非均布载荷下充填开采岩层连续弯曲移动力学模型

为了通过采空区充填控制顶板岩层连续弯曲移动,实现保护矿区生态,提出了充填开采覆岩移动"四带"划分:充填体压缩带、连续弯曲下沉带、关键层承载带和生态保护稳定带。试验研究了不同配比(2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)矸石和粉煤灰的压缩力学特性,得出充填体的"应力-应变"关系近似呈抛物线关系。充填体压缩初期(0～2 MPa)快速变形,压缩后期(>6 MPa),变形量增长较缓慢,可知充填体初期捣实对岩层变形控制起重要作用。当矸石和粉煤灰配比为4∶1时,充填体抗压变形性能最好。分析了工作面后方应力降低和近似线性恢复的关键层承载保护机制。基于充填体压缩特性和工作面后方应力非均匀分布,建立了非均布载荷作用下充填顶板岩层连续弯曲力学模型,得出了充填开采顶板岩层连续弯曲变形的力学条件,实现对充填开采顶板连续弯曲移动的准确判定。数值模拟分析了不同充填率时上覆岩层移动规律,得知当充填率大于90%时,顶板岩层近似发生连续变形移动,且直接顶和地表最大下沉量的模拟结果与理论预测非常接近。     

Ho3+共掺杂对NaYTiO4:Er3+发光粉上转换发光调控作用研究

采用固相法于1 100℃下成功制备了钙钛矿结构NaYTiO_4∶Er~(3+), Ho~(3+)上转换发光粉。借助980 nm激光器系统研究了发光粉的上转换发光(UCL)特性及掺杂离子对UCL色纯度的调控作用。上转换发光测试结果表明,发光粉的上转换发光由波长位于525～560 nm的绿光和640～680 nm的红光组成,分别源于Er~(3+)的~2H_(11/2)、~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)跃迁。Ho~(3+)共掺杂会显著改变发光粉UCL的光谱组成。Er~(3+)离子单掺时,上转换发光以绿光为主。随着Ho~(3+)离子的引入,发光粉红光发射占据主导,且红绿光强度分支比(I_R/I_G)随Ho~(3+)浓度的提高由0.97增大到6.30,呈现优异红光色纯度。上述现象可归因于Er~(3+)→Ho~(3+)的能量传递。Ho~(3+)共掺杂引起的~4S_(3/2)(Er~(3+))+~5I_8(Ho~(3+))→~4I_(13/2)(Er~(3+))+~5I_6(Ho~(3+))过程,为Er~(3+)离子绿光的猝灭提供了渠道,随后Er~(3+)的~4I_(13/2)→~4F_(9/2)激发态吸收导致了红光发射的显著增强。     

基于岩层移动类双曲线模型的水资源“浅保-深储”方法

针对煤炭开采导致地下水位下降和地表植被破坏等生态问题,基于保水采煤的科学内涵和采动覆岩移动类双曲线模型,建立了采动覆岩不同层位含水层“浅保-深储”差异化保护方法。即在上覆岩层破坏损伤最窄的主关键层下离层区注浆控制其上部岩层不破断,保护潜水水位和地表生态;其下部破坏的含水层利用采空区垮落岩体的空隙储存起来,经自净化后再利用。“浅保-深储”模型融合了采空区充填和煤矿地下水库保水的各自优势,并给出其适用的覆岩条件。根据采动覆岩“类双曲线”破坏移动特征,理论推导了主关键层下离层区初次注浆、周期注浆步距以及注采比,分析了注采比受主控参数的影响规律,得知注采比随垮落角和主关键层与煤层间距的增大而减小,随充分采动角和工作面推进距离的增大而增大。采用现场实测注浆数据对理论注采比进行验证,2者基本吻合。采用数值模拟对比分析了覆岩含水层“浅保-深储”、采空区充填保水地下水库的储水效果和煤柱稳定性,获得了采动覆岩移动和地下水流动均具有显著的“类双曲线”特征。基于理论注采比在主关键层下离层区注浆能够实现不同层位含水层“浅保-深储”,且该保水方法煤柱支承压力最大可降低60.8%,显著提高了储水采空区隔水煤柱的安...     

柠条塔矿不同深度覆岩波速特性及其物理参数相关性研究

为了分析陕北矿区岩层内天然孔隙-裂隙及其对地下水流场分布的影响,本文采用超声波无损检测技术对陕北柠条塔矿2-2煤覆岩进行波速测试,以反映陕北矿区覆岩天然孔隙-裂隙发育情况,得出岩层垂直方向(轴向)纵波波速V PA和水平方向(环向)纵波波速V PC随埋深H和密度ρ的变化规律,发现岩层埋深H与轴向纵波波速V PA呈近似线性...     

滨海地区地表温度空间异质性影响因素探究

随着城市化进程不断加快, 地表温度升高引起的城市病日益严重。为深入认识滨海城市地表温度的影响因 素, 进而为改善人居环境和生态健康提供科学数据支撑, 采用单窗算法反演了大连市内甘井子区、西岗区、沙河口区 和中山区四区地表温度, 并综合运用多尺度地理加权回归模型 (Multiscale-GWR) 结合归一化建筑指数 (NDBI)、归一 化植被指数 (NDVI)、改进的归一化水体指数 (MNDWI) 和归一化裸土指数 (NDBAI), 探究了地表温度与下垫面指数 空间异质性关系。研究结果表明: (1) 大连市内四区的地表温度呈现由东向西递减的分布态势, 中山区、沙河口区和 西岗区的北部地表温度较南部高, 甘井子区西南部地表温度较其他区域低。 (2) 大连市内四区地表温度与下垫面指数 关系基本上不存在全局效应, 空间异质性很强, Multiscale-GWR 模型可以较好地拟合下垫面指数与地表温度相关关 系。 (3) 从相关系数来看, 下垫面指数对地表温度的影响作用力表现为: NDBAI > NDVI > MNDWI > NDBI, NDBAI、 NDVI 和 MNDWI 指数总体上呈现负相关效应, NDBI 总体上呈现正相关效应。     

煤与油页岩上行卸荷联合开采破坏行为及模拟分析

基于龙口北皂煤矿工程背景,提出了煤与油页岩上行卸荷联合开采方法。指出了煤与油页岩联合开采需要解决的关键问题:油页岩破坏机理与峰后强度特性、油页岩工作面布置与回采巷道围岩控制、煤与油页岩联合开采的非连续破断数值分析等。研究认为油页岩在下部煤层开采后处于峰后破坏阶段,之后被重新压实,强度有所回升,油页岩开采应处于中间某一合理强度区间。研究表明北皂矿煤2与油页岩联合开采的合理层间距范围为[13.2 m,32.9 m],且油页岩开采工作面应滞后煤层开采工作面大于125 m。煤与油页岩联合开采在龙口北皂矿成功进行了工程实践,取得了良好的经济效益,实现了煤矿的可持续发展。     

我国煤矿巷道支护理论及技术的现状与发展趋势

巷道支护理论和技术是煤矿岩层控制研究的核心内容。 本文系统梳理了煤矿巷道的代 表性支护理论,从围岩内部、巷道表面和复合控制三个方面详细阐述和分析了巷道支护技术,在 此基础上,探讨了巷道支护下一步可能的研究重点。 在支护理论方面,新奥法、松动圈、围岩强度 强化等理论较为成熟,承压环、强帮强角和等强支护等新理论不断涌现。 支护技术方面,围岩内 部支护包括锚杆(索)、注浆和卸压技术;表面支护主要包括砌碹、金属支架和钢管混凝土支架支 护技术;复合控制主要包括注浆-锚杆(索)、棚-索以及注浆-棚-索复合技术,并重点介绍了新型 的全空间桁架锚索协同控制技术。 总的来看,围岩与支护体的协同作用机制、新支护材料和技术 体系、让压机理和技术以及成熟定量的支护设计方法等仍需深入研究。     

不同厚度岩层破断模式实验研究

顶板破断是采场矿压显现的根本原因,现有很多成果是基于梁或薄板模型而来,而顶板的厚度直接影响了顶板的破断行为。自主研制了采空区顶板破断模拟实验装置,在均布载荷作用下对四边固支不同厚度顶板进行了破坏实验研究。实验结果验证了薄板基本以沿长边的"O-X"型断裂模式为主,而厚板不仅有沿长边的"O-X"型和沿短边的"O-X"型断裂模式,还有"O-?"型的断裂方式。研究结果表明:薄板破断主要受到最大弯曲应力的影响。随着板厚度增加,横向剪切力的作用在加强,此时厚板的破坏主要受到弯曲和剪切耦合作用,导致其破坏行为更为复杂。     

充分采动覆岩“类双曲线”破坏移动机理及模拟分析

针对传统地表沉陷预计理论对岩层移动力学机理解释不足,以及岩层内部破断移动规律不明晰的问题,本文结合Hoek-Brown强度准则和最大剪应力准则分别对基岩和表土层的破断移动特征进行力学分析,揭示了覆岩"类双曲线"破坏移动机理,采用分段函数对其表征。分析了覆岩移动"类双曲线"随表土层厚度、基岩摩擦系数等敏感性参数的变化特征。得出地表沉陷范围理论计算公式,并通过实测数据进行验证。运用离散元PFC模拟获得了覆岩位移场呈"类双曲线"形态,一定程度上验证了"类双曲线"模型的合理性。