厚松散层下近风化带保水采煤的GIS研究

煤炭和水都是人类生存和发展的宝贵资源.兖州矿区厚松散层下近风化带的煤炭开采一方面受到第四系下组水的威胁,同时还涉及到第四系下组水资源的合理保护问题.本文以兖州市杨庄矿为例,建立了GIS数据库和图形库,通过GIS多因素拟合建立了近风化带覆岩采动破坏"两带"高度的预计模型,提出了考虑保护层的开采上限GIS决策模式,用于保水条件下的安全煤柱留设设计.

薄煤层底板采动影响深度规律研究

煤层底板破坏深度规律是承压水上安全开采决策的重要依据。以往的研究过程主要通过压水试验、数值模拟和相似材料试验等方法探测其深度。近年来，CT探测等物理学手段不断被引入到矿井岩体的破坏程度探测研究中。剪切波速测试作为一种原位测试手段，过去仅在地表条件下适用。在兖州田庄矿平均煤厚1.2m，煤层底板距十四灰20～25m，距离奥陶系灰岩含水层50m的条件下，通过数值模拟、采前采后2个测点的底板破坏声波测试综合分析了11703面底板采动拉应力、塑性区、塑性状态变化的基本规律，得到了薄煤层采后严重扰动区、明显扰动区和影响区的分区规律。声波测试结果表明：明显扰动区与声波测试破坏下限深度基本一致，且研究结果已应用于11703工作面开采决策。

新疆少数民族地区地勘类人才培养目标与模式探讨

依据新疆矿产资源开发、工程建设和少数民族区人才培养现状,提出资源勘查工程、勘查技术与工程、采矿工程等专业应用型人才培养目标。在兼具一般应用型人才素质基础上,提出以科技基础、实践能力和语言文化背景为少数民族地区主要人才特色。结合人才培养目标,探讨了专业设置、课程体系与当地经济发展结合,开展多层次实践教学、注重语言文化教育和团队教育的特色培养模式。

研究型学习效果及学生能力评价方法探讨

研究型课程教学的目的是培养和提高学生能力。本文通过“土质学与土力学”课程教学实验,总结了该课程学生学习效果评价的方法,并给出三点认识和体会。

松散含水层下粘土层采动变形模拟及作用分析

在疏放控水初步降低水位后,采用模型试验和数值模拟分析第四系底粘土的采动变形破坏特征和隔水性。总结了底粘土采动变形、裂隙发育及裂隙粘土渗透性规律,提出微裂隙底粘土仍作为保护层一部分的主要结论。

三维工程地质模型在防水煤岩柱留设研究中的应用展望

在第四纪厚松散含水层下采煤，留设防水煤岩柱是预防顶板水的有效方法。本文从该项研究的现状及存在的问题出发，提出运用三维工程地质模型方法探讨导水裂隙带、含水层、隔水层、保护层的三维形态，进而通过空间分析并结合生产实际确定合理的防水煤岩柱尺寸，实现水体下煤炭资源的充分开发。

中国矿业大学恢复岩土钻掘人才培养暨坚持钻探专业办学67年

中国矿业大学煤田钻探专业创建于1952年,1953年第一班学生毕业,1955年专业停办。1961年开始招收第一届研究生。1985年恢复探矿工程专业,并同时恢复招收本科生与硕士研究生。1985-1998年共毕业9届234名本科生及6届9名硕士研究生。1995年以勘察工程(计算机应用)名义招生30人。1996-2016年,探矿工程实验室建设、专业和学科建设一直接力延续,学院总体按“地质工程”大类招生,在大类内开设岩土钻掘工程、钻探设备与工艺、定向钻进课程,在地质工程学科设现代钻探技术研究生招生方向,引进了成都理工大学、中国地质大学(武汉)、吉林大学优秀钻探人才。

杨庄煤矿应用有限元法确定防砂煤岩柱实例

记述了兖州市杨庄煤矿应用有限元法确定防砂煤岩柱的一个实例。该例在生产中取得了较好效果。

采掘中突水溃砂机理研究现状及展望

从理论研究、室内试验等方面总结了煤矿突水溃砂机理的研究现状,指出上覆松散含水层的水头压力与溃砂通道宽度是建立描述突水溃砂机理的关键。通过对目前生产实践中采取的防治措施及安全评价方法的研究,认为应在综合评价影响采掘溃砂因素的基础上建立预测预警模型。并针对采掘溃砂过程中一些尚未解决的科学问题,诸如溃砂定量预测与计算、试验的可视化、采掘风险评价等。提出了"以颗粒物质的流动行为来深入认识溃砂产生的机理"这一观点,并引入了透明土试验技术,在深层次上揭示采掘溃砂过程机制、水砂混合物在岩体裂缝和破碎岩体中的运移规律的基础上,建立煤矿采掘溃砂安全评判模型,为松散含水层下安全开采提供技术支撑。

近松散层采煤覆岩采动裂缝水砂突涌临界水力坡度试验

以带不同尺寸裂缝的混凝土块模拟采动裂缝岩体,以黏土、粉土、粗砂和砾砂配制不同颗粒组成的7种土样,采用改装的渗透仪,对松散层经过采煤上覆垮落带和裂缝带发生渗透变形破坏的类型和机制进行研究,得出采煤垮落带和裂缝带上覆松散土层发生从上往下渗透变形破坏的临界水力坡度与土层粒度成分、物理力学性质和裂缝尺寸的关系。试验结果表明,黏粒含量较少的粉土、粗砂、砾砂比较容易发生水砂突涌,土的d50小于裂隙宽度的1/10时,容易出现潜蚀甚至涌(突)砂现象;当临界水力坡度大于1时,同一种颗粒组成的土样重度越大,液性指数越小,土的黏聚力越大,则临界水力坡度越大;同一种土样发生通过裂缝的渗透变形破坏时,裂隙宽度越大,临界水力坡度越小,发生破坏的临界水力坡度随裂缝宽度的增大呈指数下降。试验还获得溃砂时水砂涌出量与裂缝的宽度和初始水头高度的关系,在相同初始水头条件下,随着突砂口尺寸的加大,突砂量基本呈线性增加;在相同突砂口张开的情况下,涌砂量随着初始水头增大而增大。发生水砂突涌的涌出物中含砂量随时间延续逐渐减少。由此可见,含水层的初始水头和突砂口张开程度是控制矿井工作面突砂量的关键因素。

小浪底水库下采煤导水裂隙发育监测与模拟研究

新安矿有8.00×107 t煤炭资源处在小浪底水库水体之下,煤厚变化大(0.0～18.8 m),现有的导水裂隙高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求,水体下采煤存在突水隐患。为确定开采过程中覆岩破坏上限及其是否导通地表水体,研究区在5个地面钻孔中进行超声成像观测,在5个井下钻孔中进行并行网络电法CT观测,并通过物理模拟和数值模拟进一步研究各种不同开采条件下的覆岩破坏过程。观测及模拟结果表明,导水裂隙发育最大高度主要取决于煤层采厚,两者之间为非线性关系,在此基础上给出相应计算公式,为结合其他突水影响因素确定安全可采分区提供可靠依据,并得到3个位于安全可采区内的工作面工业性试采成功的验证。

工程地质模型在防水煤岩柱研究中的应用

提出了煤矿工程地质模型的概念和基本构成．论述了工程地质模型及其组成单元的采动效应，建立了预测模型并成功应用于山东省横河煤矿厚松散含水层下放顶煤开采防水煤岩柱的留设．为进一步发展防水煤岩柱工程地质系统研究方法奠定了基础．

松散层下覆岩裂隙采后闭合效应及重复开采覆岩破坏预测

为研究开采覆岩裂隙发育的时间效应和为残煤复采评价提供依据。采用彩色钻孔电视、冲洗液漏失量观测、岩芯RQD指标等对厚松散含水层下煤层开采15 a后的覆岩裂隙闭合效应进行了研究。结果表明:距煤层顶板较远的岩体裂隙张开度、裂隙率均较小且易闭合,距煤层顶板较近的岩体裂隙张开度大、裂隙率大且未能闭合,开采15 a后覆岩导水裂隙高度比煤层开采结束时的最大导水裂隙带高度降低了近40%,垮落带高度稍有降低。对比分析发现,开采后的覆岩岩块平均强度比开采前降低了约20%,采用Hoek-Brown经验公式换算得到破碎岩体单轴抗压强度仅为0.237 MPa,破碎岩体抗压强度已小于自重应力值,处于"潜塑"状态。因此,残留煤层的重复开采覆岩破坏高度计算时,覆岩应按软弱岩类型考虑。计算表明,杨庄煤矿3号煤层复采厚度2和3 m时,分别留设15.7和18.2 m的防砂安全煤柱即可起到防溃砂作用。

近松散层开采孔隙水压力变化及其对水砂突涌的前兆意义

开采沉陷离心模型试验表明,采空区和煤柱上方的黏土层中的孔隙水压力在煤层开采之后,出现积聚和消散现象,超静孔隙水压力增量最大可达垂直自重应力的15%～22%。采动孔隙水压力监测模型的试验表明,采动引起的承压含水层中孔隙水压力的变化特点同煤层开采进度以及顶板周期来压密切相关,煤柱上方含水层中孔隙水压力一般表现为先升高后降低,工作面上方含水层中孔隙水压力变化与开采位置有关,当工作面通过测点下方时,孔隙水压力出现明显的下降,当测点处于采空区中部时,孔隙水压力升高并会保持一段时间。采后顶板下沉期间各测点孔隙水压力均呈下降趋势。突砂模型试验表明,一旦抽冒或形成水砂突涌后,含水层内孔隙水压力表现为剧烈下降并形成瞬时负压,水压下降后随突涌过程发展保持在某稳定水平上,突砂口附近呈现相应的水力坡降。由以上试验结果可知,孔隙水压力可以作为近松散含水层开采溃砂灾害预警和监测的重要前兆信息源。

应力恢复对采动裂隙岩体渗透性演化的影响

研究了采动岩体应力恢复对断裂带渗透性的影响并将其应用于分层开采和残煤复采导水断裂带的计算。通过试验对侧限作用下裂隙岩体在轴向分级加载条件下渗流变化规律进行了研究,以模拟应力恢复作用对裂隙岩体渗透性的影响;依据实测的采动裂隙岩体体积膨胀系数的对数分布规律,对采动裂隙岩体渗透性分布规律进行了描述,计算了应力恢复作用下,裂隙岩体内裂隙开度及渗透性演化规律。试验结果表明:轴向加载条件下裂隙模块开度及渗透性均显著下降,加载初期应力较小但其对裂隙模块的开度及渗透性影响更显著,后期应力增大但其对裂隙试块的渗透性影响程度降低,在20 MPa压力作用下裂隙很难完全闭合;理论计算结果表明:应力恢复作用下采空区上覆裂隙岩体内下部大开度裂隙渗透性有降低但仍为较好的导水通道,上部裂隙开度较小层段渗透性也有明显降低。根据水利水电工程地质勘查规范将渗透系数小于0.01 m/d的层段视为不透水层,采空区上覆导水断裂带最大高度在应力恢复后较初始实测最大值减小了约26%。依据研究结果对传统的分层开采覆岩导水断裂带高度计算公式进行了修正,采用修正公式计算下分层煤或残煤开采防水(砂)煤柱的留设方案更为合理。

红层与煤系复合结构覆岩采动破坏分析及其应用

许多矿区煤层采动影响范围内的覆岩层由红层和煤层共同构成。本文研究了山东省太平煤矿东区二叠系 3号煤层覆岩破坏和防水煤柱留设的问题 ,在对上覆第四系水文地质条件分析的基础上 ,对红层和煤系复合结构覆岩的工程地质特征和破坏状况进行了分析 ,确定了合理的防水煤岩柱高度 ,并经过开采验证 。

煤层底板突水危险性的可拓评判及应用

为了全面评价煤层底板突水危险性,选取断层密度、断层导水性、裂隙发育程度、承压水水压、含水层富水性、岩溶发育程度、强水源补给、隔水层厚度、隔水层强度、隔水层完整性、开采厚度、开采深度、工作面斜长等13个因子作为影响底板突水的主要因素,以物元理论、可拓集合论和关联函数运算为基础,建立了煤矿开采底板突水危险性等级评价的物元模型。应用该模型对淮北某矿3612工作面底板突水危险性进行评价,验证了其正确性。选取近年来煤层底板突水的典型案例作进一步的应用分析,其结果与实际相吻合。基于可拓评判法的煤层底板突水危险性分类具有较高可靠度和实用性,研究结果为煤层底板突水危险性分类提供了一种新的思路和方法。

基于研究型教学理念的课程设计及实践——以国家级一流本科课程“土质学与土力学”为例

在“土质学与土力学”课程的教学改革与实践中,以研究型课程理念进行理论和实践教学设计,并建立相适应的课程目标达成评价方法。建立了以专业本领、创造力、合作能力、交流能力“四种能力”培养和敬业引导、创新引导、执业引导“三引导”的课程教学体系,实现了第一课堂内研究型学习引导与第二课堂创新创业训练有机贯通,强化执业教育和实践教学。发挥课程思政作用,通过我国古代劳动人民创造的伟大工程、新时代国家重大工程中的土力学难题,激发学生的学习兴趣和爱国敬业情怀。

本科生研究型培养体系的构建与实践——以中国矿业大学地质类专业为例

中国矿业大学地质类专业本科研究型培养体系的建立和改革实践具有启发性和理论意义。按照地质类"三层次"、"三元结构"创新人才培养模式,本科生研究型培养体系包括:以研究型课程为导向的核心课程体系、以研究型实习和从业教育为特色的实践教学体系、以大学生科研训练计划为主体的创新教育体系和以基层学术组织改革为抓手的组织保障体系。

趋势面分析在预测底板采动导水破坏带深度中的应用

分析了底板采动导水破坏带深度对预留防水煤岩柱的重要性,根据实测统计资料,利用SAS软件确立了底板采动导水破坏带深度与采深、倾角、采高、工作面斜长四者之间的关系回归方程;利用假设检验法对该回归方程进行准确性检验,从而为确立底板采动导水破坏带深度提供了一种新的、有效的方法,以便为矿井底板水防治提供可靠依据。