氮气对复采工作面遗煤复燃的防治效能

为探究不同体积分数N₂对复采工作面遗煤复燃过程的防治效果，采用自主研发的程序升温试验装置，对煤样分别通入体积分数为10%、20%、30%和40%的N₂，以氧化反应过程中耗氧速率V_O2、一氧化碳产生率V_CO和表观活化能E的变化情况来反映煤自燃的发展程度。试验表明:不同体积分数的N₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用，相比于煤在纯空气条件下的氧化自燃，通入的N₂体积分数越大，煤初次自燃和二次氧化升温过程的V_O2和V_CO更低、E更高，说明通入的氮气体积分数越大，对煤氧化升温过程的抑制效率越好。其中，在煤初次自燃阶段，当N2体积分数C_N2≥20%时抑制效果更佳；在煤二次氧化复燃阶段，当N₂体积分数C_N2≥40%时抑制效果更佳。     

应力恢复对采动裂隙岩体渗透性演化的影响

研究了采动岩体应力恢复对断裂带渗透性的影响并将其应用于分层开采和残煤复采导水断裂带的计算。通过试验对侧限作用下裂隙岩体在轴向分级加载条件下渗流变化规律进行了研究,以模拟应力恢复作用对裂隙岩体渗透性的影响;依据实测的采动裂隙岩体体积膨胀系数的对数分布规律,对采动裂隙岩体渗透性分布规律进行了描述,计算了应力恢复作用下,裂隙岩体内裂隙开度及渗透性演化规律。试验结果表明:轴向加载条件下裂隙模块开度及渗透性均显著下降,加载初期应力较小但其对裂隙模块的开度及渗透性影响更显著,后期应力增大但其对裂隙试块的渗透性影响程度降低,在20 MPa压力作用下裂隙很难完全闭合;理论计算结果表明:应力恢复作用下采空区上覆裂隙岩体内下部大开度裂隙渗透性有降低但仍为较好的导水通道,上部裂隙开度较小层段渗透性也有明显降低。根据水利水电工程地质勘查规范将渗透系数小于0.01 m/d的层段视为不透水层,采空区上覆导水断裂带最大高度在应力恢复后较初始实测最大值减小了约26%。依据研究结果对传统的分层开采覆岩导水断裂带高度计算公式进行了修正,采用修正公式计算下分层煤或残煤开采防水(砂)煤柱的留设方案更为合理。     

基于流场模拟的复采工作面采空区自燃危险区域预测

根据复采工作面采空区浮煤自燃特点分析,简化复采采空区渗流物理模型,建立渗流-扩散数学模型;通过现场采空区的气体数据观测分析,确定出边界条件,并对复采工作面采空区流场进行数值模拟,得出采空区内部渗流速度及氧气浓度分布;结合实验所得煤体自燃极限参数,判定采空区自燃危险区域,预测精度能够满足实际防灭火需要,可为复采过程浮煤自燃的防治提供指导。     

复杂条件下遗煤开采岩层控制理论与关键技术研究

为解决我国老矿区资源枯竭,优质稀缺煤种匮乏、矿井服务年限不足等问题,通过理论分析、实验、数值模拟等方法系统研究了我国遗煤储量及类型、复杂条件下遗煤资源开采矿山压力显现规律、岩层控制机理及判定方法、构造充填岩控技术及工艺装备。取得了以下创新性成果:①首次摸清了我国遗煤储量、分布及类型等,遗煤资源开采可增加我国30%的煤炭储量,其开采将增加主要产煤省的煤炭储采比,提出了遗煤资源开采急需解决的技术难题;②揭示了复杂条件下遗煤开采的"应力场-结构场-变形场"时空演化与矿压显现规律,建立复杂条件下遗煤开采岩层移动预测模型;③发现复合残采区整层遗煤资源开采存在"主控岩层结构",建立了"扰动块体梁"结构模型和"上控制层+下承载层"结构模型,揭示复杂条件下遗煤开采岩层控制机理,构建了以"主控岩层结构稳定"为核心的复杂条件下遗煤开采可行性定量判定理论体系;④研发了综合柱旁充填、"梁-柱"式充填岩移控制技术、固体资源化充填材料和制备输送系统,充填效果监测技术,发明了复杂条件下遗煤开采构造充填岩控技术及工艺装备,形成了复杂条件下遗煤开采关键技术体系。该成果对延长服务年限、保证国家能源供给具有重要意义。     

复采采场再生顶板结构及支架载荷确定

为确定复采采场支架的合理承载,通过理论计算、现场观测和顶板结构探测得到了复采再生顶板的结构分带特征,建立了再生顶板结构模型;基于该结构模型,结合现场观测和相似材料模拟实验,构建了下分层回采"支架–再生顶板"结构力学模型,应用该力学模型推导了支架载荷表达式,并进行了实例计算和现场验证。结果表明,再生顶板结构可分为"四带",即胶结再生带、弱胶结压实带、裂隙带和弯曲下沉带;再生顶板下回采下分层时,支架承载岩体可分为"两区",即完全承载区(A区)和部分承载区(B区);应用所推导的支架载荷表达式进行了实例计算,计算结果得到了现场支架载荷监测数据的验证。     

复采工作面通过条带式残采区覆岩稳定性特征研究

为了制定条带式残采区复采的合理开采方式,以西河煤矿3^#煤层条带式残采区为工程背景,采用三维相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究复采工作面通过条带式残采区引起的覆岩运移变形特征和稳定性演化规律。模拟结果表明:当工作面与条带式残采区斜交角度在30°以上时,采场前方覆岩破坏形成的剪切破坏区域和拉伸破坏区域呈现出独立的变化特征,工作面前方煤柱和顶板会对上覆岩层形成有效的支撑作用;旧采残煤复采过程中顶板垮落以分段、分步、局部零星的多次垮落方式为主,工作面整体的矿压显现并不十分强烈。研究表明:复采工作面通过条带式残采区时工作面与巷道呈30°夹角布置是合理可行的。     

重复采动影响下采场底板隔水层裂隙演化规律试验研究

我国华北型矿区均受石炭二叠纪煤系底部的太灰、奥灰强含水层影响。为分析带压开采过程中,受采动应力及水压双重作用下,煤层底板隔水层承载变形特征及其破坏机理,设计了承压水自动加载系统,通过物理模拟试验再现底板隔水层重复采动影响下裂隙萌生、扩展、贯通等破坏失稳过程。明确底板不同层位的裂隙分布及其形成机理,并通过全场位移监测系统得出底板岩层移动变形规律及位移分区特征。     

基于信息熵的粗糙集属性应急数据去重挖掘算法研究

粗糙集属性应急数据存在冗余特征,降低挖掘效率,提出基于信息熵的粗糙集属性应急数据去重挖掘算法.将粗糙集理论和信息熵相结合,离散化处理应急数据,离散化完成后,约简对于决策表的条件信息熵大小不产生任何影响的属性,设定决策属性集合和条件属性集合,选取将同约简属性集合B的属性组合数目最小的熵值实现约简,去除冗余特征,完成应急数据去重挖掘.以大型船舶应急数据为研究对象展开数据去重挖掘,结果表明:可有效去重挖掘到船舶旋回性相关应急数据,利用数据增比特征能够分析到各因素对船舶旋回性的影响,并且所研究算法的挖掘效率较高,在数据量为1400条时,耗时仅为0.33 s.     

三软煤层复采沿空巷道底鼓机理及支护技术

为解决新庄煤矿三软煤层复采煤柱时沿空巷道底鼓问题,对现工字钢梯形棚式支护下的巷道顶底板移动变形及支架受力情况进行了观测.根据巷道变形实际情况,分析了该沿空巷道围岩应力分布特点、底鼓类型、影响因素,预测了底鼓量及构成,以此对底板加固采取了锚网支护技术,现场应用试验表明该巷道支护技术取得较好的效果.     

莒山煤矿3号煤底层复采技术的推广与应用

莒山煤矿3号煤底层弃滞资源复采技术的成功应用，使长壁式采煤方法在没有铺设顶网，顶板破碎条件下的回采工艺、巷道布置、通风管理等方面的技术有了新的突破。该技术的成功应用，对资源枯竭矿井延长矿井服务年限，提高煤炭资源回采率，保持矿山的持续发展有着现实意义。