采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。

关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

回采巷道稳定性风险评判模型设计与系统应用

针对煤矿回采巷道潜在风险难以被量化预判的问题,筛选提取影响巷道稳定性的风险因子,通过融合算子将衍生模糊层次分析(FAHP)风险评判模型与灰色关联分析(GRA)风险评判模型融合,构建回采巷道稳定性评判FAHP-GRA双算法结构模型,并将评判结果与现场工程对比分析并加以修正,根据评判结果找出影响回采巷道稳定性的主要风险因子,提出具有针对性的风险管控措施。开发了“FAHP-GRA融合算法的回采巷道稳定性评判系统”,对鲁西煤矿3-2A07工作面、3-1116工作面回采巷道进行评判,评判结果与现场巷道监测情况具有较高的一致性,实现了回采巷道稳定性“有效评判,快速诊断,精准预防”的目的。

废弃矿井抽水蓄能面临的关键问题与对策思考

为向低碳清洁能源转型,我国风、光等新能源高速发展,新型电力系统对调节电源的需求更加迫切,抽水蓄能逐渐成为储能技术开发与利用的热点。本文在系统梳理抽水蓄能电站技术研究现状的基础上,从电站选址、库容计算、地下空间改造及安全运维四个视角分析了废弃矿井抽水蓄能电站建设面临的主要难题;从工程角度提出亟待研究解决的四项关键技术:地上水库安全性评价方法与治理技术、地下水库库容计算模型及调蓄技术、地下水库损伤变形机理及加固技术、二次开挖地下结构变形失稳机制及治理技术。利用废弃矿井遗留的大量地下空间资源建设抽水蓄能电站,有助于构建清洁低碳能源体系,增强能源供给稳定性。

无煤柱矸石充填绿色安全高效开采模式及其工程理论基础研究

在总结过去我国煤矿现场相关生产实践经验的基础上,系统论述了以井下矸石为主体的新型高强度材料巷旁充填护巷和充填采空区控制地表沉陷的开采模式的意义、内涵、工程方案设计及实践的技术体系,以及推广应用的采矿工程理论基础和有待深化研究的问题。

“实用矿山压力控制理论”的内涵及发展综述

一直以来,矿山灾害严重威胁着中国煤矿的安全高效开采。矿山压力与岩层控制是防治煤矿重大灾害的关键,被国内外学者重点关注。20世纪80年代,紧密联系煤矿现场生产一线,宋振骐研究团队创建了"实用矿山压力控制理论",亦称"传递岩梁理论"。传递岩梁理论是中国最著名的岩层控制理论之一,对指导煤矿安全生产起到重要作用。论文阐述了传递岩梁理论的主要研究成果:严格定义了矿山压力与矿山压力显现的概念,并揭示矿山压力与矿山压力显现的关系。理论分析了矿山压力的来源、支承压力分布特征及采场结构力学模型的组成及发展规律等重要问题。指出影响矿压显现的岩层范围是有限的、可知的、可控的。上述研究成果为把传统矿山压力理论研究推进到针对具体煤层条件科学定量的发展阶段奠定了基础。

断层突水预测控制理论研究

为研究断层突水机理及其预测控制方法,以"实用矿山压力控制"理论为指导,在考虑采动引起的岩层运动及矿山压力对岩溶水压及断层煤柱的影响的基础上,理论分析了底板岩溶水剧增的原因及传统防治水方法存在的问题,以此为基础,建立了跨断层开采的预测控制力学模型,制定了相关控制准则。结果表明:岩溶水压的增大与采动所引起的上覆岩层运动有重要关系,特别是对于封闭型溶洞其水压会在支承压力作用下剧增;留设断层煤柱的传统防治水方法是不合理的,应采用把开切眼布置在经相邻工作面推进,构造应力已经释放的"内应力场"中,以最短距离推过断层的方案;"工作面长度越大,突水可能性越大"的传统观点是不准确的,工作面长度必须大于基本顶第1次断裂步距才能有效抑制底f板回弹,防治底板突水。

煤矿冲击地压事故预测控制及其动力信息系统

在深入研究我国煤矿冲击地压发生及其成功控制案例的基础上,对冲击地压事故发生的原因、灾害实现条件及其动力信息基础进行了比较系统的研究,以此为基础提出了各类冲击地压预测和控制的方法。

综采放顶煤安全开采条件的认识

以实用采场矿压理论的成果为基础，较深入地分析了综放条件下采场结构力学模型特征，讨论了放顶煤综采高效安全开采的条件问题。明确指出，采场支承压力分布出现内应力场是综放高效安全开采的客观基础；采用正确的放煤程序保证支架在高位态和高阻力状态下工作、以及采用正确的开采程序实现在稳定的内应力场掘进和维护巷道是综放工作实现高效安全的关键。

一种计算采场支承压力分布的新算法

从支承压力的形成机理入手,通过对支承压力形成的五个阶段进行分析,创新地提出综合移动角起于支承压力边缘的方案,建立了相关的结构力学模型和求解方程。通过该方案在实测中的验证表明,该方案具有较强的适应性和稳定性,解决了传统算法中同一地层下综合移动角差别较大的问题。

煤矿岩层控制的研究重点与方向

简要介绍煤矿开采中岩层控制问题的工程特点、研究重点及以岩层运动为中心的矿压理论与体系。从煤矿开采中岩层控制的现实状况和现代高新技术迅猛发展的实际出发。

跨国油气管道项目政治风险扩散效应研究

从1865年建设第一条石油管道开始,目前世界上在运油气管道数量已超过3800条,总长度达240万km,而这些管道又有相当一部分是跨国油气管道,这类管道都在不同阶段面临着不同程度的政治风险威胁,而相对于其他国际项目,由于跨国油气管道自身的政治属性,以及对国家能源安全,国际关系的影响,常常作为政治武器,开展管道外交的手段,也是政治风险的诱因,从而使得油气管道的政治风险更加突出,并往往造成了不同程度的风险后果。跨国油气管道政治风险发生后会对相关主体进行扩散,而在扩散过程会出现风险的耦合放大和信息放大效应。本文通过对跨国油气管道政治风险扩散的风险放大效应进行分析,为今后油气管道项目的政治风险管理提供有益的借鉴。

顶板控制专家系统的研制

作者介绍了用于长壁单体支柱工作面的顶板控制设计专家系统及其应用实例。

回采工作面顶板控制设计的方法与步骤

系统地介绍了工作面顶板控制设计的方法与步骤.

我国冲击地压研究现状及发展方向

我国煤炭开采向深部发展的趋势将不可避免,"冲击地压控制"的深入研究的意义重大。通过对国内外冲击地压研究的对比,在冲击地压发生的原因、实现条件及控制机理的研究方面取得一些成果和共识;在冲击地压动力源的应力基础理论上,文章重点对构造应力和重力应力进行分析;利用微震(波)信息监测、电磁(波)信息监测和岩层动态信息监测等技术手段,在"冲击地压"预测预报理论和方法手段的研究方面取得了一些成果。对于未来研究方向主要以深化理论研究、深化冲击地压事故预测预报监测方法和手段的研究、实现决策和实时监控的智能化和实现生产操作的智能化。

金属摩擦支柱实际支撑能力的确定

正确确定摩擦支柱的实际支撑能力,合理确定支护密度,是顶板管理的重要问题。摩擦支柱在采场中的实际支撑能力是受支柱工作特性、顶底板矿压显现和其他诸因素的影响。因此要确定实际支撑能力,就要先弄清支柱的工作原理、特性及有关的影响因素等。一、金属摩擦支柱的工作原理与特性 1.急增阻摩擦支柱(HZJA)

关于煤矿安全开采决策关键技术的基础研究的建议

建立完善的灾变预测预报、控制措施决策、措施实施的监控和效果判断是实现安全开采的基础。煤矿安全开采决策关键技术基础研究的基本内容包括：回采工作面顶板控制、巷道围岩运动控制、与矿山压力和岩层运动有关的重大事故控制、开采沉陷控制和与通风有关的重大事故预测和控制等方面的新理论、新技术，以及控制决策计算机工作系统关键技术的研究。

半卸载组合式支架的研究及应用

介绍这种支架的结构特点及在井下的应用情况。

“实用矿山压力控制”的理论和模型

当前发展和完善"实用矿山压力控制"理论和相关决策模型的建设,以此为基础充分利用现代化信息技术发展的成就,实现煤矿安全高效生产、控制相关环境灾害的决策和实施监控的信息化、智能化和可视化。把主要依靠统计经验决策条例监控的传统管理模式,推进到针对具体煤层条件科学定量即智能化管理的发展阶段意义重大。论文介绍了我国采矿科技工作者和生产现场同志,在近十年来研究实践基础上发展和不断完善的"实用矿山压力控制"理论要点和相应决策模型,包括描述采场推进覆岩运动和围岩应力分布的时空状态的"动态结构力学模型"和以此为基础的重大事故灾害控制决策的"物理力学模型"建设的成就以及当前在"使用矿山压力控制"理论发展的应用成就基础上推动的"无煤柱开采技术"突破的要点。

煤矿重大事故预测和控制研究的发展方向

本文在对煤矿重大事故构成分析的基础上,从瓦斯爆炸、煤矿水害、冲击地压、煤矿顶板事故五个方面入手,结合五种事故研究的预测和控制理论,分析事故的预测和有效控制的信息基础,通过选择适宜的结构参数,最终建立煤矿事故控制决策模型,以期对煤矿生产中的事故进行有效的预测和控制。