王凯
- 作品数：31 被引量：132H指数：6
- 供职机构：太原理工大学矿业工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家杰出青年科学基金山西省自然科学基金更多>>
- 相关领域：矿业工程天文地球自动化与计算机技术电子电信更多>>
- 关键柱柱旁充填岩层控制基础理论被引量：20
- 2021年
- 采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论,提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法,揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理,确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数,评价了关键柱柱旁充填岩层控制的效果,并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。结果表明:①关键柱柱旁充填岩层控制技术方法通过在采空区煤柱群体系的关键柱旁边实施柱旁双侧全部充填、柱旁双侧部分充填、柱旁单侧全部充填或柱旁单侧部分充填等工艺,使采空区中形成的柱旁充填体不仅能对关键柱起到侧护作用,还能形成“关键柱-柱旁充填体”的协同承载结构体,进而实现采场岩层移动的有效控制,并保障煤炭资源的安全高效绿色开采。②关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理主要体现在4个方面:关键柱与柱旁充填体的耦合承载、柱旁充填体对关键柱产生侧向约束、关键柱受力状态向应变强化的转变、关键柱强度的长期劣化减弱。③关键柱柱旁充填体的材料以返井固废充填材料和原位固废充填材料为主,柱旁充填体的极限抗压强度应大于或等于其分担的载荷,柱旁充填后“遗留煤柱-柱旁充填体”耦合承载体中屈服区的宽度不能扩展与延伸至“关键柱”的原始弹性核区内,柱旁充填体的形态主要包括矩式、梯式、台阶式和多级梯式四大类。④柱旁充填后关键柱的应力集中程度会降低,其两侧塑性核区的宽度减小,且中央区域弹性核区的宽度增大;“关键柱-柱旁充填体”的应力分布与塑性区分布特征表明关键柱柱旁充填岩层控制的效果良好。⑤关键柱柱旁充填岩层控制基础理论不仅可以用于采空区遗留煤柱群链式失稳的防控,还能应用于优质遗留煤炭资源复采和地下空间维护与利用等技术领域,更能推广
- 白锦文崔博强戚庭野戚庭野王凯朱卫兵王凯康立勋
- 关键词：岩层控制
- 基于GMS和NCC/GU-WG的晋祠泉水位及流量预测被引量：3
- 2016年
- 在综合分析晋祠泉域地质、水文地质资料的基础上,基于GMS建立了泉域三维地质结构模型和分布参数的地下水流数值模型,并结合中国天气发生器(NCC/GU-WG)预测的降雨量数据,模拟了不同岩溶水压采方案下晋祠泉口岩溶水位的变化,并预测了晋祠泉的出流时间和流量。结果表明,从经济和可行性角度来看,逐年压采泉域岩溶水较易实现,且可加快晋祠泉的复流,是较为理想的复流方案。
- 范杰贾振兴郑秀清臧红飞王凯张佩
- 关键词：GMS
- FRP包裹对煤充结构体劈裂破坏特征的影响被引量：1
- 2023年
- 柱旁充填中煤柱与充填体共同组成具有协同承载作用的煤充结构体,二者之间的界面为煤充结构体薄弱环节。界面失稳会诱发煤充结构体的整体失稳,FRP包裹可以用于增强界面稳定性。本文开展不同界面角度情形下煤充结构体的3组巴西劈裂试验(不进行FRP包裹、FRP包裹1圈和FRP包裹2圈),结合DIC和声发射监测技术,研究FRP包裹对煤充结构体劈裂破坏特征的影响。结果表明:(1)煤充结构体界面上所受荷载超过界面抗拉强度或界面抗剪强度时会产生界面裂纹;煤体元件或充填体元件所受荷载超过其抗拉强度时会产生拉伸裂纹;FRP包裹后,煤充结构体能够承受的荷载增加,积聚的能量不能通过界面分离释放,使得煤体元件上出现集中破坏区。(2)随着界面角度增大,界面裂纹由拉伸裂纹转变为剪切裂纹;FRP包裹后,界面裂纹的发育程度显著降低,且其脆性特征也会减弱。(3)煤充结构体应变带的扩展方向包括沿着加载方向扩展和沿着界面方向扩展2种;FRP包裹会增大煤充结构体界面的抗拉强度和抗剪强度,使得界面稳定性增强。(4)FRP包裹可以提高煤充结构体试样的AE计数,并削减试样最终发生失稳时的损伤程度。(5)FRP包裹后煤充结构体的AF-RA数据点数量增多,FRP包裹使得试样在失稳前能经历更多的裂纹产生与扩展。该研究成果有望为柱旁充填中煤充结构体的劈裂失稳防控提供理论指导。
- 白锦文杨欣宇史旭东冯国瑞冯国瑞宋诚王凯王凯
- 关键词：采矿工程劈裂破坏DIC
- 非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性分析被引量：6
- 2021年
- 选取非等宽复合柱采区中部遗煤的开采为研究对象,采用数值模拟、相似模拟和理论分析相结合的方法,从遗留煤柱稳定性、围岩应力分布环境及岩体结构稳定性3个角度出发,系统分析了非等宽复合柱采区中部遗煤开采的可行性。结果表明:复合采动影响下残采区遗留宽煤柱的稳定性强于窄煤柱,中部遗煤开采过程中超前支承压力会与遗留煤柱内集中应力相互叠加,导致窄煤柱发生超前失稳,并强化宽煤柱的应力集中程度。复合柱式开采后采场会形成"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁岩体结构和"下位承载层-遗留煤柱"连续梁岩体结构。中部遗煤开采过程中,上位层间岩层中的"控制层"结构会逐步发生破断失稳,尤其在通过宽煤柱时会发生切落式失稳,引发"遗留煤柱-上位控制层"倒置连续梁耦合承载结构的破坏,并导致强矿压显现;"下位承载层-遗留煤柱"连续梁耦合承载结构在中部遗煤开采过程中能够保持整体稳定。晋华宫煤矿非等宽复合柱采区中部遗煤开采可行性良好,当工作面通过复合柱采区重叠式遗留煤柱对应的高应力区域时,需要采取柱旁充填、煤柱预裂或切顶卸压等超前防控技术来削减采场强矿压。本研究可以为非等宽复合柱采区中部遗煤的安全高效开采提供良好的理论支持。
- 冯国瑞杨文博白锦文白锦文崔博强王凯史旭东
- 关键词：围岩结构可采性
- 遗留群柱中关键柱判别方法与软件被引量：4
- 2022年
- 关键柱局部失稳会诱发煤柱群(简称“群柱”)体系的链式失稳及其围岩的联动破坏。关键柱位置的判别是柱式采空区煤岩体链动失稳科学防控的基本前提。首先界定了遗留煤柱最小等效宽度的概念,提出了4种确定不同形态遗留煤柱最小等效宽度的方法,优化了遗留煤柱自身强度的计算方法;其次,引入应力扩散的最大距离L,改进了遗留煤柱承担载荷的计算公式;然后,分别确定了待研究区域内各个遗留煤柱的安全系数,并将安全系数最小的遗留煤柱判别为关键柱;最后,形成了遗留群柱中关键柱判别的技术方法,并运用Python语言开发了关键柱智能判别的KPDS软件。结果表明:(1)最小等效宽度为不同形态遗留煤柱的最小实用承载宽度;内切圆法、最短边法、辅助线法和短轴线法可以用于确定采空区规则/不规则形态遗留煤柱的最小等效宽度;(2)内切圆法适用于确定横截面为三角形和正多边形遗留煤柱的最小等效宽度;最短边法适用于确定“横截剖面存在最短边且其邻近2边相互平行”遗留煤柱的最小等效宽度;辅助线法适用于确定“横截剖面存在最短边且其2条邻边不相互平行”遗留煤柱的最小等效宽度;短轴线法适用于确定半圆形遗留煤柱、圆形遗留煤柱和椭圆形遗留煤柱的最小等效宽度;(3)遗留煤柱承担的载荷不只是从属面积上覆岩的载荷,还包括邻近范围覆岩所传递扩散过来的载荷;考虑应力扩散最大距离可以更加准确计算遗留煤柱承担的载荷;(4)基于最小等效宽度和载荷扩散最大距离,能够确定待研究采空区内安全系数最小的遗留煤柱,可以进一步判别出关键柱,并形成关键柱判别的技术流程;(5)关键柱判别KPDS软件是Key Pillar Determination Software的简称,主要包括:登录界面、参数导入界面、强度计算界面、承载与安全系数计算界面和关键柱判别界面;该软件可以快�
- 白锦文宋诚王红伟王红伟戚庭野冯国瑞王凯王凯王凯郭军
- 柱旁单侧充填煤充结构体的破坏响应特征与失稳机制
- 2023年
- 为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发射特征的BP煤充结构体单轴压缩损伤模型;最后,揭示BP煤充结构体单轴压缩的失稳机制。研究结果表明:随着煤体元件体积占比的增加,BP煤充结构体的承载能力逐渐减小,弹性模量先减小后增大,而峰值应变先增大后减小。BP煤充结构体试样在单轴加载过程中,应变集中带首先出现在煤-充界面,其次出现在体积占比较大的元件中,最后出现在体积占比较小的元件中;最大声发射能量均出现在体积占比较大的元件中。BP煤充结构体试样的损伤会经历一个渐进损伤过程,主要包括初始损伤阶段、损伤发展阶段和损伤衰减阶段;煤体元件体积占比越大,BP煤充结构体损伤值增长越迅速,也更易造成结构体突然失稳;相反,充填体元件体积占比的增大会延缓BP煤充结构体试样的损伤速度。BP煤充结构体试样的失稳最早由煤-充界面的剪切破坏或拉伸破坏所引发,之后煤体元件或充填体元件发生联动破坏,导致BP煤充结构体试样丧失整体承载能力,并引发最终失稳。
- 崔博强白锦文冯国瑞冯国瑞王善勇王凯王凯杨欣宇郭军
- 关键词：单轴加载
- 瞬变电磁法运用GDP-32~Ⅱ探测煤层采空区的效果被引量：5
- 2012年
- 瞬变电磁法(TEM)是应用较广的一种电法勘探技术,GDP-32Ⅱ多功能电法仪是近几年来发展较快的电法勘探仪器。利用GDP-32Ⅱ多功能电法仪的瞬变电磁法(TEM)的探测功能探测煤层采空区发展尚不成熟,本文综合地面物探瞬变电磁法的应用发展技术,根据探测区的地球物理特征,运用GDP-32Ⅱ多功能电法仪,以探测斜沟煤矿采空区为例,通过对实测资料的处理和计算机绘图等综合分析,准确地探测出了采空区的位置,说明瞬变电磁法应用GDP-32Ⅱ多功能电法仪探测煤矿采空区能够取得较好的效果。
- 王凯刘鸿福
- 关键词：瞬变电磁法煤矿采空区
- 基于FMM-GRA体系改进的DRASTIC模型在地下水脆弱性评价中的应用被引量：1
- 2015年
- 针对DRASTIC模型忽略了指标值连续性和权重值差异性的问题,基于模糊数学法和灰色关联度方法,建立了FMM-GRA评价体系,应用该评价体系对DRASTIC模型进行改进,并利用改进后的DRASTIC模型评价了静升盆地地下水的脆弱性。结果表明,改进后的DRASTIC模型得到的静升盆地地下水脆弱性空间分布与实际污染状况吻合较好。
- 张佩郑秀清王凯
- 关键词：地下水脆弱性模糊数学法
- 巷道端部锚固锚杆抽射机理分析
- 2012年
- 诠释了煤矿巷道端头锚固锚杆抽射的概念,采用断裂力学和弹性力学的方法分析了发生锚杆抽射的力学机理,提出了锚杆断裂后由锚孔射出的动能由两部分组成(一部分来自锚固锥内岩体积聚的弹性能,另一部分来自锚杆受轴向载荷作用储存于杆体内的弹性能),并给出了锚杆射出部分的动能计算方法。
- 王凯杨晓成乔永凤
- 关键词：端部锚固
- 基于MAPGIS分析多煤层开采对上覆含水层的影响被引量：4
- 2016年
- 在采煤活动中没有对地下水采取科学、合理、有效的保护措施,导致中国各地区地下水资源受到了不同程度的影响和破坏。以山西峙峰山煤矿环境影响评价为例,在多煤层同时开采时,运用地下水非稳定流解析法预测煤矿开采对地下水水位的影响。根据采区划分,将井田周边进行网格化剖分,使用MAPGIS软件将网格节点进行坐标属性化,导出各节点的坐标值,计算各节点到各采区中心的距离,采用地下水非稳定流公式计算出水位降深值。通过MAPGIS软件属性连接功能将计算好的降深值附加到节点中,通过软件的数字地形分析功能绘制出不同开采年的降深等值线图。可用于评价煤矿不同开采时段周边地下水水位的下降情况,为地下水资源的保护提供科学依据。
- 王凯张永波张志祥杨展
- 关键词：MAPGIS数字地形分析解析法
