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基于顶板结构断裂特征的煤矿结构充填关键位置确定方法
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作者 冯国瑞 郭伟 +5 位作者 李竹 戚庭野 崔家庆 崔业凯 张志城 蔡文浩 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期38-49,共12页
充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径,而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上... 充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径,而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上述问题,结合煤矿井下结构充填的学术思想,深入研究了顶板岩层断裂特征,明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态,识别了破断铰接块体主沉降区域,判定出结构充填的关键位置。结合关键位置确定方法,提出重点控制基本顶最大挠度位置,即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的“工字型”结构充填新方法。结合新阳矿岩层地质参数,借助FLAC^(3D)数值模拟软件,深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律,揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征。结果表明:“工字型”充填在节省充填用量的基础上,较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%,与全部充填仅相差2.3%。同时,关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中,保持自身稳定性,实现对顶板的长效支撑。综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期“工字型”结构充填最佳充填方案为中部条带长度72 m,宽度7 m,两侧条带长度18 m,宽度6 m,较全部充填可减少充填材料成本33.86万元。该方案形成的密闭空间为1980 m^(3),占总采出空间的44%,可用来储能或碳封存,助力实现零碳绿色开采,推动双碳目标的实现。 展开更多
关键词 关键充填位置 塑性铰 “工字型”结构充填 充填体应力调配 分区沉降特征
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潞安煤矿2605工作面巷道支护方案优化设计与研究 被引量:1
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作者 赵伟 赵东升 +1 位作者 戚庭野 李磊 《山西煤炭》 2024年第2期8-17,共10页
现场调研、数值模拟、理论分析相结合的方法,结合现场工程实践,对潞安漳村2605工作面巷道稳定性进行研究。选取2605工作面运巷、中风巷和进风巷为研究对象,根据相关地质资料,设计支护方案;对区域巷道变形破坏进行数值模拟分析,包括顶板... 现场调研、数值模拟、理论分析相结合的方法,结合现场工程实践,对潞安漳村2605工作面巷道稳定性进行研究。选取2605工作面运巷、中风巷和进风巷为研究对象,根据相关地质资料,设计支护方案;对区域巷道变形破坏进行数值模拟分析,包括顶板下沉量、巷道两帮收敛及锚杆锚索工作载荷等。得到各支护方案的巷道变形破坏结果,并结合数值模拟结果确定2605工作面巷道的合理支护方案。 展开更多
关键词 巷道稳定性 理论分析 数值模拟 巷道支护优化
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破碎围岩注浆加固体承载特性与损伤破坏机制 被引量:6
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作者 冯国瑞 马敬凯 +5 位作者 李竹 戚庭野 崔家庆 郭伟 赵彦同 侯斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期411-423,共13页
注浆加固是提升破碎围岩整体性及其承载性能的重要途径,破碎围岩注浆加固体强度、损伤变形及其破坏特征决定加固体抵御外载扰动并维持围岩稳定的能力。选用不同粒径的破碎岩体并注入不同质量浓度水泥净浆,自凝固形成破碎围岩注浆加固体... 注浆加固是提升破碎围岩整体性及其承载性能的重要途径,破碎围岩注浆加固体强度、损伤变形及其破坏特征决定加固体抵御外载扰动并维持围岩稳定的能力。选用不同粒径的破碎岩体并注入不同质量浓度水泥净浆,自凝固形成破碎围岩注浆加固体。基于声发射监测和DIC变形测量技术,探究破碎围岩注浆加固体力学承载机制,掌握“声发射-应力-表面位移”耦合规律及其动态响应特征,阐明注浆对破碎围岩承载能力的强化效应及加固体二次承载损伤破坏失稳机制,据此建立破碎围岩注浆加固体承载损伤本构模型。结果表明:①注浆加固体峰值强度随粒径的增大而减小,随水灰比的提高而降低。以水灰比0.4为例,粒径从5~10mm增加到20~30mm,注浆加固体强度从23.99MPa降低到19.30MPa,降幅达19.55%;以破碎岩石粒径为5~10mm为例,水灰比从0.4增加到0.6,加固体强度从23.99MPa降低到14.83MPa,降幅达38.18%。此外,注浆加固体峰后阶段并未发生典型岩石材料的脆性破坏,应力-应变峰后曲线多次“起伏式”下降,呈现出良好的延展性和韧性变形特征。②声发射振铃累计次数曲线表现出明显的“上升期—活跃期—平静期”3个阶段。注浆加固体中破碎体粒径越小,上升期跨度越大,平静期声发射事件相对越频繁;浆液水灰比越高的加固体,声发射振铃次数总体水平越低。③基于声发射b值和DIC的联合监测,发现了声发射b值和注浆加固体试件内部裂缝尺度的对应关系,即“小b值大裂缝”和“大b值小裂缝”,且粒径大小与加固体试件裂缝尺度正相关,粒径越大,裂纹发育及扩展越明显,表面大应变集中带分布范围更广,裂纹开度更大,损伤破坏更严重。④根据测得的注浆加固体弹性模量、峰值应力和峰值应变,建立了破碎围岩注浆加固体损伤本构方程,据此可以预测不同粒径的破碎岩体和不同浆液质量浓度形成的注浆加固体力学强度,以期为注浆加固体强度设计及工程岩体稳定性评价提供参考。 展开更多
关键词 注浆加固体 峰值强度 峰后应变软化 损伤本构 声发射 应变集中带
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瞬变电磁法勘探煤矿不同层间距双层积水采空区的可行性研究 被引量:3
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作者 张帆 冯国瑞 +5 位作者 戚庭野 余传涛 张新军 王超宇 杜孙稳 赵德康 《物探与化探》 CAS 北大核心 2023年第5期1215-1225,共11页
利用瞬变电磁法勘探上下重叠的双层积水采空区的难度较大,上部积水采空区会阻碍电磁场的传播,增加下部积水采空区的观测时间,降低信噪比,而双层积水采空区的埋深和层间距也会影响瞬变电磁信号的观测时间以及信噪比。为此,以山西马家岩... 利用瞬变电磁法勘探上下重叠的双层积水采空区的难度较大,上部积水采空区会阻碍电磁场的传播,增加下部积水采空区的观测时间,降低信噪比,而双层积水采空区的埋深和层间距也会影响瞬变电磁信号的观测时间以及信噪比。为此,以山西马家岩煤矿为工程背景,构建了双层积水采空区模型,分析了层间距分别为25、50、75、100 m的双层积水采空区的电磁场传播过程及所需要的观测时间;使用均方根误差对不同层间距双层积水采空区的感应电压之间的差异进行了定量表述,并基于观测过程中的记录误差以及噪声水平提出下层积水采空区可勘探的判别标准。物理模拟实验结果表明:4种模型的感应电压值的差异主要集中在晚期,并且随着层间距和上层积水采空区埋深的增大,感应电压值的差异减小,层间距为75 m时感应电压之间的差异接近噪声水平;在马家岩煤矿对层间距为75 m的双层积水采空区进行了实际探测,结果表明下部积水采空区没有得到有效识别。因此,可以认为层间距大于75 m时下部积水采空区难以得到识别。 展开更多
关键词 双层采空区 层间距 瞬变电磁 响应特征
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特厚煤层综放工作面煤-架受力演化特征及其承载机理 被引量:5
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作者 郭星辰 郭军 +6 位作者 冯国瑞 文晓泽 戚庭野 白锦文 高瑞 钱瑞鹏 朱林俊 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2023年第1期14-27,共14页
为了研究特厚煤层综放工作面煤-架结构及其承载机理,以塔山矿8216工作面为背景,根据煤体与支架的位置关系将其分为架前顶煤、架上顶煤和承载煤体,采用FLAC3D数值模拟软件分析了煤-架结构应力演化特征及煤体失稳破坏规律。结果表明:工作... 为了研究特厚煤层综放工作面煤-架结构及其承载机理,以塔山矿8216工作面为背景,根据煤体与支架的位置关系将其分为架前顶煤、架上顶煤和承载煤体,采用FLAC3D数值模拟软件分析了煤-架结构应力演化特征及煤体失稳破坏规律。结果表明:工作面超前支承压力峰值位于煤壁斜上方的架前顶煤中,顶煤破坏深度与超前支承压力峰值的超前距离基本相当,向控顶区侧呈“弧形”破坏形态。确定了煤-架结构对顶板来压承载能力的排序依次为架前顶煤>承载煤体>液压支架>架上顶煤。承载煤体在围岩应力拱和顶煤的保护下破坏深度始终保持在近煤壁侧3 m内,已破坏煤体应力基本不受推进距离与支架工作阻力变化的影响。架上顶煤在顶煤冒放前后承载特性不同,进而引起整个煤-架结构承载特性的改变。放煤前后煤壁破坏深度分别为3 m和2 m,顶煤破坏深度分别为7 m和12 m。架前顶煤的失稳是发生端面冒顶的主要原因,煤壁侧承载煤体的破坏是煤壁片帮的直接原因。在围岩应力拱的作用下,顶板以架前顶煤为轴做回转运动并伴随着顶板、支架及超前煤体应力的动态变化,但煤-架结构的承载特性不会改变。研究结果可为特厚煤层综放工作面矿压灾害防控提供有益参考。 展开更多
关键词 综放开采 支架-围岩 支承压力 数值模拟
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Failure mechanisms and destruction characteristics of cemented coal gangue backfill under compression effect of non-uniform load
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作者 FENG Guo-rui GUO Wei +5 位作者 QI Ting-ye LI Zhu CUI Jia-qing WANG Hao-chen CUI Ye-kai MA Jing-kai 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2676-2693,共18页
Backfill mining is one of the most important technical means for controlling strata movement and reducing surface subsidence and environmental damage during exploitation of underground coal resources. Ensuring the sta... Backfill mining is one of the most important technical means for controlling strata movement and reducing surface subsidence and environmental damage during exploitation of underground coal resources. Ensuring the stability of the backfill bodies is the primary prerequisite for maintaining the safety of the backfilling working face, and the loading characteristics of backfill are closely related to the deformation and subsidence of the roof. Elastic thin plate model was used to explore the non-uniform subsidence law of the roof, and then the non-uniform distribution characteristics of backfill bodies’ load were revealed. Through a self-developed non-uniform loading device combined with acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) monitoring technology, the synergistic dynamic evolution law of the bearing capacity, apparent crack, and internal fracture of cemented coal gangue backfills (CCGBs) under loads with different degrees of non-uniformity was deeply explored. The results showed that: 1) The uniaxial compressive strength (UCS) of CCGB increased and then decreased with an increase in the degree of non-uniformity of load (DNL). About 40% of DNL was the inflection point of DNL-UCS curve and when DNL exceeded 40%, the strength decreased in a cliff-like manner;2) A positive correlation was observed between the AE ringing count and UCS during the loading process of the specimen, which was manifested by a higher AE ringing count of the high-strength specimen. 3) Shear cracks gradually increased and failure mode of specimens gradually changed from “X” type dominated by tension cracks to inverted “Y” type dominated by shear cracks with an increase in DNL, and the crack opening displacement at the peak stress decreased and then increased. The crack opening displacement at 40% of the DNL was the smallest. This was consistent with the judgment of crack size based on the AE b-value, i. e., it showed the typical characteristics of “small b-value-large crack and large b-value-small crack”. The research results are of significance for preventing the instability and failure of backfill. 展开更多
关键词 cemented coal gangue backfill non-uniform load degree of non-uniformity of load failure mode crack opening displacement
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煅烧温度对柳叶灰火山灰活性的调控机制
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作者 王超宇 戚庭野 +4 位作者 冯国瑞 杨颂 王昊晨 王林飞 高歆于 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期2005-2014,共10页
生物质能源作为可再生的清洁能源是传统化石能源的替代品之一,但是其作为工业燃料燃烧时会产生大量具有火山灰活性的生物质灰,研究煅烧温度对生物质灰火山灰活性的调控机制有助于生物质灰的高效利用.基于此,本文测试评价了500、700、85... 生物质能源作为可再生的清洁能源是传统化石能源的替代品之一,但是其作为工业燃料燃烧时会产生大量具有火山灰活性的生物质灰,研究煅烧温度对生物质灰火山灰活性的调控机制有助于生物质灰的高效利用.基于此,本文测试评价了500、700、850℃柳叶灰的火山灰活性,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和激光粒度分析仪、显微电泳仪等表征手段,测试了柳叶灰的理化性质;考察柳叶灰替代20%质量分数水泥后柳叶灰-水泥基材料的力学性能;通过强度指数、活性离子析出能力和火山灰反应效率,评价柳叶灰的火山灰活性特征,结合扫描电镜(SEM)、XRD等表征手段,阐明煅烧温度对柳叶灰结构组成及火山灰活性调控机制.结果表明:柳叶灰的主要氧化物为SiO_(2)和CaO,柳叶灰替代部分水泥后500℃柳叶灰-水泥基材料抗压强度最大,强度指数为0.79,具有最强的火山灰活性;500℃和700℃柳叶灰Zeta电位的绝对值和电导率变化率大于850℃的,Si^(4+)析出浓度随煅烧温度升高而下降,过高的煅烧温度会导致柳叶灰出现结渣现象影响火山灰反应的进行.本研究为生物质灰火山灰活性的调控及在水泥基材料中的应用提供理论支撑. 展开更多
关键词 柳叶灰 煅烧温度 火山灰活性 强度指数 无定形二氧化硅
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具有区域经济特色的科技期刊发展模式思考——以《山西煤炭》为例
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作者 单婕 安娜 戚庭野 《新闻研究导刊》 2024年第11期224-227,共4页
科技期刊传承人类文明,荟萃科学发现,引领科技发展,直接体现一个国家的科技竞争力和文化软实力。科技期刊既是科技创新、发明创造成果首发竞争的主战场,又是弘扬科学精神、传播科学方法、服务社会发展的重要支撑平台,更是学术交流的主... 科技期刊传承人类文明,荟萃科学发现,引领科技发展,直接体现一个国家的科技竞争力和文化软实力。科技期刊既是科技创新、发明创造成果首发竞争的主战场,又是弘扬科学精神、传播科学方法、服务社会发展的重要支撑平台,更是学术交流的主渠道和学术传播的主力军。我国矿山工程技术学科期刊有75种,其中具有区域经济特色的期刊并不多,《山西煤炭》作为代表期刊,立足于能源大省山西,致力于推动区域经济和行业发展。文章从编辑团队、专家队伍建设、办刊成果分析等方面系统剖析近五年期刊的发展情况,分析期刊发展与区域特色的关系,旨在为相似期刊发展模式提供一定参考。通过自主优化、主办单位支撑和青年人才培养三管齐下,大幅拓展和优化专家库规模,其中,中青年专家的系统培养尤为突出,为期刊注入了可持续发展的动力。在发文数量方面,编辑部围绕建设特色、突出优势,持续扩大期刊影响力。在巩固传统优势基础上,编辑部还着力增加交叉学科领域的论文数量,以满足学科发展的前沿需求。在学术影响力方面,编辑部团队始终坚持把控内容质量这个核心。影响因子、他引率、核心期刊收录数量等指标均实现稳步增长。 展开更多
关键词 区域特点 《山西煤炭》 科技期刊 编辑团队 发展
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编辑创新思维对学术期刊的影响探究——以《山西煤炭》为例
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作者 单婕 安娜 戚庭野 《新闻研究导刊》 2024年第16期228-232,共5页
学术期刊作为学术交流和知识创新的重要平台,其重要性随着科技进步和社会发展日益凸显。近年来,学术论文的数量和质量均显著提升,学术期刊办刊质量不断进步。为进一步提升科技期刊在科技创新、国家创新体系及学术交流中的国际话语权,国... 学术期刊作为学术交流和知识创新的重要平台,其重要性随着科技进步和社会发展日益凸显。近年来,学术论文的数量和质量均显著提升,学术期刊办刊质量不断进步。为进一步提升科技期刊在科技创新、国家创新体系及学术交流中的国际话语权,国家提出建设世界一流科技期刊的宏伟目标,并实施了一系列扶持政策,科技期刊的深化改革迎来新机遇。然而,学术交流的频繁活跃和学科交叉融合的日益深化,对学术期刊编辑提出了新的要求。为满足学术交流的需求,推动学术期刊发展,提升期刊论文的质量和影响力,编辑应具备更高层次的创新思维。文章首先深入阐述学术期刊编辑的学术创新思维,主要涉及学科思维和学术思维;其次分析创新思维对学术期刊编辑的重要性,以及对推动期刊发展的重要意义;最后提出具体策略,助力学术期刊编辑提升创新能力,使其更好地推动学术期刊与学术交流发展。文章认为:一方面,学术期刊编辑能够继续推动学术发展;另一方面,随着信息技术的迅猛发展,学术期刊编辑工作正发生重大变革。在数字出版和开放获取的推动下,学术期刊已朝着数字化、智能化方向发展。编辑需要掌握新的技术和工具,如人工智能、大数据分析等,以更好地满足读者的需求,提高期刊的影响力和竞争力。 展开更多
关键词 学术期刊 编辑 创新思维 期刊发展 《山西煤炭》
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顶板型老空突水模式及导水通道演化机理研究
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作者 连野 戚庭野 刘钦 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第5期42-48,共7页
煤矿顶板型老空水害具有很强的冲击力和破坏力,研究老空区水体下覆岩突水通道的演化规律对老空水害防治具有重要意义。以山西某矿8446工作面老空突水事故为例,采用相似模拟与数值模拟方法,探究煤层顶板覆岩结构破坏与水力学之间的耦合规... 煤矿顶板型老空水害具有很强的冲击力和破坏力,研究老空区水体下覆岩突水通道的演化规律对老空水害防治具有重要意义。以山西某矿8446工作面老空突水事故为例,采用相似模拟与数值模拟方法,探究煤层顶板覆岩结构破坏与水力学之间的耦合规律,揭示了突水通道形态演化机理。研究结果表明:顶板老空突水过程经历了初始渗流阶段、裂隙渗流阶段、管道流突水阶段;初始渗流较应力峰值显现时滞后约3 m,水流沿采动裂隙向下运移平均渗流速度为4.056 m/d,滞后性和渗流速度可作为突水事故关键预警信息;通过流固耦合数值模型的模拟,突水通道位于矩形梯台压实区的四周,与现场实际突水位置基本一致。 展开更多
关键词 老空水 覆岩破坏 渗流速度 相似模拟 矩形梯台带
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基于WOA-VMD的瞬变电磁探测信号降噪方法 被引量:13
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作者 戚庭野 卫会汝 +4 位作者 冯国瑞 张新军 余传涛 赵德康 杜孙稳 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3885-3898,共14页
为有效降低工频干扰和随机噪声对矿山采空区瞬变电磁精准探测与定位的影响,基于鲸鱼优化算法(WOA)提出一种改进变分模态分解(VMD)的瞬变电磁信号噪声识别和分离的方法。首先,根据排列熵能够检测时间序列随机性和复杂程度的特性,选择分... 为有效降低工频干扰和随机噪声对矿山采空区瞬变电磁精准探测与定位的影响,基于鲸鱼优化算法(WOA)提出一种改进变分模态分解(VMD)的瞬变电磁信号噪声识别和分离的方法。首先,根据排列熵能够检测时间序列随机性和复杂程度的特性,选择分解结果的最小排列熵作为优化目标;然后,利用鲸鱼优化(WOA)算法对变分模态分解(VMD)算法中参数组合分解个数K和二次惩罚因子α进行全局搜优,根据寻优结果确定最佳组合(K,α),并利用参数优化后的变分模态分解算法对瞬变电磁信号进行自适应分解,得到一系列具有带限特性的本征模态函数(IMF)分量;最后,结合相关系数和IMF时域变化曲线共同判定噪声分量,选取有效分量重构得到降噪后的瞬变电磁信号。根据瞬变电磁信号特征构建仿真信号,并采用WOA-VMD进行降噪处理,与集成经验模态分解(EEMD)降噪结果进行对比。研究结果表明:在不同信噪比下,WOA-VMD算法能显著改善瞬变电磁中晚期信号质量,且能获得更高质量的瞬变电磁响应电动势数据。运用WOA-VMD算法对采空区进行现场试验,发现本文提出的降噪方法能有效去除信号中的工频干扰和随机噪声,有利于后期反演电阻率的生成从而确定采空区位置,提高了瞬变电磁法对矿山采空区的解释精度。 展开更多
关键词 采空区 瞬变电磁 变分模态分解 鲸鱼优化算法 信号降噪 参数优化
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机械破碎后煤矸石在Ca(OH)_2溶液中的活性特征 被引量:5
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作者 戚庭野 郭育霞 +4 位作者 李振 冯国瑞 李典 贾学强 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1339-1346,共8页
为研究在48 h内机械破碎后的矸石粉末在不同浓度的氢氧化钙溶液中火山灰反应特性和活性离子溶出特性,采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别对矸石粉末浸入1 mol/L和0.1 mol/L Ca(OH)2溶液中不同时间段的滤渣... 为研究在48 h内机械破碎后的矸石粉末在不同浓度的氢氧化钙溶液中火山灰反应特性和活性离子溶出特性,采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别对矸石粉末浸入1 mol/L和0.1 mol/L Ca(OH)2溶液中不同时间段的滤渣矿物成分、微观形态和红外光谱进行分析和观测,同时运用电感耦合等离子体发射光谱仪和电导率仪分别对滤液的活性离子浓度和电导率进行测定。结果表明:机械破碎后的矸石具有火山灰活性,在两种浓度矸石-Ca(OH)2溶液中,活性离子Al3+,Fe3+,Si4+浓度均在6 h和24 h达到峰值;活性离子来源于矸石中高岭石Al—O和Si—O键能的变化,溶解时间越长,键能变化越明显;矸石在两种浓度的Ca(OH)2溶液中表面形态,都经历了片状矿物的裸露→薄片状Ca(OH)2晶体的附着→小颗粒活性物质的析出→花瓣状产物的生成向针柱状产物转变的过程;随溶解时间的增加,1 mol/L和0.1 mol/L矸石-Ca(OH)2溶液的电导率均呈下降趋势,且前者的火山灰反应程度明显高于后者。 展开更多
关键词 机械破碎 煤矸石 Ca(OH)2溶液 活性特征
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瞬变电磁法在溶洞探测中的应用研究 被引量:4
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作者 戚庭野 刘鸿福 《西部探矿工程》 CAS 2012年第5期124-126,共3页
地下溶洞的存在对于建筑物的地基、高速公路路基有安全隐患。以阳左高速地质探测实例,介绍了瞬变电磁的原理及工作仪器,并对数据资料处理进行了详细说明。最终得到视电阻率的结果,根据区域的地质资料,预测出溶洞位置并根据实际野外开挖... 地下溶洞的存在对于建筑物的地基、高速公路路基有安全隐患。以阳左高速地质探测实例,介绍了瞬变电磁的原理及工作仪器,并对数据资料处理进行了详细说明。最终得到视电阻率的结果,根据区域的地质资料,预测出溶洞位置并根据实际野外开挖情况对比,得出瞬变电磁法在溶洞探测中有较好的应用。 展开更多
关键词 地下溶洞 瞬变电磁 大定源回线
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粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响 被引量:59
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作者 任昂 冯国瑞 +6 位作者 郭育霞 戚庭野 郭军 章敏 康立勋 韩玉林 张丕林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2374-2380,共7页
为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%-69.8%,膏体流变性、泌水率... 为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%-69.8%,膏体流变性、泌水率、抗压强度和干缩率的变化情况。结果表明:1随粉煤灰掺量的增加,膏体流变性减弱,黏聚性增强,泌水率减小。2随粉煤灰掺量的增大,不同龄期膏体抗压强度变化不同,3 d强度变化不大,在0.5 MPa左右;7 d强度呈先增后降的趋势,在66.7%掺量时最大达到2.5 MPa;14 d强度于67.8%掺量前在4 MPa上下变化,在68.9%掺量时达到6.9 MPa;28 d强度发展缓慢,与14 d变化趋势相似。7-14 d水化作用显著,强度增长量能达到28 d强度的40%-60%。3膏体的干缩量随粉煤灰用量增加而减小,与龄期近似满足对数关系。且膏体干缩量曲线160 d开始趋于平稳,干缩率不超过0.2%。 展开更多
关键词 煤矿充填膏体 粉煤灰用量 流变性 抗压强度 干缩率
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基于响应面法的充填体强度增长规律分析 被引量:44
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作者 李典 冯国瑞 +4 位作者 郭育霞 戚庭野 贾学强 冯佳瑞 李振 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期392-398,共7页
为了研究充填体强度形成过程中水泥、细矸率和减水剂用量对充填体力学性能的影响,在对煤矸石、粉煤灰等充填材料物化性能分析的基础上,采用中心复合实验法研究了水泥、细矸率和减水剂用量对充填体的不同龄期强度特性影响规律,建立各个... 为了研究充填体强度形成过程中水泥、细矸率和减水剂用量对充填体力学性能的影响,在对煤矸石、粉煤灰等充填材料物化性能分析的基础上,采用中心复合实验法研究了水泥、细矸率和减水剂用量对充填体的不同龄期强度特性影响规律,建立各个养护龄期的充填体强度响应面回归模型,为现场不同龄期的充填体强度预测提供了一个科学的方法。结果表明:在整个养护龄期内,充填体强度随着水泥、减水剂的掺量增大而增大,随着细矸率的增加而降低,但降幅不大。充填体的早期强度不仅受水泥、细矸率、减水剂的单一因素影响,而且三因素间的交互作用影响显著,其中1 d强度特性回归模型为二阶响应面,3 d强度为三元二次式。充填体中后期强度受水泥、细矸率、减水剂的单一因素影响,三因素间交互作用不明显,其对强度的影响顺序为:水泥>减水剂>细矸率。 展开更多
关键词 采矿 充填材料 减水剂 响应面法 交互作用 强度
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遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论及其应用展望 被引量:45
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作者 冯国瑞 白锦文 +5 位作者 史旭东 戚庭野 王朋飞 郭军 王善勇 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期164-179,共16页
遗留煤柱群链式失稳会引发覆岩垮落、地表塌陷、动载矿压、瓦斯外逸或水体下泄等灾害。揭示遗留煤柱群链式失稳的核心机理是精准防控的基本前提。从链式失稳的源头出发,提出了遗留煤柱群的最弱失稳致灾模式,界定了关键柱的基本概念,分... 遗留煤柱群链式失稳会引发覆岩垮落、地表塌陷、动载矿压、瓦斯外逸或水体下泄等灾害。揭示遗留煤柱群链式失稳的核心机理是精准防控的基本前提。从链式失稳的源头出发,提出了遗留煤柱群的最弱失稳致灾模式,界定了关键柱的基本概念,分析了关键柱的主要特征,研发了关键柱判别的技术方法,揭示了关键柱局部失稳的诱灾机理,形成了遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。研究结果表明:①遗留煤柱内在物理力学性质和外在环境因素等的差异性,导致采场遗留煤柱群呈现出最弱失稳致灾模式——遗留煤柱群体系中任一失稳致灾模式发生时,最弱失稳致灾模式必然已经发生,即遗留煤柱群体系发生链式失稳时,稳定性最弱的遗留煤柱必然发生了失稳。②关键柱是指采空区中最先可能发生局部失稳的遗留煤柱;“关键柱”之所以“关键”,是因为唯有采空区“关键柱”发生局部失稳,邻近区域稳定性稍强的遗留煤柱的失稳破坏才可能被活化,采场遗留煤柱群的链式失稳也才可能发生。③安全系数最小的遗留煤柱可以判别为煤柱群体系中的“关键柱”,在进行关键柱判别的时候需要遵循区域性、相对性、动态性和复合性等四大原则。④关键柱局部失稳的诱灾机理体现在:关键柱载荷的逐渐减小使得最邻近遗留煤柱承担的载荷线性增大,即关键柱的局部失稳会引发覆岩载荷向最邻近的遗留煤柱中转移与扩散,导致进一步的失稳破坏,并最终可能引发遗留煤柱群体系的“多米诺”链式失稳与破坏。⑤关键柱理论不仅可以应用于柱采区邻近煤层开采、强矿压控制、煤柱留设、充填开采、瓦斯抽采和水害防治等技术领域,还能推广应用于非煤矿山资源开采矿柱群的失稳防控等领域。遗留煤柱群链式失稳关键柱理论的提出有望促进我国煤炭资源绿色开采理论与技术的发展。 展开更多
关键词 关键柱理论 链式失稳 遗留煤柱 最弱失稳致灾模式 判别方法
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中国遗煤开采现状及研究进展 被引量:59
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作者 冯国瑞 张玉江 +1 位作者 戚庭野 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期151-159,共9页
我国煤炭开采储采比低,对我国煤炭资源的可持续开发带来严重挑战,而历史原因造成浅部大量优质煤炭资源未能有效采出,形成了遗煤。通过对遗煤储量计算及遗煤开采矿井的统计,分析了我国遗煤储量、储采比、赋存类型、开采特点、遗煤开采研... 我国煤炭开采储采比低,对我国煤炭资源的可持续开发带来严重挑战,而历史原因造成浅部大量优质煤炭资源未能有效采出,形成了遗煤。通过对遗煤储量计算及遗煤开采矿井的统计,分析了我国遗煤储量、储采比、赋存类型、开采特点、遗煤开采研究现状及尚需解决的关键技术问题。研究表明:全国遗煤可采储量约400亿t,初次采出率不高于20%的遗煤可采储量达271.6亿t,占全部遗煤可采储量的67.4%,开采价值巨大;遗煤对储采比的增加率呈现东高西低的趋势,东部地区平均增加95.9%,中西部地区平均增加51%;15个省份进行遗煤开采,其可采储量347.1亿t,约占全国遗煤可采储量的86%;遗煤开采在2006年前后呈现不同趋势,2006年前,88.5%的遗煤开采矿井集中于东部产煤省,2006年后中西部产煤省开始大量进行遗煤开采;在地域上东部遗煤开采矿井占全部的65.82%,山西省占24.1%,可见遗煤开采集中在东部省份以及中部的山西省;遗煤类型可分为整层、分层、块段及复合遗煤4类,块段遗煤分布最广,东西部遗煤主导类型不同,东部以边角煤和保护煤柱为主,中西部则以小煤窑破坏区遗煤为主;遗煤开采研究在遗煤探测技术、遗煤开采理论及技术和遗煤开采灾害防治技术3个方面取得了进展。但遗煤开采是一个复杂的系统工程,在遗煤开采危险源探测、遗煤开采方法、遗煤开采矿压显现规律及岩层控制方法、老空区水、气赋存和运移规律及治理、遗煤开采灾害防治新型材料方面仍需深入研究。 展开更多
关键词 遗煤 复采 储量 储采比 分布
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关键柱柱旁充填岩层控制基础理论 被引量:23
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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,更能推广于非煤矿山资源开采技术领域。 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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废弃混凝土粗骨料对充填膏体性能的影响 被引量:32
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作者 冯国瑞 贾学强 +7 位作者 郭育霞 戚庭野 李典 李振 冯佳瑞 刘国艳 宋凯歌 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1320-1325,共6页
为解决废弃混凝土长期堆放占用土地资源,破坏周围生态环境的问题,利用废弃混凝土粗骨料替代煤矸石制备充填膏体,分别测定了其初始坍落度与扩展度、流变性能,以及静置2 h后的坍落度与扩展度、泌水率及单轴立方体抗压强度。结果表明:废弃... 为解决废弃混凝土长期堆放占用土地资源,破坏周围生态环境的问题,利用废弃混凝土粗骨料替代煤矸石制备充填膏体,分别测定了其初始坍落度与扩展度、流变性能,以及静置2 h后的坍落度与扩展度、泌水率及单轴立方体抗压强度。结果表明:废弃混凝土粗骨料对初始流动性能的影响显著,随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,初始坍落度由25 cm逐渐减小到22 cm,而对充填膏体的静置流动性能影响较小;随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,屈服应力及塑性黏度均呈上升趋势;废弃混凝土粗骨料对充填膏体的泌水有很好的抑制作用,随废弃混凝土粗骨料替代率的增加,泌水率由5.56%逐渐减小到4.61%;随着废弃混凝土粗骨料替代膏体矸石量的增加,废弃混凝土充填膏体试件的抗压强度先增大后减小,综合分析选取了废弃混凝土粗骨料替代矸石量的合理范围。 展开更多
关键词 废弃混凝土 再生粗骨料 充填材料 充填膏体
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上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响 被引量:18
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作者 白锦文 冯国瑞 +6 位作者 章敏 戚庭野 姜海纳 张玉江 郭军 郭峰 康立勋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1896-1904,共9页
针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部... 针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明:1下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。2多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现"原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡"的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。3复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。 展开更多
关键词 多重柱式开采 中部残煤 应力分布 波态平衡 时空叠加效应 复合卸压效应
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