• 論文
                        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

                        2022年“新銳科學家”特刊(更新中)

                        來源:煤炭學報

                        為全面展示我國煤炭行業青年學者的最新原創科技成果,鼓勵我國煤炭行業青年科學家把更多的代表性科研成果發表在祖國大地上,助力青年科學家成長成才,《煤炭學報》編輯部于2022年第2、3期組織策劃了“新銳科學家”特刊。

                        行業視野

                        煤炭學報

                        類別

                        270個

                        關鍵詞

                        337位

                        專家

                        57篇

                        論文

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                        • 作者(Author): 王兆會, 孫文超, 水艷婷, 劉鵬舉

                          摘要:隨著淺部煤炭資源開采殆盡,深部煤炭資源開發成為我國東部礦區面臨的一大難題。深部礦井具有高應力、強擾動、節理裂隙發育等特點,導致煤壁高程度片幫、頂板大范圍漏冒、巷道大變形破壞等圍巖失穩現象頻發,威脅安全生產。為提高深部開采圍巖控制效果,本文以口孜東礦千米深井超長工作面為工程背景,采用現場實測、室內實驗、數值計算和理論分析等手段研究超前采動應力旋轉軌跡及其推進方向效應。結果表明:千米深井超長工作面支承壓力呈現以峰值影響區為邊界的空間分區特征,超前影響范圍和煤壁破壞寬度分別達到150 m、8~12 m,采動應力發生大幅度旋轉現象,高應力和應力旋轉共同驅動工作面圍巖破壞失穩。強采動影響下超前采動應力向采空區傾斜,走向影響范圍達到200 m;兩側采動應力向巷道傾斜,傾向影響范圍達到15 m。以平行于工作面推進方向的豎直平面為基準,采動應力旋轉軌跡經歷面外慢速偏離、面外快速靠近和面內協同旋轉三個階段。工作面推進方向對采動應力旋轉軌跡具有強烈控制作用,當其與最小地應力方向平行或垂直時,采動應力旋轉軌跡呈對稱分布形態,兩者處于其他空間位置關系時,采動應力旋轉軌跡呈非對稱分布形態。推進方向與最小地應力方向之間的夾角增大,采動應力面外慢速旋轉階段縮短,快速回旋階段增長,但面內協同旋轉階段始終落在平行于工作面推進方向的豎直平面?;趪鷰r裂隙分布特征,實現圍巖穩定性的應力方向敏感區識別,裂隙賦存穩定,應力方向敏感區為局部覆蓋型;裂隙隨機分布,應力方向敏感區轉為全區覆蓋型。根據應力方向敏感區形態提出了優勢采動應力旋轉軌跡確定原則,指導推進方向選擇與優化,為深部開采圍巖控制提供新思路。
                        • 作者(Author): 趙小燕, 趙靜平, 曹景沛, 姚乃瑜, 魏富, 馮曉博, 陳晨旭

                        • 作者(Author): 林海飛, 季鵬飛, 孔祥國, 李樹剛, 魏嘉寧, 周雨璇

                        • 作者(Author): 高明忠, 謝晶, 楊本高, 唐瑞烽

                        • 作者(Author): 戚緒堯, 王濤, 陳良舟

                        • 作者(Author): 王亮, 郭海軍, 程遠平, 王凱, 徐超, 蔣靜宇, 吳昱辰, 廖曉雪, 唐寒露

                          摘要:為研究巖漿巖賦存環境對煤層瓦斯動力災害的影響,綜合理論分析、實驗室實驗、多手段數值模擬、工程實踐等方法,對巖漿巖侵入煤系地層后的熱變質作用特征、煤體化學結構和物理規律變化特性等進行了系統研究與對比分析,并探討了巖漿巖賦存環境下煤巖瓦斯動力災害發生機制及防控關鍵技術。結果表明:(1)巖漿冷卻-向圍巖傳熱的散熱方式為熱傳導,其熱演化和接觸變質作用不僅提升了煤體的變質程度并使其呈現自然分區特征,還導致煤體內部脫氧、去氫、富碳的趨勢逐漸明顯;(2)巖漿巖侵入煤系地層后,構造應力疊加熱演化作用易造成影響區內煤體發生構造煤化,導致煤中孔容和比表面積增大,對瓦斯的吸附解吸能力亦增強;(3)巖漿巖賦存環境中煤體發生“二次生烴”,而致密低滲巖床的圈閉作用進一步提高了異常應力環境下伏煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力,增大了其煤與瓦斯突出危險性;(4)煤炭開采導致厚硬巖漿巖床失穩破斷產生的沖擊載荷作用于下伏含瓦斯煤層后,應力疊加等同于加大了煤層埋深并使煤體產生塑性破壞,能量疊加使得煤體災變潛能提高,是導致煤層瓦斯動力災害發生的主要因素。在上述研究基礎上,結合巖漿巖賦存環境中煤層及其瓦斯賦存特征,建立了煤巖動力災害預測敏感指標體系,并提出了煤層瓦斯動力災害防控關鍵技術。
                        • 作者(Author): 馮上鑫, 王善勇

                          摘要:為揭示鉆頭旋切作用下巖石破碎機理,開展地層巖石可鉆性分布識別研究?;谧灾频膸r石旋轉切割裝置,分別對花崗巖、大理巖和石灰巖的標準巖樣進行不同加載壓力和旋轉速度下的室內巖石旋切破碎試驗,通過旋轉切割裝置中的鉆進監測系統和高速攝像機分別記錄巖石旋切破碎過程中鉆進參數變化(加載壓力、旋轉速度和旋切扭矩)和巖石旋切破碎表象特征,并統計不同鉆進條件下的破碎巖屑重量和尺寸分布等參數分析巖石旋切破碎控制因素。試驗結果表明:巖石旋切破碎過程中,鉆頭在貫入和切割共同作用下呈螺旋線型侵入巖石內部并導致巖石分別發生貫入破碎、剪切破碎和拉伸破碎,其中部分大尺寸巖屑因吸收的切割破碎能較大而發生崩裂,但大部分破碎巖屑堆積在鉆頭切割路徑內,增加了切割摩擦能;加載壓力是巖石旋切破碎程度的主要影響因素,在相同加載壓力下,破碎巖屑重量和尺寸分布分別受巖石抗壓強度和抗拉強度影響;旋切扭矩與加載壓力呈正線性關系,且巖石耐磨性和切割比能越高,該線性斜率也越高,而鉆頭旋轉速度不影響該線性斜率變化。據此提出了不受鉆進條件影響且僅與巖體固有屬性(巖石固有切割比能和巖石摩擦系數)相關的巖石可鉆性理論評價模型,并通過已有文獻原位鉆進數據驗證了該巖石可鉆性評價模型在實際工程中的有效性。
                        • 作者(Author): 劉靜, 劉盛東, 王勃, 路拓, 劉志新

                          摘要:水巖耦合演化是重大水害防控面臨的核心科學問題之一。在全空間地電場探測中,自然電場可指示水體流向且對滲流演化行為的時域響應更超前,將其與激勵電場、感應電場對物性的空間表征能力相結合,可提升探測的時空精度、獲取水巖耦合演化監測及臨災預警的新突破。在裂隙巖體滲流、破碎巖體滲流等非飽和滲流及突變過程中,鑒于自然電場受流動電位控制且與水巖耦合演化、尤其是過水區的演化密切相關,故把在自然電場全空間監測工作中出現的、水流充分接近測點(含覆蓋)時誘發的自然電場異常響應定義為一種近源效應,其主要特征為:(1)不存在過水事件時,自然電位隨水流向測點的靠近而攀升、隨水流與測點的遠離而下降;(2)存在過水事件時,自然電位隨水流向測點的靠近而攀升、隨水流覆蓋測點而出現相位突變(相對其它測點而言)和負向跳變、而后恢復攀升趨勢但最終隨著水流與測點的遠離而再次下降;(3)因裂隙發育的非均質性,同一條測線上往往只有部分測點發生過水事件,這可根據自然電位的相位突變、負向跳變及視電阻率(或電阻率)圖中的低阻演化等綜合響應特征予以識別。利用自然電場法與直流電阻率法的并行探測關鍵技術,可實現地下水滲流狀態及觀測系統過水事件的有效判識;由此再對自然電位與直流電阻率數據進行耦合分析,由此實現對導水通道及富水區演化特征的精細解釋和對水巖耦合演化趨勢的超前預測,為礦井、隧道、地鐵及其他地下空間工程中的重大水害防控提供有效方法。
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