基于光纤测温技术的矿井围岩调热圈研究

分布式光纤测温具有测温连续、分布式测量等优点,在巷道围岩钻孔中敷设测温光纤可准确测地量出围岩调热圈温度场,并通过有限差分法进行数值模拟。在龙固矿辅二大巷和三采煤仓通道的联络巷围岩布置3个钻孔来测量围岩温度。测试结果表明,巷道围岩调热圈温度场为相似的同心圆,距离巷道壁面越远则围岩温度越高,相同温差之间的等温线之间距离越大,围岩调热圈半径最大为33 m,测试结果与计算结果基本相符。     

深井矿山巷道围岩调热圈半径测定方法比较研究

为探索深井矿山巷道围岩调热圈半径测定最优方法,确定试验区巷道围岩调热圈参数大小,以铜坑矿锌多金属矿体所在区域为研究背景,采用数值模拟法、公式法及现场实测法等3种方法分别开展深井矿山巷道围岩调热圈半径变化规律分析研究,研究结果表明:巷道围岩调热圈半径-温度变化规律为一阶指数函数模型;获取了各自条件下研究区域围岩调热圈半径、温度值,但公式法缺陷不能计算调热圈温度;综合对比分析各方法优缺点及结果,最终确定现场实测法最优,其次是数值模拟法,公式法最差,但其可以作为其它研究方法的参考,保证其它研究方法的正确实施。     

基于稳态导热的矿井调热圈半径与温度的计算方法

为获得矿井调热圈导热规律,基于传热学稳态导热理论,简化调热圈导热模型,将其以最终要达到的稳态温度场考虑,并将调热圈导热过程以圆筒壁导热模型展开分析,将岩石导热系数和巷道表面传热系数视为定值,得出调热圈半径与温度的计算公式,揭示调热圈导热受到岩石导热系数、表面传热系数、巷道半径、原岩温度等多因素影响。通过实测数据和FLUENT软件数值模拟实验,检验调热圈半径与温度的计算公式,结果表明该计算公式基本符合调热圈导热规律,具有理论和实用价值。     

巷道围岩调热圈厚度分析及实测

采用理论推导与现场实测的方法,对三河尖矿的巷道围岩调热圈进行了实测及分布研究,借助电阻式温度探头的应用,设计了地温测定方案。结果表明:不同区域内的调热圈半径不同,其半径的形成与通风时间因素的影响最为密切。     

深井巷道风流性质与围岩调热圈参数匹配关系研究

为探索巷道风流性质与围岩调热圈参数的匹配关系,依托广西铜坑矿锌多金属矿体,利用ANSYS软件开展深井巷道风流性质与围岩调热圈参数匹配关系单因素及多因素正交数值模拟研究。研究结果表明:风流温度每升高1℃,围岩调热圈半径减少0.6 m,温度升高约0.2℃;调热圈温度对风速、相对湿度均不敏感,调热圈半径随风速、相对湿度都呈先增加后不变的趋势,两因素分界点分别为速度5.0 m/s,相对湿度70%;以调热圈半径为考察目标,最佳入风流方案为入风流温度291.15 K、速度7 m/s,相对湿度70%或90%;以调热圈温度为考察目标,最佳入风流方案为入风流温度291.15 K,速度7 m/s,相对湿度70%。研究成果可为高温矿山通风降温方案的优化选择提供参考。     

围岩温度场及调热圈半径的半显式差分法解算

 建立了解算巷道围岩温度场分布、调热圈半径的数学模型及优于一般差分格式的解算围岩温度场的异步长半显式差分格式,编制了解算围岩温度场分布及调热圈半径的计算机程序,解算出了围岩温度分布规律;并通过实测数据与解算结果的对比,证明了异步长半显式差分格式的正确性及高精度。     

巷道围岩渗流与传热耦合数值模拟研究

为了得到具有地下水渗流的矿井围岩内部传热规律,基于等效连续介质渗流模型,建立矿井巷道裂隙密集性围岩渗流和传热耦合模型,应用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,实现了矿井巷道裂隙围岩温度场的分布模拟,并分析了矿井通风时间、围岩孔隙率、围岩渗透率、固体导热系数、围岩初温和通风温度对温度场分布的影响。结果表明:通风时间增加会使得调热圈半径增大;在孔隙率较大时,孔隙率越大越有利于换热,孔隙率较小时,孔隙率越小越有利于换热;渗透率越大、固体导热系数越大和通风温度越低越有利于换热。固体导热系数、原始岩温及通风温度对围岩调热圈半径影响不明显。     

新城金矿深部热环境分析及围岩温度测试

随着开采深度的增加,新城金矿已经进入深部开采阶段,逐步面临高温热害问题。鉴于此,开展地下深部热环境分析,分析矿区主要热源及其形成机理,应用工程热力学手段量测不同开采深度下巷道风流温度、湿度以及风速等环境因素。采用深孔测量法测定不同深度的围岩温度,研究地温梯度变化规律。测试结果表明,巷道风温、水温均随着开采深度的增加而增大,主要生产中段相对湿度在80% RH以上,矿区恒温带温度为23 ℃,正常地温梯度为0.018 ℃/m,调热圈半径为17~18 m。该结果为有效控制井下作业场所的热环境状况以及热害防治研究提供了基础数据。     

矿井围岩温度场分布规律

应用固体导热的理论,忽略一些次要因素的影响得到矿井围岩传热的数学模型。应用COMSOL Multiphysics模拟软件,计算得到矿井围岩温度场的分布规律,讨论了矿井通风时间、围岩导热系数、围岩径向位移、风流温度和原始岩温对矿井围岩温度场的影响。研究表明:影响围岩调热圈半径的主要因素是通风时间和围岩的导热系数。围岩调热圈半径随通风时间的增加及围岩导热系数的增加而增加。影响围岩温度梯度的主要因素是通风时间、风流温度和原始岩温。围岩温度梯度随通风时间的减少、风流温度的减小和原始岩温的增加而增加。     

矿井围岩温度场分布规律北大核心

应用固体导热的理论,忽略一些次要因素的影响得到矿井围岩传热的数学模型。应用COMSOL Multiphysics模拟软件,计算得到矿井围岩温度场的分布规律,讨论了矿井通风时间、围岩导热系数、围岩径向位移、风流温度和原始岩温对矿井围岩温度场的影响。研究表明:影响围岩调热圈半径的主要因素是通风时间和围岩的导热系数。围岩调热圈半径随通风时间的增加及围岩导热系数的增加而增加。影响围岩温度梯度的主要因素是通风时间、风流温度和原始岩温。围岩温度梯度随通风时间的减少、风流温度的减小和原始岩温的增加而增加。     

深井巷道隔热降温技术的研究与应用

为深井巷道降温提供设计参数是深井高温岩层巷道隔热降温技术研究的主要目的。研究了非隔热层巷道围岩向巷道的热量释放模式,分析了调热圈形成原理、热传递解析方程及参数;然后研究了隔热层巷道围岩向巷道的热量释放模式,分析了调热圈变化原理,并推导出隔热降温效果理论解析式及参数确定;工业性试验对比证实,巷道采用隔热降温技术后,隔热效果达到64%,具有巨大的技术经济效益。     

沿空掘巷非对称性差异化支护技术研究

针对2103工作面沿空掘巷巷道围岩变形量大,矿压显现明显,煤柱侧与实煤体侧巷道围岩呈非对称变形问题,采用数值模拟分析确定工作面留设煤柱的合理宽度为5 m,同时利用钻孔成像技术对巷道围岩裂隙变化情况进行分析,得出实煤体侧和煤柱侧巷道围岩松动圈范围分别为1.8～2.2 m、1.5～2.4 m,据此提出非对称性差异化支护方案。支护方案优化后,通过对巷道围岩顶底板及帮部位移量变化情况和岩层裂隙发育情况进行监测,监测结果巷道在采用优化后支护方式后,80%锚杆受力在20～60 kN;巷道两帮位移变化量在75～95 mm,巷道顶底板移近量在43～95 mm,巷道围岩裂隙发育大部分集中在距围岩表面深度1.1 m以内。应用结果表明:该支护方案能够有效控制沿空掘巷巷道围岩变形,为类似条件下巷道支护提供了较大的参考价值。     

基于“留巷+超前工作面倾向钻孔”的无煤柱煤与瓦斯共采技术研究

为了对某煤矿无煤柱煤与瓦斯共采技术进行研究,研究了“留巷+超前工作面倾向钻孔”技术,对某煤矿工作面及试验钻孔进行了布置设计,研究了留巷围岩控制参数、钻孔结构参数及布置参数,然后对留巷围岩控制效果和钻孔稳定性进行了监测和分析。研究得出:工作支撑压力影响区分为3个区域,围岩最大变形速度达到89 mm/d,顶底板最大变形速度达到136 mm/d,基本顶垮落变形区和直接顶垮落区,顶底板最大移近速度达到40 mm/d,围岩最大变形速度为22 mm/d。通过对钻孔稳定控制技术的应用,提高了钻孔稳定性,改善了瓦斯抽采钻孔抽采效率。研究为钻孔的合理布置提供了技术支持。     

基于窥视法的围岩稳定性评价研究

针对深部软岩巷道工程地质条件复杂、巷道支护难度大等问题,以丰峪煤业实际矿井地质条件为例,采用试验室试验以及窥视法对该矿围岩稳定性进行研究,通过单轴压缩试验、巴西（劈裂）试验和三轴压缩试验研究了该矿运输巷的基本顶、直接顶、直接底的单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗拉强度、弹性模量等参数;采用窥视法对该巷道围岩松动圈进行研究。研究得出:该矿运输巷的左帮产生的围岩松动圈在3.0~4.2 m,右帮产生的围岩松动圈在2.2~3.8 m,顶板产生的围岩松动圈在1.0~2.4 m,围岩稳定性差,应该加强支护,确保矿井的安全开采,研究为巷道的超前加固提供了可靠的理论依据,保证巷道的正常使用和回采的顺利进行。     

高海拔超深井原岩温度变化分析

为了研究云南某地下矿山的原岩温度变化,运用浅孔测温法测定该矿深部主要开采水平的原岩温度。结果表明:由于该矿的地理位置及裂隙水的影响,1 274m及上部水平原岩处于吸热状态,且原岩温度和对流换热系数随采深的增加呈不断升高的趋势。1 274m水平原岩温度与巷道气温相差不大,吸热量较小,924m水平受采动影响较小,因此更接近原始围岩结构,属于放热源。在后续深部开采过程中应注意进一步控制热害。     

岩巷掘进爆破对围岩稳定性影响的研究

利用围岩松动圈理论,计算了深井巷道的松动圈半径;建立了巷道掘进柱状装药爆破对围岩松动圈影响的力学模型,得出了围岩动态松动圈半径的计算公式,为深井巷道爆破掘进过程中巷道的支护设计提供了依据。     

巷道入口风温季节性变化下围岩温度场及其影响因素分析

为了研究巷道入口风温季节性变化下围岩温度场的变化规律,以及不同物理参数对围岩温度场的影响,根据能量守恒和傅里叶定律,建立围岩温度场导热方程,沿巷道轴向和围岩径向进行离散单元划分,应用有限差分法建立巷道入口风温季节性变化下围岩温度场数值解法,编制C#程序并以济宁三号煤矿为例进行模拟研究。结果表明：巷道入口风温季节性变化下围岩温度随与巷道中心距离的变化具有两区分布特征;径向上不同深度处围岩温度呈季节性变化且变化幅度随深度的延伸逐渐减小,深部围岩温度最大值或最小值出现的时间滞后于浅部围岩;地面气温年较差、采深及岩体导温系数对围岩温度场有着重要影响,风量对围岩温度场的影响主要表现在径向浅部围岩。     

金达煤矿动压巷道支护技术研究

金达煤业10107运输巷采用架棚和锚杆联合支护，支护参数不合理，巷道受动压影响变形严重，两帮移近量达800 mm，底鼓量达1 500 mm，巷道需要多次返修。为解决巷道支护难题，在该巷内进行了地质力学参数测试，分析了支护存在的问题及动压巷道围岩受力特点，提出了高预紧力锚杆支护技术，进行了井下试验。结果表明:新支护在巷道浅部围岩形成刚度较高的预应力承载结构，矿压监测结果显示巷道顶板下沉量43 mm，两帮移近量95 mm，巷道支护效果有了明显改善，满足矿井正常回采的要求。     

北岭矿4号煤主要巷道支护设计研究

分析了北岭矿4号煤层主运大巷和辅运大巷支护存在的问题,在研究了4号煤层巷道围岩条件的基础上,通过分析其松动圈的范围,确定其围岩属于Ⅳ类围岩（不稳定围岩）。采用工程类比法,对北岭煤矿4号煤层主运大巷和辅运大巷的支护方式、锚网索支护参数等进行了设计,确定了采用锚杆支护方式,顶部结合W钢带（钢筋托梁）、网和锚索提高支护强度的支护方案,并明确了锚网索支护各项参数。方案设计完成后,在4号煤层辅运大巷选取了100 m巷道进行效果验证,重点观测了试验巷道表面位移、锚杆锚索锚固力及巷道顶板围岩深部基点位移。观测结果表明,设计的巷道支护参数能够对4号煤巷道围岩进行有效控制,方案符合设计标准要求。