煤层采动巨厚松散层全断面监测及内部变形特征

开采沉陷是煤炭资源井工开发利用所面临的主要环境地质问题,尤其对于我国东部高潜水位矿区而言,巨厚松散层的移动变形控制与采动减损评价备受关注。为了研究巨厚松散层内部移动机制,明确其对地表移动变形影响,以淮南新集矿区某井田为研究区,通过采用分布式光纤与并行电法联合测试技术,构建超过600 m深度全断面钻孔监测系统,探究巨厚松散层变形特征和内部移动规律。全断面监测系统能够获取煤层采动区域巨厚松散层内部应变、位移信息及监测钻孔周围电阻率变化情况,量化地层监测断面松散层内部移动变形时空关系和渗流场变化数据,分析松散层内地层变形特征与发育形态。研究结果表明:多参量联合测试技术的应用,显著提高了对巨厚松散层移动变形的监测效率和变形定位的准确性,获得了工作面回采位置与松散层内部变形时空演变关系。并根据松散层变形特征,将采动影响过程划分为超前影响期、弱采动影响期、强采动影响期、采后沉稳期4个阶段,揭示了超前影响变形表现“台阶状”形态与采动影响期的“反向3字型”移动特征,同时分析了“反向3字型”移动模式的构成条件、影响因素。基于全断面监测数据,提出巨厚松散层变形多场可测信息量化评价方法,阐明了巨厚松散层在煤层开采过程中存在分层应力积累与释放的规律。研究内容为巨厚松散层内部移动变形的精细化监测分析提供重要的技术支持。全断面监测技术的应用,也可为采动损害过程监测与评价、矿山生态源头减损与减沉、沉陷区土地规划与复垦以及松散层内注浆改造等提供参考。

固–液相变含水率区间松散土石体中细粒组分抗剪特性试验

松散土石体在泥水作用下易引发地质灾害,其中细粒组分在高含水率下的抗剪性能骤然劣化是触发相变失稳的重要因素之一。基于环剪试验,对三峡库区某滑坡松散土石体试样设计试验方案,研究细组构由软塑~流塑发展的固-液相变全过程抗剪特性演化规律。结果表明:松散土石体试样为粗细组分二元特征较强的级配不良土体介质,其中,细粒组分在原状干密度条件下的饱和含水率为23.6%,液塑限分别为27.2和18.1,据此选定含水率23.6%~29.0%范围中的5个取值制定试验方案,可完整覆盖细粒组分的软塑~流塑相变;含水率为25.0%、26.0%和27.0%时,试样处软塑状态,在低法向压力下均可顺利开展环剪试验;其中,含水率25.0%试样恰进入软塑态,较含水率23.6%试样的峰值和残余内摩擦角分别降低23.5%和18.6%,峰值和残余黏聚力均降低超过80%。含水率为28.0%和29.0%时,试样已处于流塑状态,仅在无法向压力时可顺利开展环剪试验,且抗剪强度极低,其物理意义贴近于高黏稠泥浆的黏滞性;根据试样的黏聚力c在进入软塑状态时基本丧失,而内摩擦角φ表现为在软塑区间随含水率增加而逐步降低,进而触及液限骤然丧失的特性分析,c和φ劣化过程异步;经单元体受力模式和概化分析认为,相变前软塑状态试样静止侧压力系数K0的激增缓解了φ值的大幅骤降。

基于机器学习的不同环境条件下松散回潮水分变化的预测

目的明确温湿度对松散回潮工序水分变化量的影响。方法使用K-means聚类分析法划分张家口市环境温湿度区间,利用梯度提升决策树筛选松散回潮水分变化量相关的工艺参数作为特征变量,构建不同温湿度区间下松散回潮工序水分变化量的机器学习预测模型,同时探究车间温湿度对水分变化量的影响,并对最终模型进行优化。结果根据外界环境全年的温湿度,可划分为低温中湿、中温低湿、高温高湿、中温中湿4个区间,且中温低湿与高温高湿区松散回潮工序水分变化量的差异最为显著;分别对中温低湿和高温高湿区构建松散回潮工序水分变化量的LSR、SVR、DT、RF预测模型,综合对比可知,SVR、RF预测模型的精度最高;将车间温湿度作为特征变量后,松散回潮工序水分变化量SVR、RF模型的预测精度均有所上升,其R^(2)'(R^(2)与1的差值)分别降低了25%、46%,说明车间温湿度对松散回潮工序水分变化量的影响较大;对中温低湿和高温高湿区SVR、RF松散回潮工序水分变化量预测模型进行优化后,最终模型的R^(2)'分别达到0.08、0.04。结论松散回潮水分变化量受到外界和车间温湿度的影响,根据不同温湿度区间构建的中温低湿RF模型和高温高湿SVR模型对水分变化量的拟合效果较好,预测准确,能够可靠地应用于松散回潮工序水分变化量的预测,且可拓展用于纸质卷烟包装材料的水分预测和控制,对提升烟丝的卷接包装质量具有重要的理论意义和实际应用价值。

采煤沉陷松散层变形研究现状与分析

开采沉陷是煤炭资源井工开采所面临的主要环境地质问题,其中松散层变形是东部高潜水位矿区生态修复和西部生态脆弱区保护所关注的重点,获得沉陷变形参数对推动开采减损、生态环境保护与修复有着重要的指导意义。借助CiteSpace文献计量软件,基于中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)数据库进行可视化分析,通过对该研究方向近30年主要研究力量、研究热点和现状趋势量化统计与分析,详细地阐述了该方向的研究现状,简要概述了沉陷成因、理论分析、室内试验、数值模拟及原位实测等方面开展的研究内容。从多学科交叉促进理论研究发展、多方法联合建立高精度动态监测、发展与创新测试装备和技术等方面对其未来趋势进行了展望,提出“空-天-地-孔”一体化监测平台的建设与运营,以期通过多维度、网格化立体数据的获取,进一步掌握松散层内部变形特征与传递机理,为实施“源头控制”和“过程治理”理念和评价废弃矿井CO_(2)封存地质条件提供基础数据与科学支撑。

埋深和水土含量对松散岩堆抗剪强度的影响

针对松散岩堆剪切力弱会引起滑坡、崩塌等严重自然灾害的问题,运用相似理论,以石英砂为基本岩块、黏性土为填充土,配置相似材料,分别控制不同填充土含量和含水率并进行三轴试验,研究不同埋深下填充土的含量和含水率对松散岩堆抗剪强度的影响。结果表明:填充土的含量和含水率是松散岩堆咬合力和内摩擦角的关键影响因素,咬合力受影响程度更大;填土中的水对于松散岩堆的剪切力起着削弱作用;岩堆剪切力随着埋深的增加而增加,不同埋深处岩堆有相同的最佳填充土含量和含水率;在恒定岩堆土重度情况下,抗剪强度和埋深呈线性关系。

论英剧《天堂一刻》对左拉小说《妇女乐园》的松散改编

英剧《天堂一刻》从左拉小说《妇女乐园》中获取灵感,以松散改编的手法再现了19世纪中后期现代零售业诞生之后的社会变革。在保留小说《妇女乐园》基本情节和人物的同时,英剧《天堂一刻》借助肥皂剧元素和“小妞电影”创作技巧对小说内容进行了重新“编码”。英剧《天堂一刻》在改编过程中为迎合当代观众,遮蔽了左拉小说中以欲望为核心的自然主义成分,突出了对“美好的旧时光”的怀念主题。

基于松散耦合方法的弃土场边坡三维建模及稳定性分析:以福州市闽清县白樟池埔建筑弃土场为例

近年来大规模的旧房拆迁改造及道路建设导致弃土方量剧增,弃土场已成为城市建设的重要附属工程。由于弃土场边坡结构松散、密实性差,较天然边坡更易发生变形破坏,弃土场的安全管理备受关注。为实现复杂工况下弃土场稳定性的快速分析,通过搭建ArcGIS和GeoStudio的松散耦合方法,构建了一套集可视化建模和模拟计算为一体的技术框架。为改良模型可视化效果,配合虚拟钻孔和空间插值方法改良地层曲面精度,完善了弃土场的三维建模技术。采用Python语言为程序接口完成跨平台模型数据交换,实现全时空全方位的多工况弃土场边坡稳定性快速预测。闽清白樟池埔建筑弃土场的应用实例表明,此方案能够实现弃土场任意断面的高质量识别和复杂工况下稳定性变化规律的快速预测,可见松散耦合方法在弃土场稳定性分析过程中具有显著的适用性和实用价值。

松散煤体准多孔介质声速煤−温映射关系模型

采空区等隐蔽空间煤温的精准判识一直是亟待解决的世界性难题,研究声学测温技术对精准探测松散煤体温度具有重要的实际意义,而声速与煤温之间映射关系的科学准确构建是声学法测煤温的关键。为此,考虑松散煤体自燃进程特征参数对声波传播的影响,建立了松散煤体准多孔介质的声速-煤温映射关系模型;设计搭建了松散煤体声学测温实验系统,通过开展多种粒径(0.6~1.5、1~3、3~5 cm)松散煤体的声波测温试验,研究了不同粒径煤样低温氧化阶段(30~50℃)所产生的气体组分、体积分数对声传播的影响规律,确定了等效路径转换因子λ;基于实测声速与等效路径转换因子间的关系,提出并确定了气体组分介质修正系数φ,验证了声速-煤温映射关系模型的可行性。结果表明:松散煤体声波传播路径受煤体粒径、温度及气体组分介质变化量等特征参数的影响,构建出声速-煤温映射关系模型;常温下声波在松散煤体准多孔介质中的传播路径主要受煤样颗粒间孔隙的影响,在煤样粒径为0.6~1.5、1~3、3~5 cm中的声波传输等效路径转换因子λ分别为1.426 1、1.371 1、1.315 2,与粒径呈负相关关系;煤温对声波传播的影响表现为煤自燃进程中气体组分介质变化对实测声速结果的改变,验证了声速与煤温之间映射关系的可行性;模型反演的煤温与实验煤温间误差率在0~6.46%内,平均煤温误差2.52℃,能够很好地反映煤体温度。

基于CFD的烟叶松散润叶筒气固耦合数值模拟

针对烟叶松散润叶筒内部的“黑箱”问题,基于计算流体力学(CFD)对其进行气固双向耦合的数值模拟,通过建立可视化的流场和温度场模型,探讨润叶过程的影响因素和影响机理。结果表明:流场模拟中,颗粒的存在能有效改善气体流动形式,总体气相速率从1.0 m/s降低到0.3 m/s,增加了气固间的接触,强化了两相间的传热;温度场模拟中,温度变化呈现阶段式变化,在润叶筒前半段气固之间传热显著,气相平均温度由81.0℃下降至68.8℃,颗粒平均温度从25.0℃迅速升温到64.8℃,后半段温度维持相对稳定,气固间传热的热流密度随着轴向位置呈现先逐步下降后平稳的趋势;气相、颗粒温度的模拟值与试验实测值的相对误差分别为0.7%、-2.5%,模拟值与试验实测值整体吻合良好,说明模型合理有效;随着筒体倾角、转速增大,两相间的传热效果随之减弱,为满足润叶工艺要求,筒体倾角应小于8°,综合考虑生产速率与能耗,转速应选择15 r/min。

松散软弱围岩煤巷高效掘进及支护工艺优化研究

针对芦岭煤矿9^(#)煤层松散软弱围岩煤巷掘进技术难题,分析松散软弱围岩煤巷高效掘进支护主要影响因素及优化关键支护工序,并实现松散软弱围岩煤巷挖底、控顶、护帮整体控制效果,采用FLAC 3D数值模拟软件对芦岭煤矿Ⅱ946回风巷掘进支护方案及高效掘进工艺进行计算机模拟,设计松散软弱煤巷围岩稳定性控制措施,即“注浆锚杆(锚索梁)超前主动支护+协同柔性支护”工艺,现场试验表明芦岭煤矿Ⅱ946回风巷每日掘进从2.4 m增加到3.0~3.6 m,控制了松散软弱围岩的变形,提高了掘进效率。

渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律

为揭示渗流管涌作用下松散堆积层结构演化规律,基于颗粒-孔隙尺度流固耦合方法,分别对密实、中密和疏松结构的松散堆积层开展渗流管涌仿真试验,从细观层面分析渗流管涌作用下松散堆积层颗粒迁移特征、颗粒流失量、颗粒间接触力链演化和骨架变形的结构演化特征。结果表明:渗流管涌主要以细颗粒迁移为主,存在局部“堵塞”现象,块石颗粒仅会在细颗粒迁移脱空后自由堆积。细颗粒迁移具有明显的“颗粒堆积”现象,主要集中在出口处,呈“上多下少”的特点。同时,渗流管涌发展过程中相同部位的孔隙率变化具有高度相似性,且结构越疏松越显著。管涌发展过程中,块石颗粒间接触承担主要的应力传递,力链演化的本质是堆积填料内部应力传递结构的改变。此外,下沉量和体应变均随时步增加,呈先急剧增加,后趋于平稳的态势,且随初始渗流速度越大,平稳时刻逐步提前。该研究成果可为从细观角度认识松散堆积层渗流管涌结构演化规律提供一定借鉴。

基于伪随机序列的松散煤体声学测温方法及应用

长期以来,采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生,受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素,较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点,可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景。目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段,仍需开展大量研究。基于伪随机序列的优越性能,将其引入作为声源信号,并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理,搭建了松散煤体声波测温试验系统。系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体,结合试验测试和仿真模拟方法,验证了系统的准确性。利用理论分析、Matlab仿真和试验测试相结合的方法,开展伪随机序列声源信号的失真特性研究,确定了该信号的最佳处理方法,成功将其应用于松散煤体测温中。结果表明:伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号,但需运用二次相关PHAT–β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间(1000~3000 Hz)进行处理,使频带变窄,能量集中;运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间,发现不同距离下声波飞渡时间测量结果误差小于5%,并通过了对比验证;伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时,所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051℃,平均误差率5.293%,能够较为精准、可靠地反演煤温。

厚松散层矿区开采沉陷拉伸区域土体内部变形演化规律研究——以淮北孙疃煤矿为例

为了研究厚松散层矿区开采沉陷拉伸区域相应土体内部变形演化规律,针对淮北孙疃煤矿10111,沿垂直于工作面推进方向,于拟采空区地表投影区域外侧(拉伸区域)以60 m间隔由近及远布设1~3号竖向钻孔;采煤沉陷过程中基于光纤(1号钻孔)、测斜仪(2~3号钻孔)技术开展钻孔变形监测;将煤炭开采引发移动的上覆岩层与松散层所占区域视为变形区,并引入任意厚度地层移动角的概念,分析开采沉陷拉伸区域相应松散层变形演化特征。结果表明:1号钻孔发生应变的最大孔深约157 m,且钻孔深部较浅部先达到活跃期;2、3号钻孔孔口最终累计水平位移量分别为129.8 mm和99.4 mm,最大位移深度分别约为108 m和75 m;2、3号钻孔监测范围内地层从下至上均可分为稳定段、变形区下段、中段与上段;2、3号钻孔从下至上水平位移量总体分布较均匀,每米深钻孔的平均水平位移量分别约为1.2 mm和1.3 mm;2、3号钻孔变形区下段均先于上段达到活跃期,且变形区下段稳定后上段仍有微弱变形;松散层内一定厚度地层,其地层移动角随地层深度的增加而增加,松散层变形区下边界的深度h随着与工作面水平距离l的增加而减小,h与l满足指数函数关系。

中国跨国企业母子公司结构的决策机制研究:基于松散耦合理论视角

在资源匮乏和国际化能力不足的情境下,中国跨国企业如何获取和利用全球战略资源以实现能力跃迁,成为学界和业界共同关注的重要议题。在此过程中,海外子公司承担了重要职能,如何协调母子间关系以促进子公司生存与发展是企业跨国管理面临的关键挑战。作为企业内外部资源流动与能力建构的重要实践基础,母子公司结构在现有研究中尚未得到足够探索,且存在不同视角下的冲突结论。本文引入松散耦合理论,尝试为中国跨国企业海外子公司管理战略提供结构视角的解决方案。基于258家中国制造业A股上市企业的587家海外子公司数据,本文采用模糊集定性比较分析方法(fsQCA),从动机、能力、机会角度探讨了母公司国际化程度、子公司投资动机以及东道国技术资源禀赋和制度距离对中国跨国企业母子公司结构选择的共同作用机制,为不同内部组织和外部环境情境下,企业海外子公司管理结构的决策提供了理论参考。

不同固结压力下松散颗粒剪切声发射特征研究

为研究松散颗粒的力学性质及声发射(AE)特征的演化规律,采用固结剪切试验及AE系统,在不同固结压力下对松散颗粒进行剪切破坏试验,分析固结剪切全过程中固结特征、力学特征及声发射特征之间的关系。结果表明,在固结过程中,随着固结压力的增大,松散颗粒孔隙比和压缩系数不断减小,压缩模量增大。在剪切试验中,随着固结压力的增大,其剪应力也随之增大,最大值可达350 kPa左右,AE能量和振铃计数不断增大,b值不断降低,且b值达到稳定状态的值越来越小。这些参数的变化与颗粒剪切内部结构破坏阶段密切相关。

厚松散层薄基岩煤层开采地表沉降速度及其影响因素研究

为研究厚松散层薄基岩煤层开采引起的地表沉降速度变化规律,以淮南矿区某矿110801首采工作面为工程背景,采用有限差分软件FLAC3D分别对不同开采速度、采高、采宽、松散层厚度和基岩层厚度条件下煤层开采地表沉降速度进行模拟研究,分析地表沉降速度变化规律及各影响参数对地表沉降速度的敏感性大小。结果表明:地表沉降速度随开采速度、采高、采宽的增大而增大,但随基岩层厚度、松散层厚度的增大而减小;地表最大沉降速度随开采速度、采高、采宽的增大而线性增大,随松散层厚度的增大而线性减小,与基岩层厚度呈幂函数减小关系;各影响因素对地表最大沉降速度的敏感性从大到小依次为采宽、基岩层厚度、松散层厚度、开采速度、采高。

厚松散层薄基岩下分层开采覆岩破坏高度研究

以赵固一矿厚松散层薄基岩下分层工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟研究、钻孔冲洗液漏失量观测及钻孔窥视方法对采后覆岩破坏高度进行研究,研究表明:采用经验公式计算得到下分层工作面采后,顶板垮落带发育高度为6.93~27.72 m,导水裂缝带发育高度为22.17~71.73 m;数值模拟结果表明下分层采高2.5 m、累计采高6 m时,最大垮采比为2.61,而累计采厚小于6 m、基岩厚度不小于30 m、黏土层厚度大于5 m时可认为黏土层厚度能够阻隔导水裂缝带向上发育;采用现场实测方法得到累计采厚5.8 m处,垮落带15.26 m,垮采比为2.62,导水裂缝带55.59 m,裂采比为9.58。东一盘区下分层工作面后开采覆岩破坏高度的规律,可以为该矿下分层工作面时确定防水、防砂安全煤(岩)柱厚度提供理论依据。

厚松散层底部土层抗渗透破坏突水溃砂研究

为了探究厚松散层底部土层抗渗透破坏特征,以兴隆庄煤矿巨厚松散层薄基岩下开采四采区浅部资源为工程背景,通过对上、下2组土样进行颗粒级配、微观测试、抗渗透试验、安全临界水头高度理论计算等综合分析,探究山西组3煤层上覆含水层发生突水溃砂的临界条件。研究发现:土样的颗粒级配及颜色变化差异较大,粒径小于0.075 mm的细粒土的质量分数,上组的不到30%,而下组的高达70%;上组土样以长石为主,长石质量分数超过90%,结构疏松,SiO_(2)质量分数高,属于典型的砂性土类;下组土样以高岭石为主,质量分数超过70%,结构致密,Al_(2)O_(3)质量分数高,属于典型的黏性土类;确定了不同裂缝宽度下临界水压及临界水力坡度量化取值,随着裂缝宽度不断增加,临界水压和临界水力坡度均呈现逐渐下降的趋势,当裂缝为20 mm时,均出现明显拐点;理论类比计算了安全临界水头高度,初步确定了研究区第四系底部含水层允许安全水头高度为54~70 m,通过与实际水头值对比,分析认为正常开采条件下该区域不会发生突水溃砂渗透破坏事故。

“L型”疏放水系统构建及其在松散层防治水中的应用

矿井突水在矿井生产中始终是一个安全隐患,特别是对于顶板松散含水层,处理不当可能会发生溃水溃砂事故。为确保研究区薄基岩厚松散含水层下煤层的安全开采,采用疏降或疏干含水层水是一种有效方法,但井下疏放受松散含水层塌孔影响无法顺利实施。以赵家寨矿为例,通过“L型”顶板水疏放系统构建,将上覆新近系松散含水层水由顶板水转化为底板水,从井下巷道排出,解决了薄基岩厚松散含水层下煤层综放开采问题,实现了工作面的安全回采。该技术的成功应用,对类似水文地质条件下的煤层开采具有推广价值。

钢渣多孔超薄磨耗层混合料路用及抗松散性能研究

为研究钢渣多孔超薄磨耗层混合料路用及耐久性能,采用钢渣替代2.36 mm以上的玄武岩粗骨料,并设计了18%、21%和24%三种空隙率制备多孔超薄磨耗层混合料,分别采用高温车辙、低温小梁弯曲、冻融劈裂强度、水渗透仪等试验研究了钢渣多孔超薄磨耗层混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、渗水性等路用性能,并进行了不同环境条件下的肯塔堡飞散试验,评价多孔超薄磨耗层混合料在标准、高温和冻融条件下的抗松散性。结果表明,添加钢渣增强了混合料内部骨料之间的嵌入和挤压效果,强化了钢渣与沥青之间的物理和化学吸附作用,增强了混合料的内聚力,使得其在高温稳定性,低温抗裂性、水稳定性和排水性能等方面较玄武岩混合料分别提高了140%、4.1%、7.1%和1.6%;随着空隙率的增大,钢渣多孔超薄磨耗层混合料的相关路用性能除了排水性,均有所下降;肯塔堡飞散试验结果表明钢渣的掺入提高了沥青用量,且增强了骨料的插层性,从而获得更好的抗松散性,但随着空隙率由18%增至24%,钢渣混合料标准飞散损失增大了41.8%,标准条件下测得的质量损失都小于高温或冻融条件,且高温条件下的水分损伤评价效果优于冻融循环条件。