深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面，鄂尔多斯地区综采工作面多采用“两进一回”的巷道布置形式，辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷，两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多，冲击地压灾害问题逐渐显现，双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题，以鄂尔多斯红庆河煤矿3^-1101大采高综采工作面为例，对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究，提出了合理的煤柱留设宽度，为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

特厚冲击煤层综放开采临空巷防冲优化设计

针对特厚冲击煤层综放开采大煤柱临空巷侧多次发生冲击的工程难题,采用理论分析、现场监测及现场试验等手段研究了屡次冲击的机制,并在主控力源基础上针对性优化了防冲措施,最终利用微震和矿压监测对优化前后的解危效果进行了对比分析,结果表明在优化了措施后105J能级微震事件减少了72.3%,冲击显现事件减少了62.5%,周期来压强度降低,冲击频次和强度也大幅降低,有力保障了宽煤柱临空工作面的安全开采。     

煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维立体吸能支护。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对"煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究"这一科学命题,基于冲击地压"三因素"机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义"三因素"("物性因素"、"应力因素"及"结构因素")理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道"三级"吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流"横切纵断"防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。     

冲击液压载荷作用下双金属薄壁管内压力与型腔体积变化的关系

双金属薄壁管冲击液压胀形技术是在液压胀形与冲压成形基础上发展起来的一种复合成形技术。冲击液压载荷作用下的双金属薄壁管成形所需内压力源自于管坯型腔体积的压缩,其大小随液体体积压缩量变化而变化,为此提出了基于冲击液压载荷作用下双金属薄壁管的内压力形成机理的研究。首先介绍了双金属薄壁管冲击液压胀形的成形原理;然后,通过对内外管轴向冲击液压预成形与径向冲击液压成形过程中内压力形成的理论分析,构建了管坯型腔内压力与体积变化之间的数学模型;同时,利用Ansys Workbench有限元模拟技术获得了内外管轴向冲击液压预成形与径向冲击液压成形过程的内压力,通过有限元模拟与理论分析结果的对比发现,两者具有较好的一致性,并通过模型误差优化了内压力数学模型,为双金属薄壁管冲击液压胀形技术的进一步研究奠定了良好的理论与应用基础。     

正压给水的主排水泵启动特性仿真分析研究

峰峰集团某矿排水系统在采用正压给水方式后主排水泵泵效明显提高,为了研究排水系统的启动特性,利用Flowmaster软件建立了离心泵串联系统模型。根据水力机械试验室的设备参数进行了仿真,分析了正压给水条件下主泵定量启动前由单泵和双泵组成的排水系统特性。在此基础上,得到了离心泵瞬时启动转速和功率的特性曲线。结果表明,在正压给水条件下,主泵启动功率的影响基本消除,主泵功率达到稳定值的时间缩短。提高了主排水泵的效率,提高了排水系统的综合效率。