中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室
- 作品数：207 被引量：2,190H指数：25
- 相关作者：张国军更多>>
- 相关机构：中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院更多>>
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- 相关领域：矿业工程建筑科学环境科学与工程化学工程更多>>
- 煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究进展与展望被引量：4
- 2022年
- 随着我国煤矿快速进入深部开采,煤岩瓦斯复合动力灾害日渐成为威胁深部煤炭安全高效开采的重大灾害,研究其发生机理成为煤矿安全领域新的重大科学问题。本文首先在调研统计的基础上,阐述我国煤岩瓦斯复合动力灾害的发生规律和主要破坏特征,从定性和初步定量研究角度对煤岩瓦斯复合动力灾害机理的研究现状进行综述分析,然后介绍笔者近年来在受载含瓦斯煤岩组合体耦合失稳诱发复合动力灾害机制方面的研究进展,最后展望煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究中亟待解决的问题及未来研究方向。
- 王凯王凯
- 关键词：深部开采煤与瓦斯突出冲击地压
- 采动覆岩裂隙与渗流分形演化规律及工程应用被引量：16
- 2022年
- 高瓦斯煤层开采过程中,采动覆岩裂隙与渗透演化规律对卸压瓦斯运移及分区富集具有控制作用,因此如何定量化精准描述采动覆岩裂隙发育及渗透率分布特征是提高采空区及裂隙带瓦斯抽采效率的关键。本文以阳泉矿区平舒煤矿为工程背景,模拟工作面开采过程中覆岩移动变形与裂隙动态演化规律,引入分形几何理论定量描述采动覆岩裂隙产生和发育过程,进而推导裂隙岩体的分形渗透率模型,实现了覆岩裂隙瓦斯运移优势通道及渗透率非均匀分布规律的精细表征。研究表明:随着工作面的不断推进,采动覆岩裂隙不断向前向上发育,覆岩裂隙发育总体表现为采空区两侧高度发育,中部压实的“双峰”状分布规律;采空区两侧的竖向破断裂隙区分形维数分别达到1.143,1.151,明显大于其他区域,是采动裂隙充分发育区和卸压瓦斯运移优势通道;根据裂隙岩体的分形渗透率模型,计算得到垮落带渗透率为1×10^(-5)~4×10^(-5)m^(2),裂隙带渗透率为8.9×10^(-9)~9.8×10-7m^(2);覆岩裂隙带内渗透率分布存在明显分区现象,总体呈现两侧高、中间低的“马鞍形”特征,高渗透区域主要集中于近工作面侧采空区(沿走向长度0~30 m)以及近开切眼侧采空区(沿走向长度110~150 m)的范围内,高渗透率区域的垂向上限可以达到煤层以上35 m;基于此提出试验工作面高、低位抽采巷道的技术参数并进行应用,取得了良好的采空区及裂隙带卸压瓦斯抽采效果。该研究对推动采动覆岩裂隙与渗流演化规律从理论到实践的应用具有重要的参考价值。
- 徐超徐超徐超袁亮王凯赵春雨郭海军袁亮
- 关键词：采矿工程采动覆岩
- 基于改进组合弹簧模型的矿井地应力场计算方法被引量：1
- 2024年
- 地应力场是影响围岩稳定性的重要因素,准确反演计算地应力场是采矿工程设计中的难点。结合布尔台矿Kaiser法实测地应力数据,提出了一种基于改进组合弹簧模型的地应力场计算方法,并与侧压系数法、经典组合弹簧模型法等的结果和实测值进行了对比。利用FLAC^(3D)研究了不同侧向应力边界条件下布尔台矿42105工作面矿压显现规律,并与实测矿压数据进行了对比分析。研究结果表明:所提出方法计算的应力场与实测值间主应力均方根平均误差均值为1.831,较其他反演计算方法降低了14.6%~42.2%;对称平均绝对百分比误差均值为19.45%,较其他反演计算方法降低了3.4%~36.9%。将该方法计算的应力作为应力边界时,模拟得到的支撑力与实测数据间的均方根误差的平均值为66.55,相较于侧压系数法降低了7.75%,相较于经典组合弹簧模型法降低了32.45%;对称平均绝对百分比误差的平均值为15.75%,相较于侧压系数法降低了6.61%,相较于经典组合弹簧模型法降低了20.67%。因此,该方法能够较准确计算地应力场并为精准模拟矿压规律提供新的应力边界施加方法的参考。
- 赵毅鑫赵毅鑫杨东辉杨东辉杨哲宫智馨
- 关键词：数值模拟
- 煤及共伴生资源精准开采科学问题与对策被引量：81
- 2019年
- 面临新一轮以大数据、云计算、人工智能、物联网、区域链、互联网为代表的信息技术革命,及煤、铀、油气相继走向智能化无人开采的发展趋势,深度融合现代信息技术、资源开采理论技术助推煤及共伴生资源无人(少人)开采,保障国家能源及战略需求,成为新时代能源资源开发模式变革的导向,基于此率先提出煤及共伴生资源精准开采的科学构想。煤及共伴生资源精准开采是以创新地球空间物理科学、多相多场耦合理论及智能管控系统为核心保障,互联网+现场监测、物理/数值模拟、基础实验的"三位一体"科研手段为支撑,实现煤及共伴生资源禀赋、原生/扰动地质灾害、开采装备工况全息实时展现,资源开发规划、矿井运行管理及退役矿井生态修复方案的智能弹性决策,潜在致灾因素的智能深度感知、精准圈定及高效解危,突发灾害的损伤体自主修复、管控系统韧性恢复、装备自适应调整的能源资源科学开发模式。煤及共伴生资源精准开采可有效破解资源开发面临的勘探监测、协同开发、灾害防控及环境负外部性等重大难题,为未来煤及共伴生资源开发提供了新思路。本文凝练了煤及共伴生资源精准开发的5个关键科学问题和7个主要研究方向,为实现新时代资源安全高效绿色开发提出了阶段性规划。
- 袁亮
- 关键词：物联网人工智能
- 中等尺度煤与瓦斯突出物理模拟装置研制与验证被引量：34
- 2018年
- 煤与瓦斯突出模拟实验可以揭示突出灾害的发生规律。研发一种中等尺度煤与瓦斯突出模拟装置,旨在一定程度上满足与采场工作面的开采环境的近似,同时便于地质模型的灵活设计与铺设,实现在不同地质及不同瓦斯参数条件下的突出模拟。该实验系统由高压实验腔体、非均布加载系统、突出诱导装置、抽真空及充气系统、数据采集系统组成,具有如下特点:可基于相似原理按照采掘工作面顶、底板岩层分布、地质条件,灵活铺设尺寸为1 500 mm×600 mm×1 000 mm的模型;按照工作面超前应力分布形式进行表面应力加载;预埋直径5 mm侧向均匀开孔管路分级注气,实现煤体瓦斯快速吸附平衡;采用直径200 mm规格爆破片安装突出口作为突出诱导装置,压力超限自动破裂,诱导突出;多元化信息采集系统,记录压力、温度、应力等物理参数变化,高速摄影记录突出瞬间煤瓦斯混合流态。开展了一次吸附平衡压力为0.30 MPa、诱导压力0.53 MPa的突出实验,在实验中煤体瓦斯压力、温度由于气体的吸附–解吸特性发生了规律性波动变化,突出发生持续1.92 s,抛出煤岩样369.9kg,最远抛射距离41.4 m,并呈扇形分布。该装置为深入研究突出动力灾害机制与预防技术提供了可行的手段。
- 聂百胜马延崑孟筠青孟筠青
- 关键词：采矿工程煤矿安全煤与瓦斯突出
- 基于无人机红外遥感和边缘检测技术的采动地裂缝辨识被引量：16
- 2021年
- 西部矿区煤层赋存条件好,开采强度高,上覆岩层破坏严重,易诱发采空塌陷和地裂缝等灾害,造成地表生态损伤,甚至诱发遗煤自燃,威胁煤矿安全生产。为快速、及时、准确地识别地裂缝,提出了基于无人机红外遥感及图像边缘检测技术的地裂缝识别方法。以神东矿区上湾煤矿12401工作面为工程背景,对工作面上方地裂缝发育观测区域进行全天候监测,获取了不同时刻的红外图像,并对不同时刻红外图像中裂缝、沙子、植被的温度信息以及裂缝长度进行了统计和分析。运用多种边缘检测方法及提出的改进边缘检测算法,对采集的典型红外图像进行地裂缝检测,评价了不同边缘检测方法的裂缝检测效果。对比分析了不同时刻地裂缝检测结果,给出了针对研究条件下无人机红外遥感技术识别地裂缝的最佳时间窗口。研究结果表明:基于无人机搭载红外相机及边缘检测技术可有效识别采矿导致的地裂缝;夜间相比于白天,地裂缝更易被识别,特别是3:00~5:00,地裂缝的识别效果最佳。提出的改进边缘检测算法的Pratt品质因数(PFoM)值为0.571,检测性能优于文中其他边缘检测方法;1:00~5:00和19:00~23:00,地裂缝边缘检测结果优于其他时间,检测结果中噪声较少,裂缝边缘清晰突出;其中尤以3:00,5:00时的地裂缝检测效果最好。
- 赵毅鑫赵毅鑫孙波姜耀东孙波何祥
- 关键词：无人机红外图像地裂缝边缘检测
- 深部高温矿井大断面岩巷TBM智能掘进技术--以“新矿1号”TBM为例被引量：26
- 2021年
- 我国中东部众多矿区相继进入深部开采,面临着采掘接续紧张的突出问题。大断面岩巷TBM掘进以其智能化程度高、作业安全、掘进效率高等特点已逐渐应用于浅部矿井,在深部矿井中却应用极少,匮乏建设经验。因此,为研究深部矿井岩巷TBM智能高效掘进技术,提升深部矿井机械化、智能化建设的水平,山东新巨龙煤矿研发了大断面岩巷TBM智能掘进系统(“新矿1号”),系统集成了掘进、出渣、支护、除尘、通风、降温、导向、防爆、防冲等技术于一体,实现了深井直径6.33 m硬岩巷道智能掘进、掘进时锚杆自动化施工、掘支平行作业等技术。基于此,综述了深部高温矿井TBM全断面硬岩掘进机应用的关键技术,主要包括:①适用于深部高温矿井的岩巷TBM掘进装备建造模式;②TBM大尺寸部件的大埋深、长距离运输与安装技术;③TBM智能掘进技术;④深井超大断面安装硐室和掘进巷道围岩稳定性控制技术;⑤深部高温高地应力矿井TBM智能掘进综合保障技术,包括:TBM通过高应力软岩破碎带等不良地层的地质预报、降温、除湿、降尘等技术。旨在通过论述该设备的研发和应用过程,提出深部矿井硬岩TBM掘进的难点和解决方法,为类似矿井采用TBM法掘进岩巷提供一定的经验和技术借鉴,以便于国内同行对该技术进行全面认识与深入研究。
- 张洪伟胡兆锋程敬义朱传奇朱传奇郑兴博吕长刚高翔周俊
- 关键词：TBM大断面巷道
- 不同采高下瓦斯通道卸荷损伤演化及抽采验证被引量：5
- 2018年
- 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。
- 徐玉胜李春元张勇王泓博魏文胜
- 关键词：卸荷损伤采高采空区顶板
- 深度对含瓦斯煤层水力压裂裂纹转向行为的影响数值模拟分析被引量：2
- 2022年
- 随着深度的增加,煤岩层受到的水平应力与垂直应力之比会逐渐降低,进而对水力压裂注压孔周围的裂纹扩展行为造成影响。为了探究不同深度下水力压裂裂纹转向行为特征,基于煤层力学模型与瓦斯吸附动力学模型,利用多物理场耦合模拟软件COMSOL进行分析,获得了不同深度条件下注压孔周围的应力分布特征以及裂纹起裂压力特征。结果表明:在较浅的深度,即水平应力与垂直应力比值大于1时,裂缝主要在水平方向上扩展,且应力比值增大,裂缝越容易发生转向;而在较深的深度,即水平应力与垂直应力之比小于1时,裂缝在向垂直方向上延伸,且应力比值越小,裂缝越容易发生转向。
- 赵伟赵伟王凯徐超王凯冯忠凯徐超王柳懿
- 关键词：水力压裂应力分布数值模拟流固耦合
- 添加煤焦油对型煤渗透率的影响
- 2018年
- 采用煤焦油添加量分别为0、2.09%、4.08%、6%、7.84%、9.62%、11.32%的型煤进行渗流实验,分析添加煤焦油对型煤渗透率影响规律。研究发现,对于不同煤焦油添加量的型煤来说,随着瓦斯压力和有效应力的增加,型煤的渗透率均逐渐减小,瓦斯压力、有效应力和渗透率之间均符合二次函数关系,在相同的瓦斯压力和有效应力情况下,煤焦油添加量越多,煤样的渗透率越小。
- 柳晓莉娄振刘康
- 关键词：煤焦油型煤渗透率气体压力有效应力
