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2022年  第7卷  第3期

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煤层不同地质结构相似材料配比实验研究
宫玉菲 , 朱国维 , 姜雨璞 , 史东京
2022, 7(3): 267-274. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.001
摘要(624) HTML (146) PDF(75)
摘要:
为研究煤岩层与隐蔽地质异常体地球物理响应特征，本文基于矿井工作面煤岩层结构设计，构建煤岩隐蔽致灾异常体实体1∶1大型物理模型进行模拟实验。采用煤粉、砂石、水泥等材料通过正交试验方法对新元矿的煤层、顶底板、陷落柱和断层等进行相似材料配比与制作工艺实验以及物性参数实验测试，并将获得的波速、电阻率、介电常数等物性参数实验数据与原煤样及现场综合探测结果对比分析，最终确定物理模型各地质构造单元的最优施工配比；煤层模拟选用煤粉、砂和水泥含量分别为55 %、10 % 和25 %；顶板选择砂胶比为3，石膏水泥比为2∶8的配比；底板选择砂胶比为2.5，石膏水泥比为3∶7的配比；陷落柱选用砂57.5 %、煤10 %、石膏4.5 %、水泥18 % 的实验配比。研究结果为实验室矿井探测装备技术实验平台建设提供数据支撑。
雨汪井田超压含煤地层孔隙特征及孔隙体积模量演变规律
车玉燕 , 邹冠贵 , 殷裁云 , 曾葫 , 佘佳生
2022, 7(3): 275-285. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.002
摘要(607) HTML (171) PDF(30)
摘要:
煤及煤层气开发中的异常高压现象会对资源开发带来危险，从而威胁到人员和财产的安全。本文选取云南雨汪煤矿的6个煤样，联合CT扫描技术和低温液氮吸附实验方法，分析测试得到超压煤样孔隙半径、孔喉半径、孔容-孔径微分分布的孔隙特征参数；基于Gassmann模型的机理，推导了不同围压条件下的干燥及饱和超压煤样孔隙体积模量。结果表明：雨汪煤矿超压地层煤样孔隙率偏大，可达到10 %，孔隙形状主要为球形和柱体，孔隙大小以介孔为主。干燥煤样的纵横波速度随围压的施加呈非线性增加。饱和煤样孔隙体积模量随围压的增加而变大，围压相同时，孔隙体积模量在水饱和度大于90 % 时迅速增加。
蠕变加载条件下大理岩弹性储能的演化特征
李东阳 , 陆镜夷 , 刘波 , 王士杰 , 李赛格
2022, 7(3): 286-295. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.003
摘要(399) HTML (294) PDF(22)
摘要:
为研究蠕变过程中大理岩对能量的吸收转化特征和应变能的释放与耗散机理，测试分析了大理岩在单轴循环加载和多级蠕变循环加载条件下的应力-应变关系，计算得到各自的弹性能密度曲线，采用幂函数拟合了大理岩弹性能密度与应力之间的关系。对比两种加载方式的测试数据，结果表明：单轴循环加载和多级蠕变循环加载试验的弹性能密度曲线基本重合，即加载模式不影响大理岩的弹性能密度变化特征；两种加载模式下大理岩材料都经历压密、稳定和劣化三个阶段。经历蠕变循环加载之后的大理岩试样，弹性储能能力会降低，约为单轴循环加载的43 %；强度也有明显下降，约为单轴循环加载的62 %。如果考虑长期承载问题，大理岩的最大应力值应控制在材料的压密阶段结束点对应的应力以下较为有利。
张开型节理角度和长度对类岩石材料动力学特性的影响
康一强 , 张祥 , 贾文豪 , 赵志伟 , 李进 , 方士正
2022, 7(3): 296-303. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.004
摘要(450) HTML (91) PDF(46)
摘要:
为探究冲击荷载作用下张开型节理对类岩石材料动态力学特性的影响，基于分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB)，研究完整试件和含不同角度和长度节理的水泥砂浆试件在动荷载下的应力波传播特征、峰值承载力、破坏形态，分析讨论了基于能量理论的损伤规律。结果表明：试件会形成一组沿轴向与节理面贯通的张拉裂纹面和一组几乎平行于试件端面的裂纹面；节理长度由5 mm增大到30 mm时，应力波的反射作用越明显，试件的峰值承载力越小，破坏产生的裂纹面越小，因而损伤也越小。当节理角度从0°增至90°时，应力波的反射作用越小，损伤越小；峰值承载力随节理角度增大先减小后增大，当节理角度为60°时，峰值承载力最小，当节理角度为90°时，峰值承载力最大。
煤矿高浓度胶结充填体能量演化特征试验研究
杨宝贵 , 杨海刚
2022, 7(3): 304-312. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.005
摘要(434) HTML (104) PDF(29)
摘要:
为了研究煤矿高浓度胶结充填体的能量演化特征，借助RTR-2000高压岩石三轴动态测试系统开展了高浓度胶结充填体不同围压下的常规三轴压缩试验，分析了试件变形破坏过程中的应变能演化规律及围压效应。研究结果表明：(1)对于围压不为0的试件，峰值强度对应的耗散应变能占吸收应变能的比例超过70 %，试件在达到峰值强度前已经发生剧烈的塑性变形和破坏；(2)试件变形破坏过程中，吸收应变能快速增加，弹性应变能先积累后释放，峰值强度时达到储能极限，耗散应变能自屈服变形阶段开始快速增长；(3)相同轴向应变条件下，围压越大，试件的吸收应变能、弹性应变能越大，高围压试件的耗散应变能随轴向应变的增加将超过低围压试件的耗散应变能，围压可以大幅改善试件的应力水平，限制试件的径向变形，提高试件的储能能力，抑制试件的变形破坏。
高硫化氢巷道煤层注碱防治参数优选及现场应用
艾纯明 , 周沁园 , 夏季 , 王大鹏 , 穆效治 , 李琨
2022, 7(3): 313-321. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.006
摘要(429) HTML (108) PDF(15)
摘要:
煤矿井下硫化氢超限不但伤害作业人员，也会损坏井下设备。山西某煤矿巷道内水中硫化氢浓度为228.19 mg/m3，空气中硫化氢浓度为45.64 mg/m3，属于高硫化氢煤矿，拟采用煤层钻孔注碱的方法治理硫化氢。为确定最佳注碱参数，本文采用COMSOL Multiphysics软件对煤层注碱治理硫化氢的过程及效果开展单孔和双孔注碱数值模拟。结果表明：距离钻孔中心越远，煤层所受到的注碱压力越小；注碱时间越长，碱液的扩散范围越大，碱液的扩散速度随扩散范围的变大而逐渐减小；双孔注碱距离过近时，串流现象导致相同时间下碱液扩散范围变小；得出模拟最优方案为：孔距10 m、压力8 MPa、注碱时间48 h。在13103工作面注碱后，进行了为期28 d的现场数据监测，测得回风流硫化氢浓度最高为9.13 mg/m3，回采中未超限，表明最佳注碱参数可指导煤层注碱工作。
切顶参数对沿空留巷围岩稳定性的影响研究
盛奉天 , 张勇 , 魏文胜 , 段玉清 , 毛凯斌
2022, 7(3): 322-332. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.007
摘要(489) HTML (125) PDF(47)
摘要:
切顶参数作为切顶卸压沿空留巷技术的核心问题之一，对留巷围岩稳定性影响较大。本文以曙光矿1226工作面为工程背景，通过理论分析初步得到了切顶高度和切顶角度的参考值分别为7.1~9.5 m和11.4°；通过数值模拟从切顶效果和围岩变形两种角度对切顶高度分别为4 m、7 m、10 m、13 m及切顶角度分别为0°、10°、15°、20°、30°时顶板垮落形态、顶板下沉量和实体煤帮应力分布进行了分析，结果表明最优切顶参数为切顶高度10 m、切顶角度15°；通过现场爆破试验，确定了最佳炮孔间距、爆破方式及装药量；留巷后对工作面后方巷道围岩变形进行了监测，巷道围岩变形量小，留巷效果良好。
西部矿区厚基岩特大采高工作面导水裂隙带发育特征
张村 , 任赵鹏 , 韩鹏华 , 何祥 , 陈见行 , 郭亮
2022, 7(3): 333-343. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.008
摘要(573) HTML (189) PDF(37)
摘要:
为了获得西部矿区部分厚基岩、中等埋深赋存条件下特大采高工作面裂隙发育特征，以上湾矿12401工作面为例，采用经验公式、数值模拟与现场实测相结合的方法进行了对比研究。结果表明：现阶段针对我国东西部矿区典型地质条件获得的经验公式很难适用于本文特大采高、厚基岩、中等埋深地质条件下的工作面。基于西部矿区地质条件的经验公式预测结果明显偏大，而基于东部矿区地质条件的经验公式预测结果则明显偏小。基于损伤本构模型的数值模拟结果与实测结果误差小于5 %，工作面推进过程中导水裂隙带的发育特征为：由于覆岩软硬岩层的存在，导水裂隙带向上呈台阶形发育；裂隙带形态随着采动程度的变化从“拱形”(三维“壳形”)转变为“马鞍形”(三维“盆状形”)的发育过程。
基于文本分类技术的煤矿违章行为统计方法研究
栗婧 , 张志珍 , 杜璇 , 王真 , 刘紫薇 , 辛艳丽
2022, 7(3): 344-353. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.009
摘要(585) HTML (148) PDF(26)
摘要:
煤矿作为高危行业，企业违章行为记录繁杂。为高效、准确、智能地检索和管理企业违章记录信息，减少违章行为发生，本文以某矿近3年的13 935条违章行为数据库为样本，将违章行为分为3大类23小类，基于计算机文本分类技术，通过Jieba分词器文本预处理、向量空间模型构建、TF-IDF模型特征值选取、相似度计算等流程搭建了违章文本数据分类器，在Python环境下构建了可视化展示平台并进行分类统计。结果表明：违章操作在总违章行为中占比最高，达到64 %，其次为违章行动和违章指挥。同时对各违章子类进行了高、中、低频类别划分，为预防事故发生提供重要数据支撑。
基于SVD-Unscented卡尔曼滤波的掘进机行进调度纠偏研究
吉晓冬 , 瞿圆媛 , 符世琛 , 张敏骏 , 吴淼
2022, 7(3): 354-363. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.010
摘要(358) HTML (121) PDF(23)
摘要:
针对井下悬臂式掘进机自主行进纠偏的实际需求，基于机身调度相对于规划路径的位姿偏差模型，设计并简化了机身调度位姿跟踪控制律，通过构建Lyapunov函数证明该控制律作用下位姿偏差的收敛性。以履带打滑率表征机身行进调度的主要执行误差，以位姿检测误差表征系统的主要观测误差，通过试验及验算获得误差的统计规律，并利用SVD-Unscented卡尔曼滤波估计修正控制指令，从而降低行进调度过程中误差带来的影响。仿真结果表明，提出的轨迹跟踪控制策略能高效实现机身在有限的调整周期内向目标轨迹调度，履带驱动轮参考转速数值连续变化稳定，位姿偏差收敛性良好，达到了纠偏的目的; 基于SVD-Unscented卡尔曼滤波修正控制指令有效削弱了机身调度中来自过程误差和观测误差的影响。调度过程简单高效，跟踪效果重复性好，能为井下有限空间内的掘进机自动纠偏提供参考。
刮板输送机中板用新型耐磨钢Ti60与ANM450的腐蚀行为
滕子 , 朱瑾 , 陈华辉 , 马峰
2022, 7(3): 364-370. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.011
摘要(370) HTML (89) PDF(14)
摘要:
以刮板输送机中板用新型耐磨钢Ti60与ANM450为研究对象，分析了微观组织和相结构，采用全浸失重法、电化学测试法及XRD分析研究了2种耐磨钢在去离子水、腐蚀离子溶液、成垢离子溶液、模拟矿井水溶液4种水质中的腐蚀行为。结果表明，腐蚀程度排序均为腐蚀离子溶液＞模拟矿井水＞成垢离子溶液＞去离子水; 耐腐蚀性能Ti60＞Hardox450＞ANM450;腐蚀产物主要成分为Fe2O3、α -FeO(OH)和Fe (OH)3，说明腐蚀反应主要是铁在溶液中的溶解。
官能团对起泡性能和泡沫稳定性影响的研究
黄波 , 周毛毛 , 王子源 , 秦利辉 , 王越 , 辛雅裕
2022, 7(3): 371-380. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.012
摘要(330) HTML (147) PDF(33)
摘要:
浮选是分离微细物料的重要方法，起泡剂类型和泡沫稳定性显著影响浮选效果。本文选取醇类(MIBC)、酯类(DEP)和醚醇类(DGBE)三种起泡剂，通过实验研究官能团对起泡性能和泡沫稳定性的影响。实验用Foamscan测定起泡剂溶液的起泡性能和泡沫稳定性，用Tracker流变仪测定表面张力和气液界面黏弹模量。研究结果表明：起泡速率随表面张力的减小呈线性增大，当气液界面吸附起泡剂达到饱和时起泡速率最大，其中MIBC的起泡速率最高，DGBE最小; 起泡剂浓度为临界质量分数时，起泡能力最大，MIBC、DEP和DGBE的临界质量分数分别为1.1 %、0.4 % 和0.8 %; 气泡的大小随溶液表面张力减小而减小，气泡平均尺寸由大至小顺序为：DGBE>DEP>MIBC; 在泡沫稳定性方面，醚醇类起泡剂最强，醇类起泡剂最差，同时MIBC、DEP和DGBE质量分数分别为0.4 %、0.5 % 和0.8 % 时，起泡剂生成的泡沫最稳定。
基于AHP-Fuzzy的管廊项目全寿命周期风险评价研究
张新文
2022, 7(3): 381-388. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2022.03.013
摘要(296) HTML (135) PDF(25)
摘要:
地下综合管廊建设投资大、涉及面广、运营周期长，为全面客观评价管廊面临的风险，本文以北京某管廊为对象，基于全生命周期理论，将管廊全寿命周期的6个阶段进行风险因素识别，建立了二级6个、三级43个的风险指标体系; 构建基于AHP和Fuzzy的管廊风险综合评判模型，并结合加权分布法验证了模型运算结果。研究结果显示，所研究管廊全寿命周期整体风险属于中等风险，其中报废阶段风险最高，其余依次为施工与竣工阶段、运营阶段、设计阶段、招投标阶段和决策阶段，并提出针对性的管理措施。

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