覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响

 采用理论分析、模拟实验和工程探测等方法,就覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响进行深入研究。研究结果表明：覆岩主关键层位置会影响顶板导水裂隙带高度,当主关键与开采煤层距离较近并小于某一临界距离时,顶板导水裂隙带将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度明显大于按我国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称“规程”)中的顶板导水裂隙带高度确定方法得到的结果。对导水裂隙带高度产生影响的主关键层与开采煤层临界距离主要与煤层采高、顶板碎胀压实特性、主关键层破断块度等因素有关,可以粗略按7～10倍煤层采高计算该临界距离。当覆岩主关键层与开采煤层距离小于7～10倍采高时,不能按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度;当覆岩主关键层与开采煤层距离大于7～10倍采高时,仍可按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度。上述结果能很好地解释部分煤矿顶板异常突水灾害的发生机制,并指导神东矿区补连塔煤矿顶板突水灾害防治实践,取得显著的经济效益。     

实现复杂位置曲线跟踪的直流无刷电机控制器设计

针对现有的无刷直流电机控制器不能接收高频数字指令以实现复杂位置曲线跟踪的问题,设计了指令更新速率高达1 kHz的控制器.硬件上,采用ARM Cortex-M3微控制器作为处理器,使用芯片A4936作为3相桥的换相逻辑控制器.软件上,应用了带有速度、加速度前馈的PID控制算法.使用更新速率是1 kHz的指令进行测试,结果表明,有很高的跟踪精度和较快的响应速度.     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

覆岩注浆减沉钻孔布置的试验研究

基于岩移关键层理论,通过试验与理论研究证明了采动覆岩离层主要出现在关键层下,并揭示了离层分布的动态规律．在此基础上论述了覆岩离层注浆减沉钻孔布置的原则,为注浆减沉钻孔设计提供了理论依据．     

低渗透煤与瓦斯的固-气动态耦合模型及数值模拟

为了解低渗透煤体的瓦斯渗流机理,开展了低渗透煤体的变形与瓦斯渗流的相互作用规律研究.根据低渗透煤体的瓦斯渗流特性,确定了煤体渗透率的动态变化模型;通过建立煤层瓦斯渗流方程与煤体的变形场方程,引入煤体孔隙率的动态变化模型,定义了研究问题的初始及边界条件,推导得到了低渗透煤与瓦斯的固-气动态耦合模型.针时含瓦斯煤体试件的定解条件和模型参数,进行了耦合模型的数值模拟研究.结果表明:数值模拟预测的瓦斯渗透速度,与试验的实测结果吻合较好,且随着煤体渗透率减小,模拟结果更逼近实测结果,其最小误差为0.9%.     

上向水平分层充填采矿法的优化研究

针对新桥硫铁矿上向水平分层江砂胶结充填采矿法存在的问题，优化了采矿方法，科学地设计了胶结充填体强度，在试验基础上，优化了充填材料及配合比。得出了满足安全生产条件的充填体强度：矿柱充填体单轴抗压强度为2．1MPa，矿房浇面充填体σ14=1．0MPa，σ28=3．0MPa；达到了最佳充填材料配比：矿柱和矿房浇面的充填体灰沙比分别为1：7和1：5。研究成果已在新桥硫铁矿推广应用，效果良好．     

长综放面采动上覆煤层的瓦斯卸压规律研究

针对阳泉三矿15#煤长综放面开采对上覆138.5 m处3#煤瓦斯卸压的影响,采用数值模拟和工程实测相结合的方法进行研究.结果表明:15#煤采面长为252 m的综放面开采能使3#煤充分卸压.沿工作面推进方向,3#煤充分卸压边界滞后15#煤工作面35 m,对应的走向充分卸压角为75.8°;沿工作面倾向方向,从工作面上端内侧12 m到其下端内侧29.2 m之间范围内的3#煤得到充分卸压,对应的倾向上部和下部充分卸压角分别为85°和78.1°.3#煤充分卸压区域内的瓦斯抽采率达到88.43%,且开采期间未发生过煤与瓦斯突出,表明15#煤的开采能够有效地消除或降低3#煤开采期间煤与瓦斯突出和瓦斯超限的威胁,实现了煤与瓦斯安全高效共采.     

近距离煤层采场过上覆T形煤柱矿压显现规律

为对大柳塔煤矿21306工作面过上覆T形交叉煤柱矿压显现规律进行分析,运用理论分析和FLAC3D数值模拟,从煤柱内应力分布角度对T形煤柱的作用机理进行了分析。结果表明,上覆走向煤柱区下的工作面来压呈现对称性分布,且支架载荷普遍大于采空区下对应支架;上覆倾向煤柱区下的工作面推进过程中,分别在进入倾向煤柱、煤柱正下方以及出倾向煤柱呈现出3阶段不同的来压特征。上覆倾向煤柱对采场矿压影响明显大于走向煤柱,因走向煤柱与倾向煤柱的影响作用叠加,T形煤柱交叉区对工作面来压的影响程度则介于两者之间。煤柱上的集中应力分布是造成走向煤柱区以及进入倾向煤柱阶段采场矿压显现规律不同于其他区域的原因,而对于出倾向煤柱阶段工作面的动载矿压则是由于煤柱上方不稳定的关键块体结构的相对旋转运动造成的。     

开元煤矿低透气性本煤层超前卸压瓦斯抽放

通过实测对开元煤矿9404综放面利用工作面超前支承压力作用高效抽放低透气性本煤层瓦斯试验的效果进行了研究,结果表明:工作面前方的超前支承压力影响区是本煤层顺层瓦斯钻孔抽放量明显增大的区域,当工作面推进至距离瓦斯钻孔20～30m时,钻孔瓦斯抽放量开始明显增大;当工作面推进至距离瓦斯钻孔约7.6m时,钻孔瓦斯抽放量达到最大,钻孔最大抽放量平均达0.216m3/min。充分利用工作面前方的超前支承压力影响区提高本煤层瓦斯抽放量是治理低透气性煤层开采工作面瓦斯超限的重要途径。