掘进巷道空顶板壳理论分析与超越函数的数值解算及其验证

合理空顶距的确定对巷道安全高效掘进意义重大.采用理论推导计算与数值模拟相结合的方法,对不同空顶距离的掘进巷道围岩应力分布及塑性区演化特征进行分析,并提出安全合理空顶距离及支护优化设计.结果表明:掘进工作面超前煤体内部塑性区宽度与超越函数特征值呈负相关自然对数关系,当特征值为0时,塑性区最大宽度为2.02 m;推导所得公式中煤层埋深、巷道断面尺寸及煤岩物理力学参数是影响塑性区数值大小的主要因素;受载矩形薄板最大跨度取决于薄板中心处拉应力大小,拉应力与直接顶抗拉强度比值大于1,顶板发生力学破断;掘进工作面超前煤体应力场遵循非均匀连续性且在模型固支边逐渐增大的特征规律,模拟结果印证了4.71 m计算结果为极限空顶距离,此时顶板未发生破断;在保证井下作业安全的前提条件下,确定4.0 m为空顶距离,提高综掘效率,加快成巷速度,缓解采掘接替紧张.     

极近距离采空区下大采高综放覆岩应力演化

以龙王沟煤矿为工程背景,采用UDEC数值模拟软件对比研究原始地层下和6上煤采空区下,6#煤大采高综放采场覆岩应力演化规律。研究表明:采空区下工作面超前应力集中影响范围更大,应力突变性高,应力增高系数是原始地层下的2.4倍;强烈的超前集中应力将破坏覆岩结构,引起剧烈的矿压显现,威胁工人生命安全。     

大采高工作面小煤柱合理宽度研究

为了确定厚煤层大采高工作面留小煤柱的合理宽度,采用数值计算和理论分析相结合的方法,对不同宽度煤柱进行了对比分析,得出了随煤柱宽度变化的煤柱应力和破坏演化规律,揭示了小煤柱的屈服让压特征,建立了小煤柱-顶板关键块结构模型,确定了小煤柱宽度的计算公式。     

王洼二矿综放工作面煤自燃灾害防治技术

王洼二矿215021综放工作面在撤架回收准备阶段,进风侧采空区内遗煤发生自燃,出现了工作面CO气体浓度超限的现象,影响了工作面支架的安全撤出。结合现场实际情况和煤层赋存条件,分析CO气体浓度超限的原因并制定了治理方案。采用高位钻孔压注黄泥浆和高分子胶体为主要防灭火技术,并配合降低风量、上下端头封堵等措施,使工作面架间CO气体浓度恢复正常;回风流的CO气体浓度从最高的77×10~(-6)下降到11×10~(-6),并一直稳定维持在24×10~(-6)以下,实现对火区的有效控制,保证了工作面支架的安全撤出。     

相邻采空区停采线遗煤自然发火原因分析

以陕西建新矿4102和4103采空区停采线遗煤自然发火为例,分析了相邻老空区遗煤自然发火的根本原因,提出了治理相邻老空区遗煤自燃的高分子胶体快速控制技术,成功治理了相邻老空区停采线火源高温区域,为相邻老空区停采线遗煤自燃预防提供了技术和经验。     

均压通风技术在补连塔矿22306工作面的应用

针对补连塔矿22306工作面上隅角氧体积分数偏低问题,采用了均压通风技术,有效地消除了上隅角氧体积分数偏低的安全隐患;系统介绍了均压通风技术的方案及步骤,通过风量、风压及上隅角氧体积分数等指标,综合评价了均压通风的效果。结果表明:均压通风技术能较好地解决上隅角氧体积分数偏低问题,同时,本次灾害治理探索能够为同类生产实践提供重要借鉴。     

基于ANSYS CFX的旋转炉内煤粉燃烧数值模拟

采用Auto CAD软件建立反应炉的物理模型,将其导入ANSYS Workbench后对几何模型进行网格划分,再采用CFX模块的K-Epsilon模型模拟湍流流动、涡耗散模型模拟燃烧反应过程、离散传输模型模拟辐射传热等数值模拟技术,得到了炉内煤粉燃烧后的CO2、H20、NO等产物浓度场及温度场和燃烧辐射强度。模拟结果表明:炉内完全燃烧火焰形状为沿中心轴线方向传播且轮廓明显、炉内流动在两侧呈现较强的回流、中心形成射流,该技术为研究炉内流动与反应过程提供了新方法。     

矿山开采沉陷参数灵敏度及关联度分析

以某矿典型的地表移动观测站数据作为训练样本和测试样本,建立了矿山开采沉陷的神经网络与灰色关联模型。利用神经网络输出变量对输入变量的偏导数求解下沉系数的影响因素的灵敏度,推导了利用神经网络计算灵敏度的公式,同时利用灰色综合关联分析法计算开采下沉系数与各影响因素的关联度。结果表明,松散层厚度的神经网络灵敏度和灰色关联度皆最大,深厚比次之,而倾角最小,该结论为矿山开采沉陷的分析与控制提供了一定的理论基础。     

浅埋大采高工作面煤壁片帮的柱条模型分析

采用UDEC软件模拟了浅埋煤层4,5,6,7 m采高煤壁变形与片帮过程,揭示了大采高煤壁片帮表现为受压"柱条"失稳特征。建立了煤壁片帮的柱条模型,通过柱条挠度分析得出了大采高工作面煤壁最容易发生片帮的部位在0.6倍的采高处。研究认为随着采高的增大,塑性区宽度增加,煤壁柱条增多,柱条水平位移增大,柱条稳定性降低。通过加强顶板支护、加快推进速度和合理的护帮,改善柱条的约束条件,可以有效提高煤壁稳定性,控制煤壁片帮。     

急倾斜煤层浅部开采顶板破断致灾原理与控制

为掌握急倾斜煤层浅部开采时顶板的破断规律,确保水平分段综放开采时的安全生产,采用物理相似模拟实验研究急倾斜煤层浅部开采时顶板的垮落规律,通过力学建模分析顶板垮落的条件,运用3DEC对人工爆破强制放顶的效果进行了数值模拟与分析。研究结果表明:浅部开采时急倾斜煤层的顶板不易垮落,容易出现大面积悬顶现象。工作面上方覆岩大面积垮落,产生冲击矿压,危害工作面安全生产;而在第一分段、第二分段回采过程中采用强制放顶的措施可以有效削减顶板的势能,顶板垮落后形成的覆浮矸垫层也可以保证急倾斜煤层下分段的生产安全。