一流学科支撑本科生创新能力提升的路径研究——以中国矿业大学采矿工程学科为例

随着科学技术的快速发展,社会对具备创新能力的人才有越来越高的需求。培养大学生的创新能力不仅是个人的需要,也是国家和社会发展的需要。以中国矿业大学采矿工程学科为例,针对当前部分采矿工程本科生创新意识不强、创新能力不高、创新训练不实以及创新驱动力不足的问题,为进一步提升本科生创新能力,借助一流学科优势,在现有创新教育体系的基础上,分析了采矿工程本科生创新能力提升的困境,提出了需要师生配合提高本科生创新积极性、提升创新师生平台的参与度以及合理化创新能力评价体系与激励制度,为本科生创新能力提升架好桥梁。

软岩破碎巷道大刚度二次支护稳定原理

从组成岩体的宏观和微观力学性质角度出发,分析了软岩、破碎巷道实施锚网喷二次支护后仍然破坏的原因和影响因素,应用软岩巷道支护理论,提出了一次锚网喷支护和二次料石碹支护的力学模型,分析了各自的力学特点,得出了锚喷网一次支护和大刚度高强度料石碹二次支护的支护方式,破碎、软岩巷道支护稳定原理为:一次支护让压,围岩体受力达到较低变形速率下的力学平衡,充分发挥围岩承载力,大刚度二次支护,减少巷道岩体偏应力,使巷道围岩切向应力相对降低,径向应力相对升高,促进围岩应力向稳定应力状态转化,优化了软岩巷道支护参数.通过在程村矿的软岩、破碎巷道采用二次支护实践,取得了良好的支护效果.

膏体充填材料配比的神经网络预测研究

充填材料配比的预测与设计在膏体充填工程中具有十分重要的意义,充填材料的配比预测是一个典型的多变量、非线性系统.为了准确可靠的掌握充填材料的强度,在综合分析充填材料质量影响因素的基础上,采用粒子群算法来优化改进的BP神经网络技术建立了充填材料质量的预测模型.并用基于正交试验获得的充填材料试验数据作为学习训练和测试样本,对模型预测结果和实际值进行对比分析.研究结果表明,用人工神经网络方法预测充填材料配比是科学、可行的,为煤矿膏体充填开采的充填材料配比预测和评价探索出了一种新的方法.

程村矿软岩巷道底鼓控制技术

分析了软岩巷道底鼓特征及控制技术成果,得出程村矿软岩巷道的底鼓机理及其主要影响因素。认为加强帮、角的控制可提高巷道围岩稳定性,同时实施底拱可更好的控制底鼓,并进行了现场试验,取得了良好的效果。

神经网络在膏体充填质量模型中的应用

煤矿膏体充填质量受多因素影响,且具有非线性特性,用数理统计的方法直接建立充填质量模型很困难。为了减少试验次数、降低试验费用,通过神经网络建立的膏体材料充填质量模型明显优于传统的回归分析法,利用膏体充填材料塌落度与主要影响因素浓度、胶结料用量、细集料用量的关系模型,可以有效预测膏体充填材料的塌落度。

程村矿井巷硐支护技术

为了对复杂地质条件下高应力软岩巷硐进行支护控制,对影响巷硐稳定性的因素进行了分析。提出了支护的控制原则,在此基础上给出了以“锚、喷、网”支护为主,以锚索、注浆支护为辅的支护方案。实践证明支护效果较理想。

粉煤灰全尾砂膏体充填试验研究

电厂工业废料粉煤灰具有潜在胶凝活性。针对当前矿山膏体胶结充填成本高、强度低等现状,提出了以部分粉煤灰替代水泥作为胶凝剂。在对粉煤灰物理性能和化学成份测定分析的基础上,依不同的粉煤灰添加量进行了粉煤灰全尾砂胶结充填强度试验,并对粉煤灰在膏体充填料浆中的胶凝机理进行了探讨。结果表明:在质量分数和水泥用量相同的条件下,添加粉煤灰可以大幅度提高后期强度,并且龄期强度随粉煤灰用量的增加而增大。研究结果为提高胶结充填质量、降低充填成本,进一步综合利用人工火山灰奠定了一定的基础。

膏体充填料浆流变性能的实验研究

在流变特性实验的基础上,测试膏体充填料浆的流变参数,回归料浆的流变方程,通过流变曲线,着重分析研究了料浆浓度、粉煤灰用量对流变参数的影响规律。

煤矿膏体充填矿压显现规律的充实效应研究

为了研究充实率对采场覆岩运动规律的影响,以岱庄矿为工程背景,首先对充填体特性进行了测试,然后利用Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合模拟技术构建了2351工作面膏体充填开采的数值分析模型,模拟研究了采场在充实率为0、80%、85%、90%、95%、100%时的矿压显现规律。结果表明:充填体能有效抑制采场覆岩的移动和变形,充填采场的覆岩一般只出现裂隙带和弯曲下沉带;充实率越高,支承压力同比越小,前方煤体和后方充填体的峰值应力位置距离工作面越近;当采场充实率为100%时,与非充填开采相比,采场塑性区宽度约为原来的5%,支承压力为原来的50%以下。可见,采场覆岩运动的充实效应非常显著,工程实际中应尽可能地使采场充填接顶,以保证充填质量和开采安全。

大断面半圆拱煤巷围岩松动圈厚度测定及分布规律

为研究直墙半圆拱煤巷松动圈的分布规律,运用力学分析和应力波理论对松动圈形成机理进行了解释,以某矿11713回风巷为工程实例,采用Midas/GTS-FLAC^(3D)耦合模拟技术对松动圈形成过程进行了模拟,得出该类型巷道松动圈呈"蝴蝶"形,同时定义了数值模拟中松动圈厚度的计算方法。为验证模拟结果的可靠性,运用超声波测试法对该巷松动圈厚度进行了现场测定。结果表明:松动圈厚度实测值为1.8~2.0 m,与数值模拟得到的2.0 m非常接近,围岩类别为Ⅳ,巷道支护方式由U型棚支护改为锚联网支护,支护能有效控制围岩变形,可以在工程中推广应用。

膏体充填开采底板破坏规律充填效应及实测研究

为了研究膏体充填底板破坏规律的充填效应,以岱庄矿2153膏体充填工作面为工程背景,分别采用Midas/GTS-FLAC3D耦合模拟技术、滑移面理论力学分析和钻孔注水法实测方法对该工作面底板破坏深度进行了研究。结果表明,充填工作面底板破坏深度的数值模拟解约为3m,底板岩层破坏模式为以拉为主的拉剪破坏,充填开采煤层底板最大应力为初始应力的0.5倍;采用滑移面理论得到底板破坏深度的力学解析解为2.5~3.0 m,与钻孔注水实测平均值3 m基本吻合,充填开采底板破坏深度是垮落法开采的0.2倍。

断层影响下巷道顶板交替锚索支护体系研究

针对断层构造影响范围内巷道支护困难、顶板围岩松动、锚杆锚固性差等问题,提出了长、短锚索交替布置的顶板锚索支护体系,通过UDEC数值模拟,对比分析与现场观测,表明交替锚索支护体系对断层构造影响范围内的巷道围岩有较好的控制效果,可供相似条件下的巷道支护借鉴。

井筒变形预测与保护措施研究

针对鹤壁二矿井筒与工业广场保护煤柱的开采,确定了采用膏体充填分层下行式开采的方法,并计算出了允许的地表最大下沉系数为0.15。在此开采方法下,进行了井筒变形的预测,得出随着工作面向井筒推进,井筒下沉和拉伸变形也相应变大,当工作面推过井筒50 m时,井筒变形达到稳定;并根据预测结果进行了保护措施的选择。

矿井涌水水源分析的多元矩阵模型及应用

及时准确地识别矿井涌水水源是防治矿井水害的前提。选择Mg^(2+)、Ca^(2+)、Na^++K^+、HCO_3^-、SO_4^(2-)、Cl^-和TDS等常规水化学指标作为水源分析的判别因子,以新庄孜矿28组水样数据构建了水源识别的三元矩阵模型。为检验模型的可靠度,将其用于水文地质条件相近的许厂煤矿涌水水源的识别研究。

复杂地质条件下综采工作面旋采关键技术研究

为了研究复杂地质条件下综采工作面旋采技术,以某矿12124综采工作面为工程背景,采用虚心旋采方法,调斜比例设计为1∶3,带式输送机进行转弯改造,进行了复杂地质条件下旋采角度为18°、旋转距离为22.608 m的工业试验。在旋采过程中对巷道和工作面矿压进行监测,旋采效果令人满意。

沿底留顶煤回采巷道断面形状优化数值模拟研究

以某矿沿底留顶煤回采巷道为研究对象,采用理论分析和FLAC2D数值模拟为主要方法,分析了矩形、直墙半圆形和圆形3种断面形状对巷道围岩塑性区发育特征、应力分布特征和围岩变形特征的影响。直墙半圆拱形断面与圆形断面比较而言,围岩塑性区发育范围、应力分布特征和变形特征降低程度减小;针对沿底留顶煤回采巷道而言,直墙半圆拱形断面是较优断面形式。

基于双屈服模型的膏体充填数值模拟

通过基于双屈服模型的数值模拟方法初步研究了不同膏体材料的充填作用机理和效果,从中分析了材料的性质与地表下沉的关系,以及充填体对开采活动中周围岩体应力的改善情况,总结出充填体的应力分布规律,并针对实际充填工程提出了提高材料初凝强度、缩短开采与充填时间间隔等一些建议。

岩石峰值强度前后相关力学特性的回归分析

回归分析了岩石峰值强度前后粘聚力、内摩擦角及弹性模量的变化规律,为工程设计、数值计算提供一定参考。

帮底锚索应用条件与施工技术研究

高应力软岩巷道在采用锚网+顶板锚索加强支护条件下,如果帮底位移量仍较大,断面整体收敛变形难以控制,其帮底就需要用锚索进行加固。目前在深井支护中,巷道帮底、大硐室及井壁等特殊位置锚索施工成为难题。通过采用新技术、新工艺,这些特殊位置的锚索可以直接用顶板锚杆锚索钻机或改进后的钻机施工,简便快速。

南洺河铁矿膏体充填的FLAC 2D数值模拟

矿山开采导致的地表下沉、地下水流失等问题日趋严峻,膏体充填技术能够有效解决这些问题。该文通过数值模拟的方法初步研究了不同膏体材料的充填效果,从中分析了材料的弹性模量、抗压强度对地表下沉控制的影响并总结出了充填体的应力分布规律。