西安科技大学李树刚教授团队成果专辑_中国煤炭行业知识服务平台

西安科技大学李树刚教授团队成果专辑

李树刚，博士，二级教授，博导。西安科技大学原副校长，国务院学位委员会第六届矿业工程、第七届安全科学与工程学科评议组成员。李树刚教授长期深入煤矿生产一线，从事煤矿瓦斯灾害防治及二氧化碳安全封存理论及技术的教学与科研工作。本专辑为李树刚教授团队自2007年以来发表于《煤炭科学技术》的研究成果。（数据统计时间：2023-12-18）

行业视野: 安全
类别; 119个
关键词; 82位
专家; 31篇
论文; 13809IP
点击量; 19271次
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分级循环加卸载煤体变形破坏特征试验研究

作者(Author)：李树刚, 刘思博, 林海飞, 双海清, 李磊明, 于涵旭, 罗荣卫

摘要：瓦斯抽采钻孔在采动影响下所处的应力状态比较复杂，随着工作面的推进，经历复杂的加载和卸载共同作用，易导致抽采钻孔失稳破坏。为深入研究采动影响下煤体钻孔的变形破坏特征，通过开展单调加载及分级循环加卸载试验，分析不同加载路径下试样的强度特征，并结合数字散斑技术(XTDIC)分析试样单轴压缩过程中裂纹扩展及孔周位移演化规律，通过布置“虚拟引伸计”分析试样局部化带位移演化特征。结果表明：与单调加载路径相比，分级循环加卸载路径下试样的抗压强度减小，减小幅度为4.59%；分级循环加卸载路径下，含钻孔试样的最终破坏是由远场裂纹与钻孔两侧的剪切裂纹贯通形成宏观破裂带导致的，不同加载路径下试样破坏模式均为拉剪复合破坏，破坏形态呈“X”状；试样加载顶点与卸载低点的张拉、错动位移随着循环次数增加逐渐增大，呈波动上升趋势，并且在时间上滞后于应力变化；孔周位移测点层位越高，试样加载至相同时刻的位移越大；分级循环加卸载路径下，试样卸载阶段的测点位移有轻微恢复现象，最大恢复量为0.149 mm，位移随时间增长表现为“台阶式”递增现象。

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煤炭科学技术

2021年第04期

492

506
基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型研究

作者(Author)：李树刚, 马莉, 潘少波, 石新莉

摘要：瓦斯灾害制约着煤矿安全生产的发展水平，瓦斯治理是高瓦斯煤矿开采工程中的重要环节，有效预测出下一时间段瓦斯浓度并做出合理的安全防护措施，可为煤矿瓦斯治理决策提供一定的参考依据。利用循环神经网络适合处理连续时间序列样本的特性，构建了一种基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型。该模型以宽泛策略为原则初步确定预测模型网络结构参数，选取数据量更大、时间跨度更长的瓦斯浓度时间序列为训练样本。首先采用邻近均值法和插值法处理训练样本中的异常值和缺失值，同时采用最大最小值标准化法对数据进行归一化处理，其次以均方误差和运行时间为评价指标，采用自适应矩估计优化器优化模型权重，选取修正线性为激活函数，隐藏层中加入丢弃层，通过不断调节步长、网络层数等参数，最终得到最优的循环神经网络瓦斯预测模型。研究结果表明：相比于反向传播神经网络预测模型和双向循环神经网络预测模型，基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型的训练误差降低至0.003，预测结果误差降低至0.006，具有更高的预测准确度；同时，预测误差波动范围在0.001～0.024，具有更好的稳定性和鲁棒性。基于循环神经网络的工作面瓦斯浓度预测模型具有更高的准确度、稳定性和鲁棒性，可有效预测出下一时间段瓦斯浓度的变化趋势，从而提前做出合理的防护措施，为煤矿安全生产提供一定的参考意见。

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煤炭科学技术

2020年第01期

864

1322
综采工作面上隅角瓦斯流动活跃区形成机理研究

作者(Author)：李树刚, 乌日宁, 赵鹏翔, 肖鹏, 杜轩宏

摘要：为解决综采工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题，以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型，基于物理相似模拟试验，采用分形理论从细观角度证实了瓦斯流动活跃区的存在性，通过构建瓦斯流动活跃区的空间模型和力学模型，研究了工作面上隅角瓦斯流动活跃区的形成机理，并结合FLUENT数值模拟软件，对上隅角埋管抽采瓦斯的布置参数进行了优化。结果表明：通过对比局部瓦斯优势通道裂隙网络与整体覆岩裂隙网络的分形特征，认为局部裂隙网络发育更为丰富，进而证实了瓦斯流动活跃区的存在；推导出了瓦斯流动活跃区关键岩块的二次失稳形式及判据，认为关键岩块不会发生二次失稳，保证了关键岩块的存在，从而保证了瓦斯流动活跃区不会消失，为上隅角埋管抽采活跃区瓦斯提供了可稳定参考的位置基础；通过对埋管深度为5、15、25 m时采空区及工作面的瓦斯浓度分布进行数值模拟，认为埋管深度为15 m时的抽排效果最佳。

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煤炭科学技术

2019年第01期

671

871
采动裂隙椭抛带时效诱导作用及卸压瓦斯抽采技术

作者(Author)：李树刚, 徐培耘, 赵鹏翔, 林海飞

摘要：为了研究在不同推进速度下覆岩裂隙的动态演化规律及形态特征,开展了物理相似模拟试验及理论分析研究。研究结果表明:随着工作面推进速度的增加,覆岩裂隙发育高度会逐渐减小,同时,压实区的范围会相对增大,主要表现为压实区宽度会随推进速度的增加而增加,即卸压瓦斯运移优势通道的范围随推进速度的增加而减小。在试验结果分析的基础上,建立了考虑推进速度影响的采动裂隙椭抛带数学表达方程,并对试验矿井综采工作面高位瓦斯抽采巷布置层位进行设计,现场试验结果验证了依据工作面推进速度设计的高抽巷层位的合理性,从而为高强度推进工作面卸压瓦斯抽采系统的布置及参数优化提供了一定的理论依据。

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煤炭科学技术

2018年第09期

350

517
高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

作者(Author)：林海飞, 杨二豪, 夏保庆, 李树刚, 赵鹏翔, 孔祥国, 秦雷

摘要：针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题，分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性，阐述了卸压瓦斯抽采原理；利用物理相似模拟及理论分析，分析了采动覆岩裂隙演化规律，确定了定向钻孔参数，并进行现场工程应用。结果表明：随着工作面推进，试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，其中规则冒落带高度为17.9 m（采高的4.48倍），裂隙带高度为60.36 m（采高的15.09倍）；定向钻孔与回风巷平距为8～20 m，与煤层顶板垂距平均18.5 m；利用定向钻机施工钻孔偏移量较小，定位准确，瓦斯抽采纯量平均6.37 m3/min，占瓦斯涌出量的8.59%，实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果，保证了工作面安全回采。

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煤炭科学技术

2020年第01期

729

1320
我国煤矿覆岩采动裂隙带卸压瓦斯抽采技术研究进展

作者(Author)：林海飞, 李树刚, 赵鹏翔, 肖鹏, 潘红宇, 刘超

摘要：采动裂隙带卸压瓦斯抽采是工作面瓦斯防治的主要方法,介绍了采动裂隙动态演化规律的研究现状,分析了卸压瓦斯抽采原理。根据瓦斯抽采直接通道的不同,总结提出采动裂隙带瓦斯抽采分类方法;基于工作面瓦斯绝对涌出量的大小,提出采动裂隙带瓦斯抽采技术的分级选择法。对各类采动裂隙带瓦斯抽采方法的优缺点、布置方式进行了分析论述,给出了具体的设计方法以及技术参数,并结合现场实例说明了各种抽采方法的效果。最后通过总结概括采动裂隙带瓦斯抽采技术的研究现状,指出采动裂隙带演化模型三维化、瓦斯高效抽采技术参数精准化以及瓦斯抽采技术装备智能化是覆岩采动裂隙带瓦斯抽采未来的研究重点及发展趋势。

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煤炭科学技术

2018年第01期

630

1012
综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响

作者(Author)：赵鹏翔, 卓日升, 李树刚, 林海飞, 刘超, 双海清

摘要：为了研究综采工作面卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,工作面推进速度为关键参数,构建采动卸压瓦斯优势通道数学模型,并针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,开展综采工作面在不同推进速度条件下的卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律物理相似模拟试验。研究结果表明:加快推进速度,三带高度降低,平均来压步距增大,优势通道在上覆岩层的空间位置也随之降低,优势通道发育的高度、宽度、垮落角和范围随着推进速度加快而减小。随着推进速度的加快,优势通道离层率和贯通度逐渐变小。随着工作面的推进,优势通道的分形维数由小到大对应的推进速度依次为7、5、3 m/d,呈现出降维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面推进速度不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%~89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果可为不同推进速度下采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。

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煤炭科学技术

2018年第07期

743

701
巷道围岩应力场结构的表征及破坏因素分析

作者(Author)：金洪伟, 肖乔, 李树刚, 徐刚

摘要：巷道围岩应力场结构对巷道的变形和破坏有重要的影响,为了表征巷道围岩应力场结构,提出使用主应力迹线来可视化显示应力场,并通过主应力迹线图中退化点的位置和类型,以及优势主应力迹线束的分布来表征应力场的结构。分别对不同侧压系数和岩层组合条件下的巷道进行数值模拟,根据模拟结果手工描绘出主应力迹线图,得出巷道围岩应力场结构变化的一般规律,以及由此造成的巷道围岩破坏规律的变化。结果表明:应力迹线图是表征巷道围岩应力场结构的有效方法,巷道围岩破坏和应力场结构之间存在较明确的关系。该研究为巷道围岩控制理论研究提供新的思路。

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煤炭科学技术

2017年第09期

689

382

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