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[发明专利]一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法-CN202310840312.2在审
发明人：孟庆彬;辛学奎;陈彦龙;张军;范钢伟;陈方明;马军杰 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2023-07-10 - 公布日： 2023-09-22 - 主分类号： E21D21/00 文献下载
摘要：本发明公开的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法，属于巷道、隧道地下工程支护领域。包括套筒和锚杆主体两部分，套筒设置在锚杆主体外侧，锚杆主体沿轴线从尾部到头部顺序分为螺纹杆体、中间杆体和让压杆体，在让压杆体处设有高强度螺母和高弹性弹簧，利用高强度螺母对高弹性弹簧的挤压来吸收能量，实现锚杆主体与套筒的相对移动，进而实现让压效果；利用套筒端部的注浆密封盘和中间杆体的固定喷洒来实现分段注浆；最后通过逆时针旋转锚杆主体完成锚杆主体的回收工作。其既能实现让压效果，又可解决分段注浆问题，还能进行回收再利用，具有功能多样、结构合理、节约成本、经济适用的优点。
一种可回收喷洒分段注浆让压锚杆装置及其使用方法

[发明专利]一种基于关联性学习的高效导水裂隙带高度预测方法-CN202310587216.1在审
发明人：缪燕子;黄月;张东升;范钢伟 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2023-05-23 - 公布日： 2023-08-15 - 主分类号： G06F18/20 文献下载
摘要：一种基于关联性学习的高效导水裂隙带高度预测方法，收集矿井资料得出影响煤矿区的主要影响因子序列并作为相关因素序列，将导水裂隙带高度作为原始数据序列，对原始数据序列及相关因素序列累加处理与灰色关联学习，得出各个影响因素对系统行为的关联度，从相关因素序列中任取2个序列并成一组，计算各组的皮尔森相关系数，对皮尔森相关系数取绝对值，与判决门限做对比，大于判决门限的进入优胜区，将优胜区的相关因素序列组，作为有效影响组，形成新的模拟预测序列；建立导水裂隙带高度预测模型，强化交互思想，得出本发明的导水裂隙带高度预测模型，有效提高模拟的稳定性，精准预测，同样适用于巨厚煤矿区的导水裂隙带高度，具有较强的应用性。
一种基于关联性学习高效裂隙高度预测方法

[发明专利]一种粘土质隔水岩层相似材料及其制备方法-CN202310072966.5在审
发明人：张世忠;范钢伟;张东升;敦思勤;陈梁;范张磊;骆韬;倪惠宁;岳鑫 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2023-02-02 - 公布日： 2023-05-26 - 主分类号： C04B26/04 文献下载
摘要：本发明公开一种粘土质隔水岩层相似材料及其制备方法，包括矿物组分材料、强度调节材料、渗透性调节及胶结材料和水，所述矿物组分材料包括石英砂10～90份，高岭石粉5～70份，蒙脱石粉5～50份，伊利石粉0.1～30份，斜长石粉0.1～30份，钾长石粉0.1～20份，白云石粉0.1～20份，所述强度调节材料为石墨烯0.01～0.05份，所述渗透性调节及胶结材料为聚乙烯醇5～15份，所述水为去离子占总料比重的15～25％；以上组分均以质量份数计。该相似材料从岩石内在颗粒粒径和矿物组分相似角度出发达到岩石外在强度、渗透性、应力‑应变和水‑岩作用特征相似，相似程度更高；同时，聚乙烯醇能够与石墨烯和矿物组分材料发生聚合反应，生成石墨烯/聚乙烯醇/矿物质聚合物，使相似材料整体胶结性更好，渗透性、微观结构特征与实际粘土质隔水岩层相似性更强。
一种粘土质隔水岩层相似材料及其制备方法

[发明专利]一种无煤柱采空区汇水防治方法-CN202210256987.8有效
发明人： 范钢伟;郭文豪;张东升;刘雨涛 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2022-03-16 - 公布日： 2023-04-28 - 主分类号： E21F15/04 文献下载
摘要：本发明实施例涉及煤矿开采防治水技术领域，公开了一种无煤柱采空区汇水防治方法。包括以下步骤：S1根据采高、采深、顶板强度上述因素确定无悬顶区的隔离墙体的位置、厚度与高度；S2在采空区留巷侧布设输水管、短注浆管和长注浆管；S3滞后工作面1~2个周期来压步距，通过所述短注浆管自下而上注入粗骨料、速凝浆料直到达到注浆终压以形成速凝挡墙；S4速凝挡墙注毕后，在所述的长注浆管内自下而上注入充填浆料直到达到注浆终压以形成充填隔体，最终完成整个隔离墙体；S5进行采空区汇水疏排。本发明满足墙体上方无悬顶且强度能抵抗矿压影响的基础上，解决无煤柱开采过程中采空区水汇集造成的生产干扰甚至矿井水灾等问题。
一种无煤柱采空区汇水防治方法

[发明专利]一种强冲击易自燃煤层回采工作面区段煤柱宽度确定方法-CN202111421301.8有效
发明人：张世忠;范钢伟;张东升;范祎博;骆韬;王旭阳;吴帆 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2021-11-26 - 公布日： 2023-04-28 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种强冲击易自燃煤层回采工作面区段煤柱宽度确定方法，本确定方法针对强冲击易自燃回采工作面并存的区段煤柱冲击和相邻采空区遗煤自燃发火双灾害防控难题，基于区段煤柱冲击危险与其自身宽度的正比关系和相邻采空区遗煤自燃发火危险与区段煤柱宽度的反比关系这一基本认知，通过建立区段煤柱冲击危险性系数与其宽度之间函数关系δr=f(D)和相邻采空区自燃发火危险性系数与煤柱宽度之间函数关系Qr=g(D)，进而确定能够同时满足区段煤柱无强冲击危险和相邻采空区无自燃发火危险的最优区段煤柱宽度，实现强冲击易自燃回采工作面的安全高效生产。本发明原理简单、快捷、可靠、现场应用性强。
一种冲击自燃煤层回采工作面区段宽度确定方法

[发明专利]一种基于浅表水系统稳定性约束的矿井布局方法-CN202210915541.1在审
发明人：张帅;张东升;冯国瑞;朱成;范钢伟;范张磊;梁帅帅;蔚蔚 -专利权人：太原理工大学
申请日： 2022-08-01 - 公布日： 2023-03-28 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明属于煤矿开采设计领域，具体涉及一种基于浅表水系统稳定性约束的矿井布局方法。包括以下步骤：S100：确定浅表含水层扰动指标Er；S200：选定矿区范围、矿井范围以及拟采矿井数量；S300：计算出拟采矿井不同开采高度条件下覆岩等效渗透系数；S400：建立单矿井开采含补给入渗浅表水渗漏模型；S500：对拟采矿井采用0‑1数学规划方法；S600：在确定开采矿井后，确定矿井的开采规模；S700：建立多个矿井开采条件下浅表水扰动定量评价模型，根据多个矿井开采条件下浅表水扰动定量评价模型累加得到矿井开采下浅表水系统的扰动程度量化指标；S800：给出浅表含水层扰动指标约束下的最优开采方案，即最大产能。本发明保证产能，实现区域内水资源的保护。
一种基于浅表水系稳定性约束矿井布局方法

[发明专利]一种底板灰岩承压水上原位保水采煤预警方法-CN202111491447.X有效
发明人： 范钢伟;倪惠宁;张东升;张世忠;陈铭威;高涵 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2021-12-08 - 公布日： 2023-03-14 - 主分类号： E21F17/18 文献下载
摘要：本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种底板灰岩承压水上原位保水采煤预警方法，所述预警方法对底板灰岩承压含水层水资源保护性开采进行预警；预警等级包括蓝色等级、黄色等级、橙色等级以及红色等级四种预警等级，预警等级通过四项预警指标进行表征，四项预警指标分别为灰岩承压含水层水位降深与灰岩承压含水层水位允许降深之比ηH、采煤工作面的涌水量变化率vQ、涌水点水压比降JP以及采煤工作面涌水中Ca2+的浓度变化率kCa。本发明所述预警方法根据四项预警指标进行分析预警，以实现原位保水采煤预警的目的。
一种底板灰岩承压水上原位采煤预警方法

[发明专利]关于无煤柱开采巷道围岩注浆需求性的判别评价方法-CN202211512519.9在审
发明人：王晓鹏;范钢伟;吴帆;倪惠宁;张高青;陈祖国;刘家宏;陶虹;潘明成 -专利权人：永贵能源开发有限责任公司新田煤矿;中国矿业大学
申请日： 2022-11-28 - 公布日： 2023-03-07 - 主分类号： G06F30/13 文献下载
摘要：本发明适用于巷道支护技术领域，提供了一种关于无煤柱开采巷道围岩注浆需求性的判别评价方法，该方法包括：分析现场钻取岩样，获得力学参数，使用3DUEC软件模拟围岩破坏情况，并以此为基础结合裂隙的密度和开度两指标对破坏情况进行细分，给出判定标准Kd；在现场借助钻孔窥视技术给研究区域划定破坏等级，判断注浆情况；结合现场钻孔窥视的结果，使用COMSOL软件模拟浆液扩散范围以确定合适的注浆锚索间排距和长度；注浆加固一段时间后在回采过程中可再次使用标准Kd对巷道围岩情况给出指导，确定是否复注，不断循环重复该步骤，直至工作面安全推过。该判定方法流程简单，判定精准，有效提高巷道安全性。
关于无煤柱开采巷道围岩需求判别评价方法

[发明专利]一种低渗抗分散岩石渗透改性材料-CN202210005365.8有效
发明人： 范钢伟;张东升;姜淑印;张世忠;范祎博;南天琦;孔梓涵 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2022-01-05 - 公布日： 2022-11-01 - 主分类号： C04B28/04 文献下载
摘要：本发明公开一种低渗抗分散岩石渗透改性材料，包括以下组分(以质量份数计)：超细硅酸盐水泥60～100份，石墨烯0.018～0.04份，超细粉煤灰12～30份，聚丙烯酰胺1.2～3.0份，高性能减水剂0.3～1.5份，水36～80份，煤矸石0～220份。本发明中石墨烯(GO)、超细粉煤灰的加入可对改性岩石中微米/纳米级孔隙进行填充，降低岩石渗透性。同时超细粉煤灰中的SiO2、Al2O3能够消耗水泥水化反应产生的Ca(OH)2，减少水环境下Ca(OH)2溶解后材料孔隙生成量，提高材料抗渗性能。聚丙烯酰胺(PAM)作为线型高分子聚合物，与石墨烯、超细粉煤灰中的SiO2反应，生成GO/PAM/SiO2复合水凝胶，能够对改性材料中胶体或微粒进行絮凝，提高材料抗水分散能力。
一种低渗抗分散岩石渗透改性材料

[发明专利]一种碱水环境煤矿巷道锚杆防腐蚀方法-CN202210425885.4在审
发明人： 范钢伟;陈勇;范张磊;殷聪;张东升;刘光旭;张世忠;张世国;苏丽君;谢雷 -专利权人：中国矿业大学;兖矿能源集团股份有限公司
申请日： 2022-04-21 - 公布日： 2022-07-26 - 主分类号： E21D21/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种碱水环境煤矿巷道锚杆防腐蚀方法，该方法综合考虑了碱水化学环境、锚杆受力状态、侵蚀龄期(服务年限)、锚杆直径等因素对锚杆热浸锌厚度的影响；根据煤矿巷道所处碱性水强度、类别(服务对象)、不同位置(两帮、顶板、肩窝)、锚杆直径等既定参数，即可确定热浸锌防腐层厚度。该方法为碱水环境下煤矿巷道锚杆热浸锌厚度提供支撑，在提升锚杆防腐能力及地质环境适用性的基础上，避免了热浸锌厚度过剩或不足。
一种碱水环境煤矿巷道锚杆防腐蚀方法

[发明专利]一种用于煤层的裂隙注浆封堵装置-CN202111043616.3有效
发明人：陈梁;张东升;范钢伟;王旭锋;张炜;茅献彪;张世忠;范张磊 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2021-09-07 - 公布日： 2022-06-17 - 主分类号： E21B33/13 文献下载
摘要：本发明涉及煤层开采辅助装置技术领域，具体的说是一种用于煤层的裂隙注浆封堵装置，包括主杆，所述主杆上连接有固定机构，所述固定机构包括固定环、限位环、转环、连接块和插杆，所述主杆上固定连接有所述固定环，所述固定环上固定连接有两个所述限位环，两个所述限位环上均滑动连接有所述转环，两个所述转环均与所述固定环滑动连接，两个所述转环上均固定连接有所述连接块，两个所述连接块上均固定连接有所述插杆，两个所述插杆上均连接有限位机构，所述主杆上连接有压浆机构，所述压浆机构包括顶缸、活塞、通孔、限位杆和竖孔，所述主杆上连接有所述换气机构，能够对煤层裂隙进行注浆以稳固煤层，并留出可以流通煤气的气孔。
一种用于煤层裂隙封堵装置

[发明专利]一种用于煤矿巷道的临时支护装置-CN202111120713.8在审
发明人：陈梁;范钢伟;张东升;王旭锋;张炜;茅献彪;张世忠;范张磊 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2021-09-24 - 公布日： 2021-12-03 - 主分类号： E21D23/00 文献下载
摘要：本发明涉及煤矿开采技术领域，具体的说是一种用于煤矿巷道的临时支护装置，包括两个底板，所述底板的底部安装有两个对称设置的转轮，所述底板的顶部转动连接有两个对称设置的支撑柱，四个所述支撑柱的顶端转动连接有同一个顶板，所述顶板的顶部固定安装有电机，所述电机的输出轴与对应的支撑柱固定连接，且四个所述支撑柱传动连接，所述底板上设有支撑机构，所述支撑机构与所述支撑柱传动连接，所述顶板的底部设有导风机构，所述导风机构包括四个对称设置的固定板，所述固定板上设有导风孔，能够便于在狭窄的巷道内进行移动，便于人们操作，且能够支撑稳定，同时还能对巷道内进行通风，便于人们使用。
一种用于煤矿巷道临时支护装置

[发明专利]一种地表裂隙带发育注浆封堵防塌陷固定导管-CN202111045122.9在审
发明人：陈梁;张东升;范钢伟;王旭锋;张炜;茅献彪;张世忠;范张磊 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2021-09-07 - 公布日： 2021-11-26 - 主分类号： E02D3/12 文献下载
摘要：本发明涉及裂缝注浆封堵技术领域，具体的说是一种地表裂隙带发育注浆封堵防塌陷固定导管，包括车板和浇筑筒，浇筑筒的顶部设置有加料管，车板的底部设置有四个万向车轮，浇筑筒的底部连通有浇筑导向机构，浇筑导向机构的底部连通有导管机构，浇筑筒的外侧设置有动力机构，浇筑筒的右侧安装有保护壳，动力机构位于保护壳内，浇筑筒内转动安装有混合杆，动力机构与混合杆相连，混合杆的外侧安装有多个搅拌杆，搅拌杆的外侧安装有多个支杆，本发明使用方便，可以自动混合粘合浆功能，可以节约人工，可以对粘合浆过滤，提高粘合浆与裂缝堵塞粘合效果，提高封堵效果，便于对导管机构固定和调节角度，方便注浆。
一种地表裂隙发育封堵塌陷固定导管

[发明专利]一种基于等效隔水层厚度的保水采煤判别方法-CN201911052019.X有效
发明人： 范钢伟;张东升;张世忠;任尚;骆韬;华世杰 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2019-10-31 - 公布日： 2020-12-11 - 主分类号： G01N15/08 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于等效隔水层厚度的保水采煤判别方法，具体步骤为：确定覆岩各岩层厚度Mi及覆岩总厚度M；测试采后覆岩各岩层的渗透系数Ki；计算覆岩等效渗透系数Kv；确定含水层水位深度H0及补给量V补给；确定采后含水层水头高度ΔH；计算能够实现保水采煤的临界等效隔水层厚度M等效；将临界等效隔水层厚度M等效与煤层顶板至隔水层所有岩层的总厚度M进行比较，最终判别煤层实现保水开采的可行性。本发明基于开采前后覆岩整体渗透率、漏失量、渗透系数等水理特性参数变化，从岩层隔水性本质上给出了保水采煤可行性的直接判别方法，更加准确、快捷、现场实际应用性强。
一种基于等效水层厚度采煤判别方法

[发明专利]一种基于含水层冻结的地下长壁工作面保水采煤方法-CN201811313217.2有效
发明人： 范钢伟;张东升;刘思想;张世忠;刘邦;信连凯;李其振 -专利权人：中国矿业大学
申请日： 2018-11-06 - 公布日： 2020-09-04 - 主分类号： E21C41/18 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于含水层冻结的地下长壁工作面保水采煤方法，该方法考虑采动过程中覆岩移动特征，通过目标含水层的空间位置、工作面开采尺寸、埋深及开采沉陷参数，确定采前含水层冻结帷幕的位置、厚度和冻结时间等参数；在冻结帷幕形成后进行工作面的回采；工作面回采完毕一定时间后，进行解冻恢复含水层的含水性。该方法简单易行，设计合理，可实现基于水资源保护的安全高效采煤，达到资源开采与生态环境保护相协调。
一种基于含水层冻结地下工作面采煤方法

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