主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
  • 作者(Author):丁国利鲁喜辉武少国刘永强
    关键词(KeyWords):深埋深超长工作面理论计算矿压规律支架适应性

    摘要:为探究蒙陕地区深埋深超长综采工作面的矿压显现规律及液压支架的适应性状态,以葫芦素煤矿21102首采工作面为工程研究背景,采用矿压理论计算、现场动态实时监测和KJ21软件分析等多种手段对液压支架的工作阻力、工作面周期来压及超前支承压力的变化规律进行了分析研究。结果表明:21102首采工作面初次来压步距为41.4m,周期来压步距为22.0 m;支架压力沿工作面倾向分为“低压区、高压区、低压区、高压区、低压区”5个区域,呈“马鞍形”分布;在工作面走向上工作面压力分为“低压区、过渡区、高压区”3个区域;从ZY10000-16/32型二柱掩护式液压支架在21102工作面使用情况来看,支架工作阻力富裕量较小,建议在蒙陕地区类似煤层赋存条件的综采工作面选用支架工作阻力在12000~14000kN的液压支架,以防工作面停产、过空巷和过断层期间顶板压力大导致大面积“压架”事故。
  • 作者(Author):曹民远李康闫瑞兵杜涛涛
    关键词(KeyWords):倾斜煤层沿空巷道预留煤柱煤体爆破大直径卸压孔

    摘要:为了解决宽沟煤矿西翼I010203工作面沿空预留煤柱侧巷道受到下方采空区侧向应力影响造成的应力集中现象,采用现场煤体应力计监测数据对比分析和数据无量纲化处理相结合的手段,分别对沿空沿空预留煤柱侧巷道上帮围岩应力和煤柱侧围岩应力分布情况进行了研究,研究结果表明:沿空预留煤柱侧巷道上帮煤体应力分布呈现浅部应力高于深部应力且4.5m位置的煤体应力集中程度最高、采动应力集中分布在为超前工作面50m-110.6m范围,巷道下帮煤体应力集中区位于9m以上的深部位置、采动应力集中分布在超前工作面50m-80m范围,并确定了沿空预留煤柱侧巷道上帮煤体预卸压范围50-120m,巷道下帮煤体的预卸压范围为60-80m。经参考经验数据以及理论计算,确定了沿空预留煤柱侧巷道上帮煤体爆破卸压工程和下帮煤体大直钻孔卸压工程的相关参数,结合PASAT探测和围岩应力数据对比分析结果,设计的煤体爆破卸压工程能有效降低预留煤柱围岩应力集中现象。
  • 作者(Author):李建忠康红普高富强娄金福
    关键词(KeyWords):支护应力场数值模拟控裂作用应力释放加固效应

    摘要:为研究原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及锚杆支护作用,采用UDEC-Trigon数值模拟方法,对不同预紧力及不同支护密度下的支护应力场及锚杆支护作用进行系统研究。研究表明:基于UDEC-Trigon方法提出了一种考虑原岩应力场及节理因素作用下获取锚杆支护应力场的合理方法;锚杆支护应力场分布特征与预紧力及支护密度紧密相关,预紧力对支护应力场影响更大;低预紧力时支护应力场呈零星、不连续分布,高预紧力时呈连续、整体分布;锚杆支护应力场与巷道围岩强烈变形破坏区呈“你大我小、你小我大”的动态博弈机制;高预紧力锚杆支护提供的主动约束力不仅可限制节理张开,还能增大节理面抗剪能力,抑制节理滑移,控裂效果显著;锚杆支护应力场由锚杆预应力场及锚杆抑制围岩变形破坏本该释放的应力两部分组成,前者表现为锚杆支护对无变形破坏围岩的加固效应,后者是锚杆支护对围岩变形破坏的主动及被动约束控裂作用结果。预应力场只占锚杆支护应力场的一小部分,但锚杆预紧力对锚杆支护应力场的产生及分布有极大的影响。
  • 作者(Author):张晓光杨悦孙彦景李松田志坚丁恩杰
    关键词(KeyWords):位姿识别多频连续波谐波反向散射相位差测距

    摘要:随着矿山生产过程的日趋无人/少人化,采掘装备位姿识别技术对煤矿井下安全生产和机器协同工作都具有十分重要的意义。为了解决在空间受限的复杂掘进作业环境下,电磁波频繁反射和散射会造成密集多径和大相位误差问题,采用无源宽带谐波标签生成可利用的谐波信号,建立基于非线性二次谐波反向散射的抗干扰模型,通过上、下行链路的频率分集,抑制矿井密集多径干扰;通过基于距离的几何定位方法,提出连贯发射宽带多频连续波(Coherent Sending broadband Multifrequency Continuous-wave,CSMCW)相位差测距算法,来解决大相位误差条件下的测距、定位和识别的准确性难题。并以掘进机为例,研究了基于CSMCW相位差测距的无源掘进机位姿识别方法。为了验证上述理论和算法的可行性,设定了长宽高为105m×4m×3m的掘进机仿真实验场景,分别对谐波标签抗干扰性能、CSMCW相位差测距和掘进机位姿识别效果进行了仿真测试。仿真结果表明:采用无源宽带谐波标签,与传统无源标签相比可以获得更大的信干比,具有较强的顽健性,能够有效抑制纳秒级密集多径干扰;与二次相差测距算法、参差频差测距算法相比,基于谐波反向散射抗干扰模型的CSMCW测距算法具有更强的鲁棒性,在低信噪比条件下定位测距可达到厘米级的分辨率,保证了掘进机位姿姿态角的识别;SNR=-5dB、测量距离为100m时,基于提出的多频连续波相位差测距的位姿识别方法得到掘进机航向角、俯仰角、横滚角最大误差精度约为2.3°,能够满足未来的应用要求。
  • 作者(Author):于永江刘峰岳宏亮张伟张仕鹏王鹏博
    关键词(KeyWords):岩体结构面扰动应力不同倾角滞后环曲线扰动阈值

    摘要:为了研究大型硐室或边坡中不同倾角岩体结构面在动力扰动下的变形特征和破坏机理,采用微控电液伺服疲劳试验机对不同倾角结构面岩石进行不同振幅的周期性动力扰动力学试验,实验结果表明:动力扰动下结构面岩石试件发生破坏时产生大量的沿着轴向发展的竖向裂纹,随后结构面岩石试件碎裂成相对较薄的片状或条状碎屑,在宏观上表现出沿着结构面倾向膨胀;每次加、卸载的应力应变曲线都会形成一条封闭的滞后环曲线,且该曲线总体呈现出疏-密-疏三个阶段的特征;在结构面岩体倾角一定时,滞后环曲线的面积及岩体的变形模量随着扰动应力幅值得增大而增大,表明扰动振幅增加使得扰动岩石在每个循环周期中内部积聚更多可消耗的能量,用于矿物颗粒之间的黏滑消耗以及原有微裂纹的增生和新裂纹的产生,导致岩石达到破坏所需的累积不可逆变形总量会降低,劣化试件的抗载性能;当扰动应力幅值一定时,滞后环曲线的变化幅度随着结构面岩体倾角的逐渐增大而增大,岩体的变形模量随之减小,岩石的阻尼比呈现先减小,然后稳定,再增大的趋势,反映了岩石中裂隙从初始变形(空隙压密)到等速变形(微破裂稳定发展)到加速变形(裂隙贯通)后整体破坏的过程;结构面岩石试件发生破坏的扰动应力幅值存在一个可用静载荷和结构面倾角进行确定的扰动阈值,当扰动应力幅值小于扰动阈值时,随着循环加卸载周期的增大,塑性应变值趋于稳定值,结构面岩石未发生破坏,岩石塑性应变积累值与扰动循环加载次数符合负指数函数,反之,当扰动应力幅值大于扰动阈值时,岩石塑性应变积累值与扰动循环加载次数的关系符合朗之万函数逆函数,对该两种函数中待定参数值变化对损伤曲线簇的影响规律分析,确定了该函数中待定参数的物理意义,并通过不同振幅循环加卸载条件下不同倾角结构面岩石内部能量变化过程分析,揭示了结构面岩石在循环荷载作用下的能量破坏机制, 该成果对于深部岩体结构面工程的工程设计与灾害防控具有重要的现实意义与学术价值。
  • 作者(Author):陈陆剑陶欣张缦高新宇赵孔友张守玉杨海瑞吕俊复
    关键词(KeyWords):超超临界CFB成灰磨耗粒度优化物料平衡床压降

    摘要:CFB锅炉炉内的物料平衡可以影响CFB锅炉安全稳定高效运行,研究炉内的物料平衡有助于指导实际锅炉的运行。本文根据清华大学提出的成灰磨耗实验方法,获得了660 MW超超临界CFB锅炉燃用的三种煤种的本征成灰特性数据。对该660 MW超超临界CFB锅炉的结构进行一定的简化,仅保留炉膛、分离器与回料阀等部分,利用一维小室模型,考虑颗粒磨耗、退档、颗粒分层等条件,对该CFB锅炉回路的物料平衡进行了数值模拟。实验结果表明,三种不同性质的煤样按一定比例掺烧有着较好的效果,可以满足CFB锅炉物料平衡的要求;当炉内床压为5000-7000 Pa区间时,提高床压降可以增加物料在炉内的停留时间,对于中间粒径档(0.125~3.2 mm)的颗粒,停留时间的增加效果较为明显;仅提高床压降对于增加炉膛上部稀相区颗粒浓度的影响比较有限;在维持5000 Pa较低床压降下,优化煤样粒径分布对颗粒在炉内的停留时间影响较小,但对提高炉膛上部颗粒浓度有着明显的提高作用。在优化给煤粒径分布后,该660 MW 超超临界CFB锅炉的优化床压降为5000 Pa,在较低的床压下也有着较好的运行效果,这可以降低实际电厂的风机电耗,让电厂更加节能。
  • 作者(Author):吴祥业刘洪涛李建伟郭晓菲吕坤王婧雅
    关键词(KeyWords):采动影响保留巷道塑性区偏应力围岩控制

    摘要:针对双巷布置工作面留巷受重复采动影响围岩变形破坏严重、支护难度大、存在冒顶隐患等问题,以布尔台矿22205回风巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测方法,分析了重复采动巷道围岩塑性区及应力时空演化规律,获得巷道围岩从掘进稳定到废弃的整个动态破坏过程,以及不同位置围岩破坏状态的静态空间展现,阐明重复采动巷道塑性区变化的动-静组合机制。研究结果表明:①采动过程中塑性区扩展时间阶段与空间区域存在对应关系并根据现场实测得到空间区域具体范围,是分析巷道变形机理及提出分次支护方案的重要基础。②获得塑性区非对称扩展机理:其范围由偏应力大小决定,方位则由主应力方向主导,偏应力大小及角度共同作用造成塑性区非对称扩展,进而产生非对称变形,并以此揭示了重复采动巷道塑性区随时空扩展力学机制。③根据塑性区扩展形态,得出一次采动过程中塑性区深度及范围扩展显著且顶、底板明显大于两帮;二次采动过程中塑性区深度变化较小,而范围明显增加,主要发生在煤壁帮顶角位置及煤柱帮底角位置。④基于重复采动过程中塑性区扩展时空关系,提出分次补强支护方法,解决重复采动巷道围岩稳定控制;根据塑性区扩展形态及现场实测明确具体补强时间、地点及参数,并进行顶板补强支护,节省工期同时保障了回采期间安全生产。
  • 作者(Author):徐连满潘威翰潘一山吕祥锋秦志娇肖永惠
    关键词(KeyWords):O型棚冲击地压等级破坏系数计算方法

    摘要:O型棚支护具有良好的护表性,常被用于冲击地压巷道控制围岩破碎区的变形与破坏,但O型棚支护参数设计主要依靠经验法,缺乏相应的理论依据和科学计算方法。基于O型棚支护的工作原理,得到O型棚支护特性曲线及最大支护阻力,发现O型棚支护的最大支护阻力与U型钢的型号及壁后填充参数密切相关;通过理论分析冲击应力波在煤岩介质中传播规律,发现冲击地压对巷道支护的作用力大小程度主要取决于巷道附近围岩质点最大加速度,由此提出一种评价冲击地压等级的新指标-冲击地压破坏系数kg,用于冲击地压巷道O型棚支护参数设计;利用多层结构法计算得到围岩冲击载荷与O型棚支护阻力的关系以及震动能量与冲击地压破坏系数,进而得到O型棚支护可抵抗的冲击地压等级计算公式,并发现O型棚支护抵抗冲击地压等级大小主要受冲击地压能量大小、冲击源距巷道距离、围岩煤岩介质力学性质等因素影响。根据老虎台矿冲击地压特征及发生规律,设计了冲击地压巷道O型棚支护参数,通过现场应用效果对比发现,优化设计参数后的O型棚支护抵抗冲击地压等级明显提高,并成功抵抗住多次冲击事件,避免了支架塑性变形与破坏,说明了O型棚支护抵抗冲击地压等级计算方法具有较好的可信度。通过计算发现,普通36U型钢O型棚支护最大可抵抗中等冲击的冲击地压,因此对具有强烈冲击危险的巷道,还需增加液压支架进行补偿支护,提高巷道支护抗冲击能力。
  • 作者(Author):杨科池小楼刘钦节刘文杰刘帅
    关键词(KeyWords):大倾角煤层再生顶板围岩破坏支架失稳

    摘要:针对底分层煤层开采诱导采场再生顶板二次破坏和支架失稳特点,以潘北矿1212(3)再生顶板下大倾角煤层工作面为例,综合运用井下钻孔三维成像对再生顶板结构实测、基于声发射监测技术的相似物理模拟和理论分析3种技术手段,对大倾角煤层综采面再生顶板顶板结构、垮落特征以及支架失稳模式进行了研究。通过对底分层再生顶板施工的3个钻孔进行孔壁成像确定了底分层再生顶板胶结压实状态,结合相似物理模拟确定了煤层回采过程中的再生顶板垮落规律,并采用理论计算分析了再生顶板运动对采场支架稳定性的影响程度。结果表明:(1)受煤层倾角影响,再生顶板压实程度呈现出采场下部高于采场中部,采场上部压实程度最弱的非对称压实特征;(2)底分层顶板3~5m范围内岩层易在支架间冒漏,此范围再生顶板是改变支架位态的关键岩层;(3)底分层再生顶板破断失稳经历了6个阶段,基于声发射信号强弱程度确定了采场下部再生顶板高位悬臂梁的断裂和上部再生顶板的滑移是引起底分层顶板破碎严重的主因;(4)基于现场支架载荷数据,验证了相似物理模拟准确性,标划出采场上部是支架稳定性重点防控区域;(5)在综合厘定再生顶板-支架作用关系基础上,构建再生顶板运动下的大倾角煤层采场支架倾倒和下滑失稳模型,分析支架受力特征,获得支架在倾倒、下滑临界状态下的架间作用力分别为-126.8kN、86.2kN,揭示了再生顶板载荷作用位置对支架稳定性影响显著;(6)探讨了护帮、护顶和护架的三位一体协同支护体系。
  • 作者(Author):陈伟华南鹏飞闫孝姮彭继慎
    关键词(KeyWords):采煤机记忆截割深度学习长短时记忆网络

    摘要:提高采煤机记忆截割精度对于实现采煤机截割滚筒的自动调高,提升采煤机自动化水平具有重要意义。针对目前采煤机传统记忆截割方法精度不高的问题,本文根据采煤机截割过程具有一定重复性的特点,提出了一种基于深度长短时记忆(Long Short-term Memory,LSTM)神经网络的采煤机记忆截割轨迹预测方法,通过MATLAB平台实现了模型的构建与模型参数的优化,并使用实际截割数据对深度LSTM神经网络模型进行了验证。预测实验的结果表明,深度LSTM神经网络相对于支持向量回归与梯度提升回归树算法在截割轨迹预测方面具有更高的准确性。深度LSTM神经网络的平均绝对误差、平均绝对百分误差、均方根误差均低于支持向量回归与梯度提升回归树算法。实际生产中采煤机需进行多次循环截割,考虑到实时性问题,神经网络模型需要对截割轨迹进行多步预测。为了进一步提升模型能力,提高模型在进行多步预测时的准确性,提出了一种LSTM神经网络的改进结构。通过在LSTM神经网络中引入比例因子,强化了神经网络的记忆保持能力。缓解了随预测步数增加,深度LSTM神经网络模型预测误差增大的问题。并对改进后模型与原模型进行了预测对比实验,实验结果表明,相较于未改进的模型,改进后的预测模型在多步预测中具有更好的表现,且优势随着预测步数的增加而更为明显。
  • 作者(Author):杨健健张强王超常博深王晓林葛世荣吴淼
    关键词(KeyWords):智能掘进机机器人化作业掘进机器人群组无人化开采

    摘要:基于煤矿巷道掘进智能化、无人化的发展要求,综述了悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术和掘锚一体化掘进技术三条掘进作业线的国内外发展现状,依据国家煤炭安全监察局发布的《煤矿机器人重点研发目录》中对煤矿掘进机器人的规划,从感知、决策、执行三个层面分析了煤矿掘进机的机器人化应具备的特征,感知层通过多类传感器对煤矿井下巷道环境信息进行采集感知,决策层分析和求解作业任务,并融合感知层传输的环境信息,制定规划出最适合的控制策略,执行层接收决策层的指令,对机器人化掘进群组的位姿和运动进行控制。系统阐述了机器人化掘进群组关键技术:掘进机器人的自主定位、煤岩识别与自动截割、远程监控与故障检测等技术;临时支护机器人的自动支护技术;钻锚机器人的平行钻锚技术;辅助装载运输机器人的同步运输技术等。对比分析国际先进机器人化掘进装备和群组,结合我国煤矿巷道掘进技术与装备的现状,提出了煤矿掘进机的机器人化技术与装备发展思路和研究方向:冲击致裂-快速掘进新技术;远程前探-精准惯导新技术;协同掘支-自适护顶新装备;钻锚一体-智能锚固新装备,实现钻探-掘进-支护-锚固-运输协同作业的机器人化掘进群组快速掘进技术,最终达到煤矿巷道掘进作业少人化、无人化的目标。
  • 作者(Author):陈国祥郭兵兵 镐振
    关键词(KeyWords):蠕变冲击加速蠕变时效强度塑性区启动条件

    摘要:针对高静载巷道蠕变型冲击地压现象,研究弹性区煤岩加速蠕变对巷道冲击的影响。基于等时应力应变曲线与全应力应变曲线的关系,得到了煤岩加速蠕变破坏的时效力学参数。通过分析巷道弹性区煤岩加速蠕变过程及其条件,并考虑围岩塑性区强度的应变软化,推导出圆形巷道围岩蠕变塑性区应力场。在此基础上,借鉴冲击地压扰动响应判别准则理论的思想,探讨了巷道围岩加速蠕变影响下的冲击启动机制,给出了冲击启动临界条件的解析解,分析了支护力和等时应力-应变曲线的割线模量比Mt对冲击临界条件的影响。结果表明:高地应力、初次支护的低支护力和煤的低单轴长期强度为巷道弹性区煤岩产生加速蠕变提供了有利条件,加速蠕变导致冲击启动通过弹性区煤岩强度的时效劣化实现;巷道所处地应力越高,弹性区煤岩只需历经较小的强度劣化,就可冲击启动;加速蠕变影响下,增大支护力对抑制冲击发生有促进作用,表现在支护力越高,弹性区煤岩需历经较大的强度劣化才可冲击启动,且启动时围岩内峰值应力较低、塑性区阻抗较大;煤岩单轴压缩峰后与峰前模量比λ/E0是巷道弹性区煤岩产生加速蠕变的非影响因素,但其是巷道冲击启动的重要影响因素,即巷道弹性区煤岩产生加速蠕变的临界地应力判据与λ/E0无关,λ/E0越小弹性区煤岩需历经更大程度的强度劣化才可冲击启动;抑制巷道蠕变冲击的核心在于控制弹性区煤岩不满足产生加速蠕变的条件。
  • 作者(Author):许永祥何振江周昌台
    关键词(KeyWords):节理岩体离散元裂隙网络岩体合成模型岩柱稳定性

    摘要:针对裂隙分布对岩柱或煤柱强度和稳定性影响问题,采用合成岩体模型技术(SRM)研究裂隙密度和裂隙倾角对岩柱稳定性影响。合成岩体模型中分别采用平直节理粘结模型(FJBM)、光滑节理模型(SJM)和裂隙网络模型(DFN)模拟岩块、裂隙和裂隙网络,重构岩柱模型。通过单轴抗压试验和单轴抗拉试验标定岩块的宏观力学参数(单轴抗压强度、抗拉强度、杨氏模量和泊松比),数值模拟标定结果与试验结果对比表明数值模拟模型细观力学参数能够很好地匹配实验室岩样宏观力学参数。数值模拟试验结果分析表明:岩体内裂隙的存在将显著降低岩体的抗压强度,岩柱的强度随着裂隙密度P21的增加而降低,随着裂隙密度从P21从1 m/m2增加到5 m/m2,岩柱的平均强度从103.5 MPa 降低到69.5 MPa,岩柱的平均强度降低可达34.0 MPa,岩体抗压强度与裂隙密度负相关;随着裂隙倾角从0°增加到90°,岩柱抗压强度呈“U”型变化;裂隙密度较小时,岩柱易形成“X”型压剪破坏,当裂隙密度较大时,岩柱“X”型压剪破坏逐渐消失;岩柱产生的微裂隙与岩体裂隙密度成负相关;当裂隙倾角小于φ或大于时,岩柱易形成“X”型压剪破坏,而当裂隙倾角介于与之间时,岩柱易于形成剪切滑移破坏。岩体合成技术能够确定岩柱在结构面影响条件下的强度,为确定岩柱强度提供了一种思路。
  • 作者(Author):鞠金峰李全生许家林李娟娟曹志国
    关键词(KeyWords):含水层修复铁/钙质化学沉淀裂隙岩体石英砂管自修复降渗特性

    摘要:针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性实验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙通道中的渗流状态,通过注入可与地下水发生铁/钙质化学沉淀的试剂,评价沉淀物对采动岩体孔隙/裂隙的封堵降渗特性。结果表明:在为期近6周的水渗流实验中,两实验模型降渗趋势显著,且均呈现先快后慢的分区降渗特征。裂隙岩样模型选用铁质化学沉淀进行封堵降渗,绝对渗透率由初始的15.1D降低为0.01D;实验初期受裂隙面岩石粘土矿物遇水膨胀作用的叠加,降渗速度快、时间短。石英砂管模型选用钙质化学沉淀开展降渗实验,绝对渗透率由初始的62.3D降低为0.1D;由于其宏观孔隙通道尺寸大、初始孔隙率高(32.8%),导致初期快速降渗阶段持续时间明显偏长,且实验末期对应绝对渗透率值也相对偏大。实验结果证实了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的封堵修复效果,同时也为利用化学沉淀方法进行采动覆岩导水通道封堵的含水层生态修复研究与实践提供了重要参考。
  • 作者(Author):吴迪王翰阳苗丰翟文博刘雪莹
    关键词(KeyWords):超临界CO2渗透率吸附量纵波波速增透

    摘要:为了研究超临界CO2对煤层的增透效果,利用自主研发的试验装置开展考虑注入压力和温度影响的煤层中超临界CO2渗流、吸附试验研究,对比试验前后试件中纵波波速变化以及N2渗透率变化,分析超临界CO2对原煤试件的增透效果。试验结果表明:在体积应力为36 MPa时,渗透率随着温度的升高而降低,随孔隙压力的升高而升高,超临界CO2在煤中的渗透率比CO2的渗透率平均增长93%。利用修正后的D-R模型对吸附数据进行拟合,发现煤对超临界CO2的过剩吸附量随着压力的升高而减小,最大值出现在8 MPa左右,温度每升高10 ℃,吸附量平均下降8.3 %。当CO2未达到超临界状态,煤中的CO2过剩吸附量和绝对吸附量变化趋势一致,绝对吸附量平均比过剩吸附量提高16%。当CO2达到超临界状态,过剩吸附量随着压力的升高而减小,绝对吸附量随着压力的升高而增加,并且温度越低升高效果越明显。超临界CO2作用后纵波在试件中的传播速度明显变小,N2渗透率平均提高了53.34 %。表明超临界CO2能有效促进了煤样内部的孔裂隙发育,对煤层具有明显的增透效果,在35℃时增透效果最好。
  • 作者(Author):姚强岭汤传金刘梓昌
    关键词(KeyWords):煤炭开发西部矿区生态环境保护煤水共采

    摘要:煤炭在我国的能源结构占有主导地位,为我国国民经济发展做出了巨大贡献,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及其国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的研究成果可知,大规模高强度开发已超过该区域部分矿区的生态环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。我国能源的赋存特征又决定了必须有序科学开发该区域煤炭资源,兼顾考虑国家能源战略安全与生态环境长期稳定与恢复是当前亟待解决的关键科学问题。其中,保水开采与采空区储水(地下水库)技术的推广应用在一定程度上缓解了煤炭开采与生态环境保护的矛盾。但是,从长远来看,该矛盾将伴随着煤炭开采全生命周期及其后煤炭开采时期。笔者分析认为,应建立国家西部生态脆弱矿区煤炭资源开发与环境保护协调中心,由国家发改委能源局主导协调多部门参与,以煤炭开采与生态环境保护为主线,制定考虑生态环境承载能力的煤炭开采中长期规划,建立开采前充分论证评价,开采中与开采后连续监测的全周期煤炭开采技术体系;同时,应加大该区域煤炭开发的科技投入,采矿、生态环境保护与监测、人工智能等多学科交叉融合解决煤炭开采与生态环境保护矛盾。
  • 作者(Author):厉美杰
    关键词(KeyWords):软岩复合边坡变形机理蠕滑

    摘要:为研究露天矿软岩复合边坡的变形机理,以新疆某露天矿设有排土场的东帮复合边坡为研究对象,根据排弃高度、端帮与排土场距离两因素制定四种模拟方案,采用FLAC-3D进行数值模拟,通过对四种方案的水平位移及监测点位移随时步变化的模拟结果进行分析,得出随着排土场排弃越高,排土场距东帮距离越远,边坡最大水平位移位置向边坡内侧移动;监测点位移随时间起初小幅波动,中期下降较快,后期平稳的变化趋势;变形过程中由于下部岩体对上部排土场的约束作用减小和排土场对下部岩体的挤压作用产生边坡变形连锁效应,加快边坡变形。对边坡变形机理从复合、软岩、开挖三个方面进行详细的分析,得出不同工况下边坡潜在滑移模式:拉裂-蠕滑、拉裂-切层-蠕滑、拉裂-切层-蠕滑-剪出。在失稳型边坡蠕滑机理基础上提出稳定型边坡蠕滑机理,主要包括初始变形阶段、减速蠕变阶段、等速蠕变阶段、减速蠕变阶段Ⅰ、减速蠕变阶段Ⅱ五个阶段,并通过数值模拟对该机理进行了验证,稳定型边坡蠕滑机理对边坡滑移的预防具有一定指导意义。
  • 作者(Author):王宏伟邓代新江灿石瑞明闫鑫
    关键词(KeyWords):褶皱构造冲击地压矿山压力支承压力数值模拟

    摘要:褶皱作为地壳岩层运动形成的地质构造之一,其附近岩层分布较大的残余不均匀构造应力,是诱发煤矿冲击地压的主要因素。本文以义马煤田千秋煤矿21221工作面为工程地质背景,建立了褶皱构造赋存条件下的数值模型,施加了不均匀构造应力,分析了工作面开采时褶皱构造区域应力场的演化特征,研究了采动影响下褶皱构造不同区域矿压显现规律。结果表明,褶皱构造的原岩应力场的分布具有明显的空间分布区域性,即垂直应力和水平应力在向斜和背斜轴部表现出不同的分区特性,向斜轴部处出现了应力集中。随着工作面的推进过向斜和背斜,水平应力和垂直应力在采空区顶板和底板均形成了椭圆形卸压区,垂直应力卸压区演化沿褶皱向斜或背斜法线方向逐渐扩大,垂直应力在工作面超前区域出现了一定范围的应力集中,应力集中区远离轴部扩大;水平应力在工作面垂直方向上较远处区域出现了应力集中,应力集中区逐步向顶板和底板远处发育,水平应力在卸压区内顶板应力的释放程度要明显高于底板。在工作面过褶皱轴部和翼部阶段,工作面超前支承压力的峰值随开采距离的增加而增大,应力集中系数则先增大后减小。工作面自背斜轴部俯采时工作面前方支承压力较大,自向斜轴部仰采时较小。当工作面过褶皱轴部时,直接顶受压状态的应力集中程度逐渐减小,减小的过程伴随着能量释放激增的现象,此时极易诱发冲击地压。
  • 作者(Author):孙广京王平冯涛余伟健尹中凯蒋运良刘海李立新
    关键词(KeyWords):软弱破碎围岩变形机理支护原则控制原理

    摘要:针对软弱破碎顶板巷道支护困难的问题,通过现场调查和钻孔探测发现软弱破碎顶板巷道围岩具有自稳平衡拱结构,但极不稳定,在扰动作用下表现为局部到整体的连锁失稳特征。现场取样进行试验,发现顶板破碎岩块强度低,帮部煤块裂隙发育、底板泥岩软弱是造成巷道全断面变形失稳的主要原因。原支护棚架架型不合理、接顶效果差、支护缺乏整体性以及支护系统不能协调变形是导致巷道失稳的直接原因。进一步试验表明,该巷道的软弱破碎岩样在侧限约束条件下压实后具有较高的承载能力,在无侧限约束条件下则难以自稳。掺入一定水泥进行胶结后形成的弱胶结岩体,其稳定性和承载能力有明显提高。结合普氏自然平衡拱理论和“类双曲线”模型,构建了软弱破碎顶板巷道围岩“抛物线-半双曲线”破碎边界扩张模型,发现软弱破碎顶板载荷呈指数形式增长,当帮部煤体不稳定时顶板载荷急剧增加,而底板鼓出是造成帮部失稳的重要因素。因此,提出了强力控制软弱破碎顶板,强化约束帮部煤体,加强隔水预防巷道底鼓的控制原理和“控顶先固帮,固帮先护底”的支护原则。针对州景煤矿5305工作面的实际情况提出了“双层金属网+喷射混凝土+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器”的组合控制技术,经初步的现场工程实践,取得了较好的支护效果。
  • 作者(Author):徐成仇海生吕晓波张开加郭怀广
    关键词(KeyWords):水力压裂纵向切槽裂缝偏转距XFEM泵流量

    摘要:纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术,核心是控制裂缝开裂以及扩展方向,然而裂缝在定向起裂后往往受最大主应力的影响而发生偏转,裂缝的扩展方向与岩石力学性质、地应力条件、切槽角度以及泵流量等多种因素有关。本文采用ABAQUS软件中的XFEM模块,建立纵向切槽水力压裂二维模型,通过与前期纵向切槽水力压裂物理试验结果对比,实现了数值模型可行性验证,进而建立大尺寸纵向切槽水力压裂模型对煤矿顶板砂岩条件下的纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律展开了详细研究。结果表明,水平应力比为重要的裂缝偏转距影响因素,水平应力比由1.5增加到3.5过程中,裂缝偏转距先后减小55.3%、56.9%和41%;切槽角度对裂缝扩展路径影响较大,对裂缝偏转距影响相对较小;水平应力比为1.5与2.0两种条件下,泵流量由30L/min增加到180L/min过程中,裂缝偏转距不断增大,且具有较大增长幅度,在水平应力比为2.5条件下,裂缝偏转距的增长幅度明显减弱,三种水平应力比条件下,目前施工常用注水泵流量90L/min对应的裂缝偏转距分别为4.05m、1.81m、0.75m,可通过提升大幅泵流量,实现偏转距的较大增长;该研究对纵向切槽水力压裂泵流量的选取以及不同条件下钻孔间距的确定具有参考意义,并为纵向切槽水力压裂裂缝扩展规律研究以及扩展路径预测提供了一种借鉴方法。
  • 作者(Author):胡超文王俊虎何满潮王小龙王君杰张卓
    关键词(KeyWords):沿空留巷预裂爆破切顶高度切顶角度关键参数

    摘要:为了提高煤炭资源回收率,同时为了避免传统以充填手段实现沿空留巷导致充填体位置产生的应力集中问题,以何满潮院士提出的“切顶短壁梁”为理论基础,形成了“切顶卸压无煤柱自成巷开采技术”。现阶段,“切顶卸压无煤柱自成巷开采技术”在薄煤层条件下应用较多,相关研究也大多是围绕“切顶卸压无煤柱自成巷开采技术”在薄煤层条件下的应用展开,而对于中厚煤层的应用研究较少,基于此,本文以西山煤电集团公司杜儿坪煤矿62711工作面为工程背景,详细的分析了“切顶卸压无煤柱自成巷开采技术”在中厚煤层的工艺流程及关键技术参数。通过理论分析和数值模拟的方法,分别对传统长壁式采煤法及切顶预裂爆破高度为4 m、6 m、8 m及切顶角度为5°、10°、15°20°时巷道围岩应力分布及顶板位移情况进行了分析,结果表明:在合理的预裂爆破切顶高度和切顶角度条件下,不仅可以迫使顶板岩层在工作面回采后及时垮落并充满采空区,还可以有效的切断巷道与采空区顶板岩层之间的应力传递路径,使得应力集中区域向实体煤深处转移,改善巷道围岩所处的应力环境,起到切顶卸压的作用。同时通过现场试验,得到了最佳爆破方案,为“切顶卸压无煤柱自成巷开采技术”在中厚煤层中的应用起到了一定的理论指导意义。
  • 作者(Author):曹康李忠辉余得胜周明张酉年夏善奎
    关键词(KeyWords):煤与瓦斯突出前兆特征 趋势预警综合预警

    摘要:针对矿上现行的煤与瓦斯突出静态预警方法预警指标单一且不连续,动态预警方法采用的临界值法容易产生误报等问题,本文通过分析金佳矿11227运输巷动力显现事件的前兆特征,提出了趋势预警方法作为声发射强度、电磁辐射强度、瓦斯浓度等指标预警的方法,并确定了声发射强度、电磁辐射强度、瓦斯浓度各指标趋势预警相关参数的临界值。在此基础上根据声发射强度、电磁辐射强度、瓦斯浓度指标预警结果,利用层次分析法确定了各指标权重大小,提出了声电瓦斯综合预警准则。通过现场应用及分析,结果表明:声电瓦斯综合预警方法可以对掘进工作面突出危险性进行连续实时监测预警,预警准确率、可靠性高,对防治煤与瓦斯突出保障安全生产具有重要的指导意义。
  • 作者(Author):马进功
    关键词(KeyWords):边角煤连续采煤机短壁技术旺格维利式全风压采煤法开采成本

    摘要:文章针对连续采煤机短壁机械化开采技术,简述了连续采煤机短壁技术与装备的国内外发展历程,列举了4种短壁采煤方法并详细比较优缺点、适用条件,并重点介绍了其中的旺格维利式全风压开采工艺,然后分析了国外装备制造商最新连续采煤机及配套装备在适应不同煤层条件、不同开采要求下的主要特征,详尽研究了2007年以来国产连续采煤机成套装备的最新现状、成套装备在我国不同矿区、不同条件下的工作面特征、设备配套、关键工艺、进尺及产量情况、顶板控制等实际工程效果,并基于这些现场实践,总结短壁开采工效、短壁开采成本构成与预计方法。研究表明,我国已形成了成熟的装备制造、掘采工艺、工作面设计、矿压技术等连续采煤机短壁开采体系,已成为长壁综采重要补充,为边角煤、不规则块段甚至“三下”压煤资源的安全、高效甚至绿色开采提供了重要开采途径与技术保障。最后根据国内需求,分析国产装备重点参数和短壁矿压研究等方面不足,展望了连续采煤机短壁开采发展潜力,提出了建议。
  • 作者(Author):任俊姣龙建辉孙自强张吉宁
    关键词(KeyWords):数值分析加筋土挡墙拐角区顶层格栅拉应力影响因素

    摘要:以工程实例为背景,利用数值分析软件FLAC3D,在墙面内夹角为90°的单级直立式加筋土挡墙基础上,通过改变筋材间距、加筋长度、辅筋方式,建立加筋土挡墙三维数值分析模型。将3种影响因素下的不规则加筋土挡墙顶层土工格栅外缘、拐角平分线拉应力特征进行对比研究。结果表明:拐角部位土工格栅的最大拉应力分布呈现“X”形,明显区别于直线部位平行墙面的分布,并且变形量显著大于直线部位;土工格栅拉应力在距拐角0 m~15 m处出现先增后减趋势,整体近似正态分布,6 m处土工格栅拉应力最大,15 m后基本不变,可为具体施工提供借鉴,即在距拐角6 m左右加强挡土墙的变形控制;筋材间距、辅筋方式对土工格栅的变形都有明显的影响,加筋长度影响较小;当筋材间距等于0.3 m时拐角部位与直线部位的拉应力过渡区域范围减小,反映了拐角处集中变形效果减弱,挡墙的安全性提高,小于0.3 m时加筋效果不明显,故筋材间距0.3 m为最佳。筋材长度8~10 m时对减小拐角处土工格栅变形效果较好;整体增设辅筋时,墙高中下部拐角部位不再是土工格栅拉力最大处,拐角两侧沿墙面延伸大于拐角部位;一半辅筋对挡墙拐角处土工格栅变形的控制作用不如整体增设辅筋,但也能起到良好的效果,并且更加经济,可以根据需要选取具体的方案;工程上可选择改变筋材间距大小或增设辅筋的方式来减小土工格栅的破坏程度从而增强挡土墙的稳定性,同时辅筋与主筋的间距大小对加筋效果的影响很小。
  • 作者(Author):姜永鑫李忠辉曹康田贺何顺王枫植
    关键词(KeyWords):声发射红外辐射不同加载速率相关性

    摘要:为了研究煤岩受载破坏过程中不同加载速率下的声发射和红外辐射特征以及破坏前兆信息,进行煤岩在不同加载速率下的单轴压缩实验。实验结果表明:在煤岩试样变形破坏的4个典型阶段,每个阶段的煤岩具有不同的声发射和红外辐射特征,不同加载速率下的声发射和红外辐射规律各基本一致。线弹性阶段(AB)红外辐射温度的下降趋势较初始压密阶段(OA)略有减缓,在塑性阶段(BC)阶段煤岩试样持续升温,温度最低点在线弹性阶段(AB)。随着加载速率的增加,平均AE计数和平均AE能量均增大,峰值点附近的声发射活动更为剧烈,峰值处释放的能量的最大值呈递增趋势;红外辐射温度呈现典型的降转升型,温度由降转升点发生提前;煤岩发生破坏时,温度发生突变,最高红外辐射温度的最大值随加载速率的增大而增大。红外辐射温度与声发射计数呈较高的正相关关系,相关系数达0.79~0.99。不同加载速率下声发射测试结果反映出的试样损伤临界前兆点的波动率为71.3%~95.6%,红外临界前兆点的标准差为0.75~0.92。

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