煤矿地下水库平板型人工坝体抗震性能分析 被引量：2

1

作者 池明波 李鹏 +4 位作者 曹志国 武洋 张勇 李海祥 吴宝杨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1179-1191,共13页

煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于... 煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于大柳塔2-2煤层煤矿地下水库基本情况,利用相似模拟实验、数值分析等研究方法,分析了不同地震(1~15 m/s^(2))作用下煤矿地下水库平板型人工坝体稳定性特征。相似模拟结果表明:煤矿地下水库平板型人工坝体可以抵抗10烈度以上(12 m/s^(2))地震作用,在由小到大地震循环加载作用下产生的最大位移为0.19 mm;人工坝体产生应力集中的位置主要在坝体底部,应力变化规律为底部>腹部>顶部,同一地震波作用下坝体反面应力峰值约大于正面10%,整个震动过程中人工坝体未出现裂隙发育情况,说明人工坝体始终保持弹性工作状态;顶部压力逐渐增加和循环地震作用过程中,人工坝体内应力急剧增加,坝体水平方向位移与非加压阶段相当,未表现出明显增加现象,但煤柱坝体在此过程中逐渐产生裂隙,最终裂隙贯通造成煤柱坝体垮落破坏。基于力学模型分析及模拟结果表明:大柳塔2-2煤矿地下水库坝体(煤柱+人工)在地震作用下未出现较大塑性变形,位移变化以垂直巷道方向最大,但变化范围均为毫米级,水库坝体在地震作用下保持较好的稳定性;由于人工坝体和煤柱坝体基础性质(强度、密度)不同,震动引起的加速度不同,造成人工坝体作用过程中加速度大于煤柱坝体(差值为1.14倍),导致坝体连接处剪切应力集中,是煤矿地下水库易发生破坏的关键位置。 展开更多

关键词 煤矿地下水库 平板型人工坝体 震动作用 抗震性能

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从构造形成分析冲击地压发生机理 被引量：6

2

作者 池明波 赵阳升 王少卿 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2015年第2期96-98,共3页

冲击地压的发生机理目前还不是很清楚,但大部分冲击地压发生在地质构造带,尤其是褶皱和断层附近。总结国内外研究成果,分析构造型冲击地压特点,结合忻州窑矿冲击地压实例,从构造形成时的力学因素分析构造应力对冲击地压的影响。

关键词 冲击地压 断层 褶皱 诱发因素 成因

原文传递

采动渗流场分析方法

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作者 张建民 李全生 +7 位作者 曹志国 温建忠 池明波 杜文凤 马正龙 杨英明 郭俊廷 赵会国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3628-3645,共18页

煤炭高强度开采中含水层保护是绿色安全开采的难点,采动局域渗流响应规律则是含水层保护方法与技术的认知基础。研究采用多场源耦合分析思路和有限的矿区水文观测数据,通过剖析开采行为与渗流场响应耦合关系,构建采动局域地下水系统和... 煤炭高强度开采中含水层保护是绿色安全开采的难点,采动局域渗流响应规律则是含水层保护方法与技术的认知基础。研究采用多场源耦合分析思路和有限的矿区水文观测数据,通过剖析开采行为与渗流场响应耦合关系,构建采动局域地下水系统和分析采动渗流场时-空演化规律及采动-渗流耦合累积效应,结合典型案例分析,形成适于矿区地下水保护的采动渗流场分析方法。结果表明:(1)分析提出基于“开采激励-覆岩应变-渗流场响应”耦合和开采动能量与渗流场势能量传递关系的采-渗耦合机制,构建了描述采动局域渗流场状态的采动渗流系统(MSS)和采动渗流场的导通区、扰动区和辐射区划分架构;(2)构建集导通区“柱状渗流模型”和扰动-辐射区“井-渗”态模型为一体的采动渗流场分析简化模型,提出采-渗耦合系数、采动渗流量、视导水系数、源-位距等采动渗流场描述参数,含水层损伤、安全开采风险等含水层保护分析参数;(3)揭示采-渗耦合系数是影响局域采动渗流响应特征的关键因子,发现硬岩类较软岩类覆岩耦合强度和影响范围大,低导水性较高导水性含水层的采动渗流场响应区域窄、频度高和累积影响距离近,采动渗流量和介质导水性等响应显现周期性、振幅波动性和涌流脉动性等特点;(4)提出基于采-渗累积效应的导通区辨识分析流程,针对采区非均匀介质的采动区域渗流异常均衡分析法和采动工作面导通区辨识的约束均衡分析法,基于非均匀含水层开采损伤控制的开采风险、覆岩厚度和采高分析方法;(5)应用表明:采动渗流直接影响Ⅲ含和波及Ⅱ含,采动期(2012—2019)累积影响半径分别超过2 km和6 km;Ⅲ含采动渗流量显著低于Ⅱ含,但采-渗协同响应显著,总量接近同期全区工作面矿井水实测量。其中,主要导通区在首采工作面初采段,渗流量源于Ⅲ含直接“排泄”和Ⅱ含大量的越层“补给”,其他采区总量稳定且水平较低,主要源于Ⅲ含采动裂隙渗流及少量Ⅱ含周期性沉陷裂缝越层补给;巨厚多含水层时采用“保Ⅱ控Ⅲ”策略和“低进、高推、慢停”柔性回采模式,西区和东区安全采高分别提升到8~12 m和16 m左右后,续采区渗流异常水平显著下降和无采动涌水现象实证目标含水层保护效果显著。 展开更多

关键词 采-渗耦合机制 采动-渗流系统 渗流分区模型 采-渗耦合系数 含水层损伤 导通区辨识

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煤矿覆岩裂隙地下水渗流特征的试验研究 被引量：1

4

作者 李海祥 曹志国 +2 位作者 吴宝杨 池明波 张保 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期168-176,共9页

覆岩裂隙地下水渗流特征是采煤和采空区后期维护需考虑的重点因素,特别是煤矿地下水库修建区,覆岩裂隙场经沉积作用形成稳定形态,具有良好的储水和导水能力,也是煤矿地下水库重要的组成部分。在浅层地下水丰富区域或夏季极端降雨条件下... 覆岩裂隙地下水渗流特征是采煤和采空区后期维护需考虑的重点因素,特别是煤矿地下水库修建区,覆岩裂隙场经沉积作用形成稳定形态,具有良好的储水和导水能力,也是煤矿地下水库重要的组成部分。在浅层地下水丰富区域或夏季极端降雨条件下,地下水库形成垂向补给,分析地下水在覆岩裂隙中的渗流特征为煤矿地下水库安全运营及地下水资源保护提供科学依据。此次研究通过固−液耦合相似模型试验获得开采区覆岩裂隙发育稳定规律及导通含水层后地下水渗流特征,分析得出延伸远空间大的离层裂隙和微裂隙多以储水为主,贯穿多个岩层的垂向裂隙具有很强的导水能力,离层裂隙间的水力联系主要靠两侧区域的垂向裂隙形成。垂向补给条件下,地下水先以非饱和方式沿垂向裂隙进行入渗,由上及下覆岩裂隙逐渐区域饱和,最终形成稳定的饱和入渗形式。在此基础上建立饱和渗流状态的地下水渗流数学模型,并依靠数值法求解,与相似模拟试验相互验证得出垂向裂隙是主要的导水通道,其导水量占比最大可达到97%,与此同时垂向裂隙中地下水的运移速度也远超出离层裂隙中的多个数量级。最后通过敏感性分析得出垂向裂隙渗流量与裂隙发育程度和总涌水量成正相关,与岩石渗透性成负相关。覆岩裂隙中地下水的运移时间与裂隙发育程度、岩石渗透性和总涌水量均呈负相关。 展开更多

关键词 地下水库 覆岩裂隙 地下水渗流 运移时间 优势通道

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台格庙矿区地下水水化学特征与演变规律研究 被引量：1

5

作者 李海祥 曹志国 +4 位作者 王路军 池明波 胡博文 张锁 周爱霞 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期284-291,共8页

台格庙矿区煤炭资源丰富,但水资源匮乏、生态环境脆弱,利用水文地球化学方法,开展矿区全流域地下水化学特征与演变规律研究,能为矿区绿色开采提供科学支撑。利用Piper三线图分析白垩系地下水、侏罗系地下水、河水和湖水类型,其水化学特... 台格庙矿区煤炭资源丰富,但水资源匮乏、生态环境脆弱,利用水文地球化学方法,开展矿区全流域地下水化学特征与演变规律研究,能为矿区绿色开采提供科学支撑。利用Piper三线图分析白垩系地下水、侏罗系地下水、河水和湖水类型,其水化学特征满足湖水由河水和不断演变的地下水混合后形成的条件;通过Gibbs图分析得出,白垩系和侏罗系地下水在循环演变过程中受岩石和蒸发作用控制;离子比值端元法进一步表明,白垩系和侏罗系地下水受硅酸岩盐和岩盐控制为主,同时伴随离子交换;最后通过质量平衡模拟得出,白垩系地下水循环演变过程中溶解白云岩、石膏、岩盐矿物质,吸收CO_(2),析出方解石,伴随离子交换,可与不同比例河水混合形成湖水,但侏罗系地下水只能混合少量河水或不混合河水。河水占红碱淖湖水补给量83%,侏罗系地下水不能为其主要补给来源,红碱淖湖水主要来源白垩系地下水和河水。结合矿区水文地质条件,将矿区地下水流系统分为南侧白垩系地下水流系统、北侧的白垩系地下水流系统和深部的侏罗系地下水流系统,煤炭开采直接影响侏罗系地下水流系统,在保障两个白垩系地下水流系统不被破坏的前提下,当采煤排水只袭夺侏罗系边界流出水量或少量侏罗系补给红碱淖水量时,采煤对红碱淖及周边河流的影响降至最小。 展开更多

关键词 台格庙矿区 水化学类型 水岩作用 质量平衡 地下水循环

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强采动地表双向主断面动态运移及特征边界反演

6

作者 刘小庆 黄强 +2 位作者 池明波 魏世荣 张帅 《中国矿业》 2023年第11期187-196,共10页

煤炭井下开采引发的地表沉陷导致地表建筑物产生不同程度的损害,准确刻画地表移动变形特征是井下保护煤柱留设以及采动损害评价的重要依据。基于采动地表沉陷的现场实测数据及理论分析,研究了大柳塔矿井大采高条件下采动地表双向主断面... 煤炭井下开采引发的地表沉陷导致地表建筑物产生不同程度的损害,准确刻画地表移动变形特征是井下保护煤柱留设以及采动损害评价的重要依据。基于采动地表沉陷的现场实测数据及理论分析,研究了大柳塔矿井大采高条件下采动地表双向主断面运移规律,对地表沉陷特征边界进行了反演。研究结果表明:倾向主断面方向的最大下沉值为-3589 mm,倾斜正值的最大值为50.4 mm/m,曲率正值的最大值为1.18 m^(-1),位于574.976 m处,曲率负值的最小值为-1.4 m^(-1),位于524.936 m处。随着工作面逐渐向前推进,走向主断面采动地表下沉曲线呈现出典型的动态演化特征,地表下沉曲线由V型转变为U型,最大下沉值为-3959 mm,倾斜正值的最大值为55.7 mm/m,位于700.013 m处,曲率正值最大值为1.59 m^(-1),位于700.013 m处。地表下沉系数为0.61,水平移动系数为0.32,主要影响半径为71.1 m,主要影响角正切为2.88,超前影响角为53°,最大下沉速度滞后角为70°。通过实测及反演地表移动与变形的真实情况,为大柳塔矿井地表沉陷规律的研究和岩移参数的求取奠定基础,也为类似地质条件下采动地表监测与特征边界反演提供了重要基础数据。 展开更多

关键词 强采动 双向主断面 动态下沉 特征边界反演 开采沉陷

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煤水共采相似模拟试验材料力学特性分析 被引量：2

7

作者 吴宝杨 李鹏 +2 位作者 王雁冰 张冰 池明波 《中国煤炭》 2022年第10期64-73,共10页

为满足煤水共采相似模拟试验材料对物理、力学、水理等性质的特殊要求,以石英砂、重晶石粉和滑石粉为骨料,以C325白水泥为粘结剂,以硅油为调节剂,使用电动平板夯振动压实成型,研发了一种低强度、吸水率可调、遇水不崩解且容易制作的新... 为满足煤水共采相似模拟试验材料对物理、力学、水理等性质的特殊要求,以石英砂、重晶石粉和滑石粉为骨料,以C325白水泥为粘结剂,以硅油为调节剂,使用电动平板夯振动压实成型,研发了一种低强度、吸水率可调、遇水不崩解且容易制作的新型煤岩体流固耦合相似材料。通过正交试验、极差分析法和方差分析法获取了材料的各类参数及影响规律,试验结果表明,材料密度可控范围为1.87~2.21 g/cm^(3),单轴抗压强度可控范围为0.75~5.24 MPa,弹性模量可控范围为117.76~505.05 MPa,吸水率可控制在1.85%~23.55%,各参数可通过石英砂含量、重晶石粉含量、水泥含量和硅油含量进行精确调节。采用该材料开展了多煤层开采煤矿地下水库模拟试验,试验中煤柱坝体裂隙发育与现场情况一致,离层裂隙和采空区具有较强的储水效果,而区域垂向裂隙导水效果更明显,验证了该材料的可行性与适用性。 展开更多

关键词 相似材料 流固耦合 保水开采 正交设计 地下水库

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斜井井筒涌水特征及注浆治理方法研究 被引量：8

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作者 魏世荣 金祥波 +1 位作者 池明波 刘小庆 《煤炭工程》 北大核心 2022年第3期62-67,共6页

为解决骆驼山煤矿斜井井筒形成后井壁涌水治理难题,提出了一种截断井筒涌水补给水源、充填井筒壁后松动圈、提高井筒围岩稳定性的旋喷注浆支护方法。采用旋喷注浆法截断主斜井井筒涌水补给水源,采用壁后注浆技术充填井筒长期涌水携砂所... 为解决骆驼山煤矿斜井井筒形成后井壁涌水治理难题,提出了一种截断井筒涌水补给水源、充填井筒壁后松动圈、提高井筒围岩稳定性的旋喷注浆支护方法。采用旋喷注浆法截断主斜井井筒涌水补给水源,采用壁后注浆技术充填井筒长期涌水携砂所形成的空隙和空洞,加固井筒并进一步封堵井筒涌水;通过水位观测、流场变化分析、钻孔验证和涌水量变化分析等方法对注浆治理效果进行验证。结果表明,旋喷注浆和壁后注浆既可封堵井筒涌水,又能充填加固井筒壁后空隙和空洞,消除井筒后期生产运行期间的安全隐患,对斜井井筒涌水治理具有很好的参考价值。 展开更多

关键词 斜井井筒 井筒涌水 高压旋喷注浆 壁后注浆

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煤矿地下水库建设适应性条件及其设计体系 被引量：5

9

作者 张保 曹志国 +3 位作者 池明波 吴宝杨 张西斌 张勇 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2022年第2期93-98,共6页

为了使煤炭开采中水资源得到保护与利用,神东矿区历经20年的技术探索和工程实践,顾大钊院士提出了以"导储用"为核心的煤矿地下水库理论框架和技术体系;基于此论述了建设煤矿地下水库的适应性条件,构建了以水库选址、库容设计... 为了使煤炭开采中水资源得到保护与利用,神东矿区历经20年的技术探索和工程实践,顾大钊院士提出了以"导储用"为核心的煤矿地下水库理论框架和技术体系;基于此论述了建设煤矿地下水库的适应性条件,构建了以水库选址、库容设计、子水库时序、煤柱坝体设计、人工坝体及连接处设计、管网及巷道布置、调水系统、安全监控系统为核心的设计体系。 展开更多

关键词 矿井水保护 煤矿地下水库 适应性条件 设计体系 设计融合

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浅埋深超大采高综采工作面过地表沟流防治水技术 被引量：3

10

作者 王春雷 池明波 +2 位作者 崔东亮 李宇 曹志国 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期142-149,共8页

地表沟流对浅埋超大采高综采工作面的回采影响主要有2个方面,一是地表水通过导水裂缝渗入采空区,威胁生产安全;二是地表沟流成因使得流经区域基岩较薄,井下回采矿压显现不明显,坚硬煤体对生产造成不利影响。以上2类问题看似互不相干,却... 地表沟流对浅埋超大采高综采工作面的回采影响主要有2个方面,一是地表水通过导水裂缝渗入采空区,威胁生产安全;二是地表沟流成因使得流经区域基岩较薄,井下回采矿压显现不明显,坚硬煤体对生产造成不利影响。以上2类问题看似互不相干,却通常同时存在,成为矿井安全高效回采的难题。以神东矿区上湾煤矿12402工作面为例开展研究,研究了该环境下地表塌陷等情况,在此基础上提出了浅埋藏、超大工作面工作过地表沟流防治水措施,包括疏放地表积水、回填塌陷河床、加高堤坝等综合治理措施,用以保证河道畅通,提高河床防渗性,从而达到防治水的目的。此外,通过井下探放含水层等关键技术,解除了含水层涌水威胁;通过增大工作面及巷道的排水能力,有效解决了工作面涌水问题;未通过调整底板坡度,就达到了减少采空区积水的目的,使采空区内积水排向防水点,避免了采空区积水进入工作面,通过以上井下综合防治水措施可从时间和空间上分解防治水压力,达了较好的防治水效果。为了保证沟流下放工作面安全生产,结合基岩薄、埋藏浅矿压显现特征,采用数值模拟、现场试验等方法,提出了水力压裂弱化煤体强度来解决坚硬煤体强度的方法,通过数值模拟确定了压裂参数,优化了压裂设计方案,并在实际生产中不断完善,降低了煤体能耗,达到了保护设备和除尘降尘的效果。 展开更多

关键词 浅埋煤层 超大采高 地表沟流 水力压裂 矿井突水 防治水

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阻垢剂对常温结晶纳滤分盐系统的影响 被引量：3

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作者 段亚威 韩聪 +4 位作者 钟振成 佟振伟 程子洪 池明波 刘聪云 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期948-952,共5页

通过长期连续实验研究阻垢剂对常温结晶过程中的晶种粒径、形貌和结晶效率的影响,并考察纳滤系统运行的稳定性。结果表明,随着结晶时间的增加,阻垢剂使结晶后产水的硫酸钙过饱和度由120%升高至147%。结晶效率先升高再降低并保持稳定;另... 通过长期连续实验研究阻垢剂对常温结晶过程中的晶种粒径、形貌和结晶效率的影响,并考察纳滤系统运行的稳定性。结果表明,随着结晶时间的增加,阻垢剂使结晶后产水的硫酸钙过饱和度由120%升高至147%。结晶效率先升高再降低并保持稳定;另外,阻垢剂使晶种生长速度减慢且晶种形状不规则,结构疏松,晶种尺寸范围变窄,但对结晶盐纯度影响较小,结晶盐纯度都为99%以上;受常温结晶产水水质影响,纳滤膜的运行压力略有升高后保持稳定,说明由于阻垢剂的保护,纳滤膜表面没有无机盐结垢,系统稳定性强,研究对常温结晶纳滤分盐系统工程放大和应用具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 常温结晶 纳滤 阻垢剂 硫酸钙晶种 结晶

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基于分布式光纤监测的煤矿地下水库层间覆岩裂隙发育规律研究

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作者 李雪佳 池明波 +1 位作者 吴宝杨 鞠志勇 《中国煤炭》 2022年第9期49-56,共8页

多煤层开采岩层间裂隙发育是影响安全生产的重要因素,以神东矿区上湾煤矿工作面开采岩层间裂隙发育为背景,采用物理相似模拟研究上下煤层间覆岩裂隙发育规律,基于分布式光纤监测技术和图像处理技术,分析采动过程中裂隙发育位置及开度大... 多煤层开采岩层间裂隙发育是影响安全生产的重要因素,以神东矿区上湾煤矿工作面开采岩层间裂隙发育为背景,采用物理相似模拟研究上下煤层间覆岩裂隙发育规律,基于分布式光纤监测技术和图像处理技术,分析采动过程中裂隙发育位置及开度大小。研究结果表明,上湾煤矿2和3煤层采动影响下裂隙发育随着工作面推进出现张开和闭合显现,表现为光栅监测结果应变正负交替出现;水平加载过程中光栅应变表明,煤矿地下水库煤柱坝体在水平应力作用下达到一定极限后会发生破坏;在垂向加载过程中岩层间裂隙发育规律可由光栅内应变变化特征进行表征,下煤层开采过程中,岩层裂隙主要为裂隙张开与闭合交替出现;监测结果与相似模拟实际情况相吻合,证明分布式光纤可准确监测岩层间裂隙发育,为相似模拟监测提供了新的方法。 展开更多

关键词 多煤层开采 层间岩层 裂隙发育 岩层应变监测 分布式光纤

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