覆岩离层区积水引发的采场突水机制研究

通过工程探测和理论分析,就海孜煤矿745工作面巨厚火成岩条件下顶板异常突水事故的机制进行深入研究。研究结果表明:距开采煤层62 m的巨厚火成岩下封闭的离层区积水是引发745工作面异常突水的水源;按传统估算方法计算导水裂隙高度为25.3～36.5 m,不会沟通巨厚火成岩下的离层区积水,但由于离层区积水的载荷传递作用,导致下部2层亚关键层发生复合破断,使得顶板导水裂隙高度异常发育,沟通了离层区积水,这是引发745工作面异常突水事故的原因。突水机制表明,可以通过向积水离层区施工放水钻孔的方法来防治此类突水事故。

马丽散对巷道顶板离层区的加固作用机理分析

通过对巷道顶板离层时间及规律进行分析,采用马丽散对顶板离层超范围区进行加固,取得明显效果。

采动覆岩离层区注浆控制地面沉陷技术研究及应用

煤炭开采所造成地表沉陷对人类的生存环境产生了一系列的消极影响,直接关系到矿区经济、社会和生态环境的可持续发展。我国生产矿井"三下"压煤约140亿t,传统的"三下"开采技术存在初期投资大、充填成本高、采充作业相互干扰、工效低等问题,如何合理解决"三下"压煤开采问题一直是困扰煤矿企业的重要课题之一。夏店煤矿为解放矿井压煤资源,消除煤炭开采对建筑物、村庄的影响,提出采动覆岩离层区注浆充填新技术,并在3117工作面进行应用,成功释放压煤37.5万t,取得了巨大的经济和社会效益,为煤炭企业"三下"压煤的安全高效开采和矿山环境可持续发展指出一条新路,具有良好的推广应用前景。

高位巨厚坚硬岩层离层区注浆效果分析

为了解除高位巨厚坚硬岩层容易引起冲击地压的威胁,II102采区采用离层区注浆方法缓解坚硬岩层下移。文中通过现场钻孔探测对上覆坚硬岩层运移进行观测,根据现场实测资料,对岩浆岩下离层区进行注浆充填,地表下沉量很小,说明岩浆岩未发生破断失稳,说明注浆对上覆坚硬岩层的运移起到有效控制。

极区电离层N_(m)F_(2)观测与国际参考电离层对比研究

利用南北极极隙区与极光带纬度3个台站对电离层F2层峰值电子密度(N_(m)F_(2))长达1个太阳活动周的观测数据,对国际参考电离层IRI-2016模型在极区的适用性进行系统的定量研究。结果表明,在极光带纬度的北极Tromsø站,IRI预测与观测符合最好,大部分季节相对误差在40%以内,在太阳活动高年略好于太阳活动低年。在极隙区纬度的南极中山站和Longyearbyen站,IRI预测精度在太阳活动低年高于太阳活动高年。在中山站和北极Longyearbyen站仅个别月份相对误差在20%以内,大部分月份相对误差超过40%,冬季相对误差接近100%,特别是Longyearbyen站,在太阳活动高年冬季相对误差超过100%。从季节上看,3个台站都是冬季符合最差,夏季符合最好。IRI-2016模型对极区电离层进行预测时,难以如实反映极区等离子体对流和能量粒子沉降等极区特有的物理过程对极区电离层N_(m)F_(2)的影响。

极区电离层等离子体云块的形成和演化

极区电离层等离子体云块的形成和演化给人类的通信、导航、电力设施和航天系统等造成很大危害。因此。相关研究也是国际空间天气学领域中最重要的课题之一。

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:2.东亚低纬电离层E区准周期回波

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:准周期回波发生在地方时夜间2100—2200LT的110km高度上,与连续性回波可同时发生;准周期回波斜纹在雷达探测的高度-时间-强度(HTI)图上可延伸5～20km,持续时间为5～15min,回波斜纹高度随时间以20～30m/s下降,斜纹在HTI图上彼此间隔10km和10min左右.此外,雷达回波多普勒谱和雷达干涉分析显示不同高度准周期回波的多普勒速度随高度-时间表现出不同的变化趋势,与回波条纹斜率无明显联系,不同高度准周期回波对应的不规则体在东西方向也表现出截然不同的运动特征.分析结果表明,三亚电离层E区准周期回波的发生可能并不是由散块Es随着中性风周期性的经过雷达探测区域所致,而可能和Es中的扰动结构相关.

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:1.电离层E区连续性回波

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25m/s,多普勒宽度主要分布在20至70m/s;连续性回波的高度大约以1km/h的速度缓慢下降,与偶发E层(Es)底部所在高度(hbEs)有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至50m/s,多普勒宽度为20至110m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.

极区极夜期间E层占优电离层的分布特征

E层占优电离层是指E层的峰值电子密度大于F层的峰值电子密度(NmE>NmF)时的电离层,记为ELDI(E-Layer Dominated Ionosphere)。针对ELDI,利用2007—2010年的COSMIC(Constellation Observing System for Meteorolo-gy,Ionosphere,and Climate satellite)掩星数据,在修正地磁纬度-磁地方时标系下统计分析了它在南北极区极夜期间(南北半球的冬至日前后30天)的分布特征,结果表明极夜期间电离层ELDI特征明显,其分布与极光椭圆位形基本一致,而且其在夜侧的发生率较高,特别是磁子夜之后,北极为70%左右,而南极为90%左右;另外南极的ELDI特征在磁纬度分布上要略宽于北极的分布范围。在ELDI高发区,电离层峰值电子密度要高于其两侧地区,特别是在夜侧,尤其是磁子夜前的峰值电子密度要接近甚至大于磁正午的峰值电子密度,在南极地区格外明显;而且ELDI高发区内的E层的电子含量(TECE)、电离层总电子含量(TECI)及TECE占TECI的比重(TECEI)都高于其两侧地区,北极TECE和TECI大于南极,而TECEI则是南极大于北极。这些现象主要是由于极夜期间极区高能粒子沉降引起底部电离层电离率增大所致;同时,由于地磁轴偏离地理轴的程度在南极要大于北极,使得极夜期间南极地区的电离层的电子密度,特别是在F层要相应地小于北极地区,从而导致了极夜期间南北半球极区电离层ELDI特征之间差异。

北极区低电离层加热效应的数值模拟研究

从等离子体能量守恒方程和连续性方程出发,以国际参考电离层(IR I2000)和大气模型(MSIS)为背景,通过数值方法模拟研究大功率无线电波对北极低电离层的电子密度和电子温度的扰动效应。结果表明,在外加强电磁场作用下,电离层等离子体中的带电粒子(主要是电子)动力学温度得以升高而产生等离子体温度扰动;由于电子温度升高,等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小,诱发电子密度扰动;电子密度和电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动趋于饱和;电子密度扰动的弛豫时间较电子温度扰动的弛豫时间大;在泵波频率大于电离层临界频率的条件下,泵波频率越高,其激发的电子温度和电子密度扰动效应也就越弱。

利用F区电离层特性参量获取等效中性风的方法及讨论

讨论利用电离层特性参量获取F层峰值高度附近中性风信息的三类方法.这些方法主要有:传统的和改进的伺服理论方法、借助电离层模式和数据同化思想的方法和刘立波等提出的方法.并以美国Millstone Hill非相干散射雷达浓度剖面和离子速度数据,以及澳大利亚Beveridge(37°S,144°E)FPI风场和测高仪数据为个例,初步考察利用电离层特性数据导出的等效中性风与观测值的一致性.

极隙区纬度太阳活动高年背景电离层特征

本文利用 EISCAT-Svalbard 雷达1999年3月至2003年2月期间观测数据,对太阳活动高年前后极区电离层 F 区电子密度随高度和地方时的二维分布进行统计分析,研究极隙/极盖区背景电离层特征,并与 IRI-2001模式预测结果进行比较。分析结果表明,在 ESR 雷达所在纬度,不存在“冬季异常”现象;但首次发现,此处电离层冬季日变化存在磁午夜前主极大。另外,无论在什么季节,白天时段 ESR 雷达上空电子密度都在磁正午附近有一极大值。与 IRI 模式的比较表明,模式预测的 F 区电子密度与 ESR 实测结果存在较大偏差,在500km 高度以上的顶部电离层和冬季,差别尤其明显。简要讨论了软粒子沉降对造成电子密度日变化磁正午极大的作用和冬季磁午夜前主极大的形成机理。

不同上边界条件下的极区电离层数值模拟

利用一维自洽的极区电离层模型,研究了沿磁力线方向不同电离层-磁层耦合条件下极区电离层的响应。此模型在110—610 km的电离层空间区域内,综合求解描述极区电离层的连续性方程、动量方程和能量方程,以得到电离层数值解。研究发现,上边界条件在200 km以上的高度能显著地影响电离层参量的形态。较高的O^+上行速度对应较低的F层峰值和较高的电子温度。不同边界O^+上行速度对应的温度高度剖面完全不同。200km以上电子温度高度剖面不但由来自磁层的热流通量所控制,同时还受到场向O^+速度的影响。对利用电离层模型研究电离层内部物理过程提出了建议。

极区电离层F_2层峰值电子浓度对太阳活动依赖性的共轭研究

本文利用南极中山站(ZHS),以及北极与其地理共轭的Tromso站(TRO)、地磁共轭的Longyearbyen站(LYB)各自约一个太阳活动周的观测数据,对比分析了极区电离层F2层峰值电子浓度(NmF2)对太阳活动的依赖性.结果表明,三个台站NmF2月中值随修正太阳10.7cm通量指数F10.7P(简称P)增大在总体上呈线性增长,这说明在这三个台站,太阳辐射仍是其F2层主要电离源.其中TRO站NmF2与P线性关系最好,ZHS站的次之,LYB站的最差.在日变化中,TRO站NmF2对太阳活动响应最为敏感的时刻出现在地方时中午附近,LYB站出现在磁中午,ZHS站则出现在地方时中午和磁地方时中午之间.这主要是由地理/地磁纬度差异引起的不同强度的光致电离与极区等离子体对流共同作用的结果.在年变化中,TRO站NmF2随太阳活动变化上升最快的季节出现在冬季,夏季上升最慢.在ZHS站与LYB站,NmF2对太阳活动变化的响应都在两分季最为敏感.这种季节上的差异则是由于三个台站光致电离与中性大气成分R[O/N2]的不同所致.

磁暴期间极光椭圆与极盖区电离层效应比较研究——F区负暴

联合利用EISCAT和E Svalbard非相干散射雷达数据 ,研究 1 997年 5月强磁暴期间向阳侧极盖与极光椭圆区电离层F区负暴 .发现在磁暴主相和恢复相初期 ,极光椭圆和极盖区电离层都在大约 1 90km高度出现类似F1的峰 ,F2主峰完全消失 ,F区电子密度大幅度下降 .但离子温度的变化在两个区域很不相同 ,在极光椭圆区大幅度升高 ,而在极盖区没有显著变化 ,反映出引起F区负暴的主要机制在两个区域不尽相同 .强对流电场引起大气焦耳加热与离子增温而使O+ 离子消失的化学反应速率增大所导致的电离损失 ,对极光椭圆区负暴起主要作用 ;而输运过程 ,特别是持续长达数小时的沿场上行离子流 ,对极盖区负暴起重要作用 .磁暴主相期间 ,当EISCAT雷达位于等离子体对流涡旋转换区下方时 ,在无焦耳加热与离子摩擦增温的情况下 ,观测到由顶部电离层O+

极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性研究

利用第23太阳活动周DMSPF12,F13和F15卫星数据,分别对南北半球极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性进行了研究.结果表明,南北半球上行事件对太阳活动的响应特征基本一致,即高(低)太阳活动时,离子上行通量以及上行数密度较大(小),但是上行速度及上行发生率较低(高).以南半球高纬为例,计算得到离子上行通量、数密度、速度及发生率在高低太阳活动条件下的比值分别约为2.26,3.35,0.71,0.51.对离子上行太阳活动依赖性的可能原因进行了分析.不同太阳活动水平下,光致电离及高能粒子沉降的差异会导致电离层离子密度的不同,而电离层离子密度的变化会改变离子-中性大气之间的碰撞频率,这是影响离子上行发生率的一个重要原因.

昆明上空电离层D区电子密度季节变化的首次观测分析

通过分析2008年8月至2009年7月昆明站(25.6°N,103.8°E)中频(MF)雷达观测数据,研究了太阳活动低年电离层D区电子密度的季节变化特性,发现D区电子密度主要呈现半年变化特征,即在春秋季电子密度较大,而在夏冬季则较小,这与国际参考电离层(IRI)预测的年变化趋势不一致,但与昆明站电离层测高仪的最低回波频率f_(min)的观测结果相符.同时比较了D区电子密度半年变化与纬向风半年变化的关系。

2004年12月13日IMF北向期间极区亚暴电离层电动力学特征

利用KRM地磁反演方法,结合北半球中高纬度地磁台站数据,研究了2004年12月13日行星际磁场北向期间发生的亚暴事件,极区电离层电动力学参量(电流矢量、等效电流函数以及电势)的分布特征.结果表明,在该亚暴膨胀相起始后,午夜之前西向电集流急剧增强,且等效电流体系表现为夜侧双涡,同时伴随夜侧增强的南向电场.由于极弱的直接驱动过程,卸载过程引起的电离层效应得到清楚显示.卸载过程在膨胀相期间起绝对主导性作用.同时,夜侧电导率的增强是电集流区域电流急剧增强的主要原因.

模式化分析F区电离层赤道异常槽

利用二维低纬电离层理论时变模式模拟低纬电离层演化，考察影响赤道异常槽位置的物理因素．计算结果显示赤道槽有明显的季节、地方时和经度变化．以１１０°Ｅ为例，北半球夏季期间赤道槽一般在磁倾赤道北侧，最北达３°-３．５°Ｎ，而在北半球冬季期间一般位于磁倾赤道南侧，最南可达４°－５°Ｓ．进一步分析发现，赤道槽季节变化中光化电离率季节改变的影响很小，主要由水平中性风季节变化贡献．计算以８３天为例，白天赤道槽在地理经度１００°Ｅ附近最南，２８５°Ｅ附近最北，与观测特征基本一致．主要是背景大气水平风场的经度差异导致赤道槽位置的经度变化，而非前人认为直接由磁偏角控制的．

村庄下覆岩离层注浆充填开采技术的应用

孙村煤矿井田范围内有27个行政村,千米以浅可采资源量1500万t,90%可采资源为建下压煤。为保证煤矿正常接续,通过实施覆岩离层注浆充填开采技术,在地面施工钻孔对采动覆岩离层区实施注浆充填,在采空区中部形成一定宽度的注浆充填承载区,形成覆岩关键层结构—充填区承载层—区段或其他隔离煤柱的复合支撑承载结构,实现对地表塌陷的有效控制,地面建筑物破坏等级控制在Ⅰ级以内,实现建筑物下的安全开采。