煤结构差异对润湿型抑尘剂降尘效果的影响

为探究煤结构对润湿型抑尘剂降尘效果的影响,选用7个典型变质程度煤种的煤尘为研究对象,并选用4种煤矿常用润湿型抑尘剂,利用表面张力实验确定抑尘剂溶液浓度;此外,采用核磁共振(NMR)实验获得煤结构表征参数—芳香度fa′,根据现场降尘效果试验,将芳香度与降尘效率做相关性分析,得到如下结论:降尘率随着煤阶升高而不断降低;在使用抑尘剂对中低变质程度煤尘进行喷雾降尘时,受煤质影响较小,降尘效果好坏主要取决于降尘剂的选取,而当对高变质程度的煤尘进行喷雾降尘时,此时煤的疏水性很强,降尘效果差的原因主要在于煤自身的结构。     

岩层移动理论与力学模型及其展望

随着社会对开采沉陷与生态环境问题日益重视,"科学采矿"势在必行。面对新形势,需要在学习前人研究成果的基础上,进行更系统、深入的研究。首先系统总结了国内外垮落法和充填法处理采空区2种情况下的岩层移动理论、优缺点及其适应条件等,重点阐述了关键层理论在岩层移动方面发挥的重要作用。基于采动岩体力学,系统分析了基本顶断裂位置和断裂步距"正态分布"变化的原因。基于采动岩层破断移动的全过程分析和前人的研究成果,提出了充分采动覆岩整体移动的"类双曲线"模型,认为岩层"类双曲线"的焦点位于主关键层位置,该模型通过关键层把砌体梁理论及地表沉陷理论有机联系起来,描述了煤层上覆岩层整体移动规律,是关键层理论的继承和发展。     

采矿岩石多尺度破坏力学

采动复杂应力环境下围岩的多尺度破坏行为是诱发煤矿灾害的一个根本因素。本文系统总结了团队十多年来在岩石宏细观破坏力学、巷道围岩控制及岩层移动等采矿岩石多尺度破坏力学的研究进展。在岩石力学室内实验尺度方面,利用带加载装置的SEM高温试验系统研究了热力耦合作用下岩石细观裂纹的萌生、扩展和断裂全过程,揭示了细观断裂机制;研究了不同加卸载条件下煤岩体及煤岩组合体宏观破坏力学特性,建立了煤岩体宏观破坏非线性模型。在巷道围岩尺度方面,揭示了巷道围岩应力梯度破坏机理,建立了深部巷道等强支护理论,明确了巷道支护方向,据此提出了巷道全空间协同控制技术并进行现场应用。在采场岩层破断移动尺度方面,实验研究了不同厚度顶板破断演变的4种模式;基于关键层理论,提出了采动覆岩整体移动“类双曲线”模型和内外“类双曲线”模型,分析了该模型随着关键层位置和煤层倾角的演化规律。上述成果为我国煤矿开采灾害防治提供理论和技术支持。     

6面邻空孤岛综放面安装、回采及停采期间防灭火方法

针对杨村煤矿315孤岛工作面6面邻空、采空区浮煤多、煤体易破碎等特点,结合孤岛工作面防灭火理论,分别对工作面安装时期、回采初期、正常回采时期以及特殊回采时期制定了多种孤岛工作面防灭火技术措施,并进行了现场实践应用,取得了良好的防火效果。     

我国煤矿巷道支护理论及技术的现状与发展趋势

巷道支护理论和技术是煤矿岩层控制研究的核心内容。 本文系统梳理了煤矿巷道的代 表性支护理论,从围岩内部、巷道表面和复合控制三个方面详细阐述和分析了巷道支护技术,在 此基础上,探讨了巷道支护下一步可能的研究重点。 在支护理论方面,新奥法、松动圈、围岩强度 强化等理论较为成熟,承压环、强帮强角和等强支护等新理论不断涌现。 支护技术方面,围岩内 部支护包括锚杆(索)、注浆和卸压技术;表面支护主要包括砌碹、金属支架和钢管混凝土支架支 护技术;复合控制主要包括注浆-锚杆(索)、棚-索以及注浆-棚-索复合技术,并重点介绍了新型 的全空间桁架锚索协同控制技术。 总的来看,围岩与支护体的协同作用机制、新支护材料和技术 体系、让压机理和技术以及成熟定量的支护设计方法等仍需深入研究。     

深井低孔隙率煤层混合式注水模拟及应用

为实现滕东生建煤矿大采深、低孔隙率条件下的煤层有效注水,进而降低采煤工作面粉尘浓度,首先,基于统一的非饱和-饱和流动的连续方程和应力平衡微分方程,从定性角度分析了煤层注水渗流过程的内在规律;其次,结合矿井实际地质情况和上述的煤层注水渗流方程,利用COMSOL Multiphysics软件模拟了长度为50 m与80 m钻孔的注水渗流压力场分布;然后,结合数值模拟结论,选择80 m长度的钻孔与相应的动静压混合式注水技术参数,并在3下105工作面进行实际施工应用。在实施注水工艺后,现场监测的工作面全尘平均降尘率为65.9%,呼尘平均降尘率为60.6%,有效地降低了粉尘浓度。所得研究结论可为相似煤矿煤层注水工艺的实施提供借鉴。     

深部煤矿巷道等强梁支护理论模型及模拟研究

分析了矩形巷道顶板的受力特点,得到了顶板各位置弯曲正应力与剪力的分布规律。据此推导出了保证巷道顶板维持稳定所需的锚杆参数,并进一步对影响锚杆长度选取的各因素进行了敏感性分析,确定了各因素对锚杆长度选取影响程度的主次关系。由此得出了不同长度锚杆支护下的巷道围岩能够满足稳定性要求,基于此提出了深部巷道等强梁支护概念,即根据顶板弯曲正应力分布特征,在中部弯曲正应力大的区域,采用高强度、长锚杆局部加强;而在两边弯曲正应力逐渐减少的区域,可适当减少锚杆的长度,但增加锚杆直径提高抗剪能力,以期实现巷道顶板各横截面上在不同长度锚杆支护作用下最大正应力都相等,初步建立了等强梁支护施工技术工艺。运用有限差分软件FLAC3D模拟获得了锚杆原有传统支护与等强梁支护下顶板应力及位移分布规律,可看出采用等强梁支护理念可明显优化巷道的应力分布,让顶板局部应力达到均匀分布,并且有效控制了围岩变形,在一定程度上验证了等强梁支护技术的可行性。     

充分采动覆岩“类双曲线”破坏移动机理及模拟分析

针对传统地表沉陷预计理论对岩层移动力学机理解释不足,以及岩层内部破断移动规律不明晰的问题,本文结合Hoek-Brown强度准则和最大剪应力准则分别对基岩和表土层的破断移动特征进行力学分析,揭示了覆岩"类双曲线"破坏移动机理,采用分段函数对其表征。分析了覆岩移动"类双曲线"随表土层厚度、基岩摩擦系数等敏感性参数的变化特征。得出地表沉陷范围理论计算公式,并通过实测数据进行验证。运用离散元PFC模拟获得了覆岩位移场呈"类双曲线"形态,一定程度上验证了"类双曲线"模型的合理性。     

深部巷道等强支护控制理论

本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。