3. 1~26. 6 GPa/cm,中等法向应力水平下,煤体结构面的法向刚度取值为13. 8~62. 0 GPa/cm,剪切刚度取值为4. 3~18. 2 GPa/cm,煤体结构面黏聚力平均值0. 67 MPa,峰值摩擦角平均值37°,同时结构面法向刚度、剪切刚度、剪切强度都随法向应力增大而增大,实验结果可为数值模拟中参数的选取提供一定参考。对比估算剪切强度值与试验剪切强度值表明,运用JRC-JCS模型能较好的预测煤体结构面剪切强度。
  • 作者(Author):李树刚,白杨,林海飞,严敏,龙航
    关键词(KeyWords):分子模拟,吸附热,多组分气体,吸附势能,吸附熵

    摘要:为进一步明确煤分子吸附多组分气体的热力学机制,应用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,从热力学角度研究了不同温度下等比例CH4,CO2,N2多组分气体在煤分子模型中的吸附行为。研究表明:在晶胞内CH4呈点状分布,CO2呈簇状分布,N2呈带状分布; 3种气体的吸附量、吸附热、吸附熵关系均为CO2>CH4>N2,吸附势能CO2<CH4<N2;吸附量与吸附热呈线性正相关关系,吸附热与温度无明显关系;煤分子吸附CH4,N2,CO2的吸附势能与其吸附量成反比,吸附势能不仅受煤分子表面自由粒子色散力影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;相同条件下,3种气体的吸附熵与吸附量和温度均呈负相关关系;吸附热力学参数能用来表征煤分子的吸附特性,从热力学角度证实煤分子吸附CO2优于CH4和N2。
  • 作者(Author):罗斌玉,叶义成,李玉飞,罗甲渊,陈虎
    关键词(KeyWords):Mohr-Coulomb准则,倾斜矿柱,稳定性,安全系数

    摘要:地下矿床开采中,矿柱的稳定是矿床安全高效开采的基础,是采场作业人员的安全保障。以弹性力学理论为基础,分析正应力和剪应力共同作用下倾斜矿柱的受力状态,应用图解法绘制出表征矿柱应力状态的应力圆。根据应力圆与Mohr-Coulomb强度包络线之间的关系,建立了考虑矿体倾角及矿柱受正、剪应力共同作用下矿柱的安全系数解析式。应用该安全系数解析式能很好评价任意倾角矿柱的稳定性,并分析了水平矿体时,以安全系数评价的矿柱稳定性与实际矿柱稳定状态吻合。最后分析了应力圆圆心所在直线斜率tanβ、矿体倾角θ等因素对倾斜矿柱稳定性的影响。研究表明:应力圆圆心所在直线斜率tanβ是矿体倾角θ及侧压系数λ的二元函数,对每个侧压系数λ,tanβ均能取得一次最大值,且侧压系数λ值不同,tanβ取得最大值亦不同;当侧压系数λ∈[0,1]时,tanβ取得最大值时对应的矿体倾角θ∈[45°,90°];当tanβ取得最大值时,矿柱的安全系数最小,矿柱最容易失稳;随矿体倾角的增大,矿体安全系数呈现先减小后增大的变化趋势。
  • 作者(Author):宋朝阳,纪洪广,刘志强,谭杰
    关键词(KeyWords):弱胶结砂岩,软化过程,断面形貌,地理信息系统

    摘要:剪切破坏断面是弱胶结砂岩在破坏过程中断裂后所形成相匹配的表面,断面形貌特征根据受力方式和饱水条件的不同形成差异显著。利用3D激光扫描对剪切破坏断面进行精确测量,结合地理信息系统(GIS)技术对不同受力方式和饱水条件下的破坏断面形貌进行三维可视化处理和定量分析,并采用扫描电镜从细观角度对产生的断面形貌特征差异及其破坏机理进行研究。试验结果表明:随夹具角度的增加,破裂面法向力降低,法向力的减小是导致破裂面扰动较大以及剪切断裂面粗糙度和起伏度增加的主要原因之一;通过饱水岩样细观结构的分析发现,弱胶结砂岩骨架颗粒自身吸水膨胀软化,骨架颗粒之间的黏连性变差,胶结程度降低,直接导致试件抗剪强度降低,同时,水对剪切破坏面扰动影响也降低,致使在相同受力条件下饱水试件断裂面粗糙度和起伏度相对较小;胶结物质的遇水软化的特性是决定弱胶结砂岩剪切破坏断面形貌的关键因素,为进一步研究弱胶结砂岩损伤演化过程及破坏机理提供可靠的试验依据。

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