大宁煤矿阶段式高水材料充填沿空留巷技术应用研究

针对大宁煤矿突出煤层大采高工作面多巷布置及上隅角瓦斯超限等问题,进行井上井下抽采系统改造,为保证工作面后方不透风和瓦斯排放的可靠性,提出了采用阶段式沿空留巷来实现工作面五进两回的偏Y型通风的方案,以期解决上隅角瓦斯超限难题,以大宁煤矿304工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场实践相结合的方法,确定合理阶段长度和充填体支护宽度。研究表明,大宁煤矿阶段式沿空留巷围岩运动经历了采动影响阶段、留巷稳定阶段两个阶段,在工作面后方0~40m,沿空留巷围岩变形明显,40~60m趋向稳定,满足沿空留巷使用要求;同时,改善了工作面的通风系统,解决了工作面后方采空区通风问题。     

沿空留巷巷道底板破坏规律分析

为了研究沿空留巷巷道底板破坏规律,确保巷道的稳定性,分析了巷道底板塑性区扩展规律以及确定围岩破坏程度指标,采用FLAC^3D数值模拟软件,对沿空留巷巷道底板破坏规律进行了分析,研究了煤柱及沿空巷道底板塑性耗能比率变化规律。研究得出,沿空巷道掘进期间,巷道底板产生较大的塑性区,其底角的塑性区高于底板中线的塑性;靠近实体煤柱侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度低于靠近采空区侧的巷道底角变形破坏范围和变形破坏程度。     

电子雷管在岩巷爆破中掏槽孔微差时间试验研究及数值模拟

为研究直眼掏槽爆破掏槽孔与辅助孔间延期时间对掏槽爆破效果的影响,通过电子雷管的模型试验对不同延期条件下的槽腔形成过程和特点进行了研究。试验采用高速摄影仪对试块槽腔的形成过程进行观测,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对槽腔裂纹扩展进行了数值模拟分析。结果表明：① 在本模型试验条件下,延期时间为1~3 ms时掏槽孔与辅助孔之间的爆炸能量相互作用最紧密,并为辅助孔起爆提供了新自由面,降低了辅助孔起爆受到的夹制作用,爆破效果最佳。② 同时起爆时,相邻掏槽孔与辅助孔之间的岩体比掏槽孔包含的槽腔岩体破碎更充分。延期1 ms起爆时,掏槽孔与辅助孔之间的岩石受辅助孔爆炸冲击波作用瞬时移动速度达到最大,辅助孔起爆产生的裂隙范围也最大,掏槽效果最佳。③ 掏槽孔起爆超过1 ms后对槽腔岩体的影响逐渐消失,此时起爆辅助孔不利于掏槽孔与辅助孔之间爆炸能量相互叠加,降低了掏槽爆破效果。     

TEM探测低阻覆盖层下煤矿浅埋积水采空区

为了实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的瞬变电磁探测(TEM)，采用大发射回线可以增强信号，易穿透低阻覆盖层，提高其下部数据的信噪比，但会使浅埋积水采空区的反映信号主要集中在早期数据中，采用在反演过程中使用前次反演的最优正则化参数直接做为后次迭代的模型参数，并在迭代时控制步长的约束反演方法，可克服晚期视电阻率对早期信号分辨率低的弊端，实现对地层的电性分层与早期信号中积水采空区的空间定位。经建立K型地质模型正反演验算，以及经过钻探验证的实例表明：对瞬变电磁大磁矩数据进行约束反演，可以实现低阻覆盖层下浅埋积水采空区的定位探测。     

基于Lacey指数的球磨机介质分层行为研究

为弄清球磨机各运行参数对其内部介质分层行为的影响程度,本文针对球磨机运行时内部磨矿介质的轴向分层行为进行了研究。借助离散元工具及Lacey混合指数相关理论,进行了正交仿真实验,对介质填充率、筒体转速率、提升条数量和提升条迎球较面角度四个参数对介质分层的影响进行了研究,得出结论：对球磨机内介质分层行为影响最大的因素是球磨机筒体内提升条数量,球磨机转速率和介质填充率次之,影响最小的因素是提升条冲击面角度。当筒体转速率为67 RPM、提升条数量为0个、提升条角度为55°时,筒体内的介质颗粒的混合效果最差,颗粒分层行为最明显。     

冲击地压后瓦斯异常涌出条件及致灾原因分析

针对冲击发生后瓦斯异常涌出的现象,分析了煤岩微裂隙状态、温度等因素在冲击地压发生前后的变化以及冲击地压引起矿体震动对瓦斯吸附能力的影响,从多角度分析了冲击地压发生后导致瓦斯异常涌出的条件和原因。通过理论计算,瓦斯渗透试验等手段,研究了煤体受载过程中孔隙度和渗透性的变化规律;在含气煤本构方程的基础上,利用三轴加载条件下应力-渗透率关系计算得到了煤样加载过程中的渗透率的变化曲线。结果表明:冲击地压的发生确实存在导致瓦斯异常涌出的条件,而瓦斯对煤体存在力学和非力学的作用,可以导致煤体强度下降,脆性增强,并能够加速煤体的失稳破坏;煤体孔隙度和渗透率在三轴加载条件下会有先降低后增大的趋势,在应力达到破坏载荷的70%左右时,孔隙度和渗透率急剧增长;煤岩体内裂纹扩展,渗透性能增加是高瓦斯矿井冲击地压发生后瓦斯大量涌出的最直接的原因,矿体震动、煤岩体温度升高等冲击地压的伴生现象在一定程度上会促进瓦斯解吸和逸出。     

采煤沉陷区工程建筑物地基的稳定性分析

提出了采煤沉陷区地基空间稳定性和时间稳定性的概念及采煤沉陷区地基稳定性分析的4个要点,详细分析了地基主要受力层与老采空区裂缝带的空间关系、采煤沉陷稳定时间、采煤沉陷区残余残余移动变形的计算及其对地基稳定性的影响。以北票矿区采煤沉陷区治理工程为例,说明了采煤沉陷区地基稳定性分析在指导采煤沉陷区治理规划方面的应用。     

大倾角工作面支架与围岩关系研究

云盖山煤矿一矿22204综采工作面最大坡度26°,为了确保大倾角工作面,液压支架不出现非正常的垮落与滑动,达到延缓顶板的垮落速度,以及将破碎的顶板引导到支架后方的采空区位置处的目的,采用理论分析和试验研究的方法,分析了大倾角工作面支架受力特征与大倾角工作面支架的重心位置关系。研究得出:当工作面煤层倾角不断增加,为了确保液压支架不滑动,需要的初撑力呈现指数增加;当液压支架的支护高度的不断增加,支架重心也随之不断增加,因此支护高度的增加会对液压支架的稳定性产生巨大的影响,研究为大倾角工作面支架设计提供理论依据。     

整体式多路换向阀阀芯结构研究

阀芯上阀肩与阀体之间的配合,阀芯上节流槽、均压槽的设计等直接影响整个阀的使用性能和阀的使用寿命。研究对象为矿用装岩机机械液压系统整体式多路换向阀中回转联滑阀阀芯的结构。剖解整体式多路换向阀阀芯的结构,对阀芯节流口的面积进行数学分析,并利用减小阀芯所受径向力的方法对阀芯结构、节流槽、均压槽进行研究。重点研究阀杆上的节流槽、均压槽等阀杆的微小结构对阀使用性能的影响。研究对阀杆的设计具有重要的参考价值。     

基于Fluent软件的泵前进气管内部流场模拟

利用 Fluent软件,对气浮装置中设置在溶气泵前进水口上的泵前进气管内部结构进行了流场模拟,计算得到了压力云图,速度云图和相分布图,进而获得泵前进气管内部的压力变化、速度变化及相变化情况。通过综合分析,泵前进气管内部压力均会逐渐降低,而速度则会逐渐增大,导致负压区的出现,说明泵前进气管具有吸气能力,而相分布图则证明了泵前进气管内气相的存在。根据分析结果,对泵前进气管结构做了一定优化,而优化后装有节流口的泵前进气管负压区范围明显较大,气相分布较为均匀,说明其吸气性能较好;而泵前进气管入口速度的改变,则证明了入口速度的提高会促使泵前进气管内部负压区范围的扩大,从而提升吸气性能。     

锚杆无损检测反射信号分形分析及其应用研究

为了避免锚杆无损检测过程中反射信号特征点难以识别的问题,将分形维数中的盒维数引入到锚杆无损检测反射信号的分析之中。为研究锚杆极限承载力与盒维数的关系,通过设置干沙填充的缺陷段、制作不同配比的锚固剂分别从锚固缺陷程度和锚固剂性质两个角度来进行研究。在古交东曲矿井下实地进行了锚杆反射信号的采集并在分析完成后进行了拉拔检测。结果表明：锚杆中的缺陷数目越多,极限承载力越小,响应曲线盒维数越高;锚固剂性质随含砂率增高而改变,极限承载力先增高后降低,响应曲线盒维数增大;在矿区同段巷道内（锚固剂性质相同）,响应曲线盒维数越大,工作荷载越大,锚固极限承载力则呈现变小的趋势。     

电力半导体场效应管瞬态响应特性研究

瞬态响应特性为电力半导体场效应管制约电路系统性能的关键电学参数。利用TCAD半导体器件仿真软件对电力半导体场效应管的瞬态响应特性进行了详细的研究。仿真结果表明,随着多晶硅栅区宽度的增大,栅—源电容充电时间较长,导通延迟时间随之延长。且栅—漏电容面积增大,栅—源电压维持时间随之增长,上升时间随之增长。导通延迟时间和上升时间均随着栅氧化层厚度的增大而大幅增大。为了在不影响导通电阻和导通延迟时间的情况下,缩短器件的上升时间,可采用非均匀厚度栅氧化层结构。随着厚栅氧化层厚度的增大,器件导通延迟时间基本相同,而上升时间随之显著缩短。随着厚栅氧化层宽度增大,器件导通电阻越高,漏—源等效电容放电时间越长。厚栅氧化层越宽,漏—栅等效电容对栅—源电容的充电时间影响越小,开通延迟时间越短。而对于上升时间,厚氧化层宽度存在最优值,此时miller耦合电容和导通电阻折中效果最优。     

基于应力监测的煤层水力造穴效果检验技术研究

针对薛湖煤矿煤层瓦斯含量高、透气性低,存在瓦斯抽采工程量大、抽采时间长、钻孔抽采效果差、回采接续紧张等难题,通过布置应力监测仪,监测并分析薛湖煤矿25040机巷高瓦斯低渗透煤层水力造穴过程煤层应力演化规律,研究确定顺层线造穴有效影响半径及卸压增透范围。研究结果表明：顺层线造穴期间,距离钻孔越近,煤层应力变化越明显,距离钻孔越远,煤层应力越稳定|线造穴后,钻孔周围不同煤体的应力变化在时间和空间上均不同,距离钻孔越近,煤层应力变化越早,变化趋势越单一,变化幅度越大|距离钻孔越远,煤层应力变化越滞后,变化趋势越复杂,变化幅度越小|根据煤体应力变化可知,顺层线造穴有效影响半径为24m。研究结果对薛湖煤矿顺层线造穴安全高效的实施具有重要的指导作用。     

VSM沉井下沉过程井壁受力规律研究

为了研究VSM沉井井壁受力变化规律,结合施工工艺特点对VSM沉井的下沉过程及受力特性进行了分析。首先,依据VSM沉井下沉特点对其施工过程中所受荷载进行梳理,同时划分了沉井一个下沉循环中的典型运动状态|之后以G.G.Meyerhoff公式和规范为基础,对沉井下沉阻力进行分析计算,提出了考虑井内淹水的刃脚端阻力计算公式,并建立了井壁典型状态施工力学模型|最后,以矿山竖井工程为算例计算得出沉井几何参数、下沉阻力、下沉深度以及悬吊力之间的关系。结果表明：VSM沉井悬吊力大小随着下沉深度的增加并不是一直增大的,而是先增大后减小,存在极大值|井壁厚度直接影响着刃脚端阻力大小和侧壁摩阻力变化规律,进而间接影响沉井的下沉深度|沉井悬吊力大小随着施工条件的变化而变化,对于沉井设备悬吊能力的设计应根据实际情况进行综合考虑|对于内径6m,厚度0.5m的矿山沉井井壁,在f=8kPa条件下,其最大下沉深度为56m|根据下沉深度设计减阻泥浆性能是控制下沉阻力、实现系统优化的重要手段。     

室内环保涂料中空气污染物VOCs排放浓度在线监测

为在线监测室内环保涂料中空气污染物VOCs的排放浓度,以有机玻璃模拟仓进行建筑室内环境模拟,采用基于差分吸收光谱技术的污染物排放浓度反演算法,在不同填充率、涂层厚度、通风率、相对湿度、供暖方式、温度的条件下,对有机玻璃模拟仓涂料中空气污染物VOCs的排放浓度进行在线监测。监测结果显示:填充率越大,VOCs排放浓度越高、扩散通量越大;涂层厚度越大,VOCs排放浓度越大、扩散通量越大;通风率越大,VOCs排放浓度越小、扩散通量越大;相对湿度越大,VOCs排放浓度越大、扩散通量越大;没有供暖的自然工况中,VOCs排放浓度较大,扩散通量较小;温度升高,VOCs排放浓度变大,扩散通量变大。     

The experiment study on slippage effect of the coal-bed methane transfusion

When the gas flow in the compact porous medium at low speed, it has slippage effect which is caused by the gas molecular collision whit the solidskeleton. Using the gas transfusion slippage effect at researching the coal bed transfusion rule, established the transfusion mathematical model of the coal bed which had considered the slippage effect. Observing the influence of the different toencircle presses, the different hole press and the different actual stress to the coal bed by using the three-axles permeameter. Thus summarized the transfusion rule of the coal bed. The experiment indicates that the bigger of the surrounding pressure, the more obvious of the slippage effect. At the same condition of axial pressure and the surrounding pressure, with the increase of the hole pressure, the coal permeability became bigger and then smaller. The coal body effective tress and the permeability curve nearly also has the same change tendency. Thus we can draws the conclusion that the transfusion of the gas in the coal bed generally has the slippage effect. Supported by the National Natural Sciences Fund Subsidization Project of China (50774041); National Important Item of the Natural Sciences Fund Subsidization Project of China (50490275)     

突出煤体变形破坏过程声发射演化特征综合分析

对阳煤新元矿3号突出煤层的原煤和型煤进行载荷控制方式下的变形破坏试验,研究不同类型煤样变形破坏过程中声发射特征及其差异。研究结果表明,煤体破裂过程经历了3个阶段：非裂纹发展阶段、裂纹的稳定发展阶段和非稳定发展阶段。原煤在裂纹的稳定发展阶段及其以后,体应变速率的增大伴随着声发射指标的增大,且体应变的突降伴随着声发射指标的激增。原煤的裂纹非稳定发展阶段出现在峰值应力之前,表现出峰后的脆性变形特征,声发射指标峰值也出现在峰值应力之前;而型煤的裂纹非稳定发展阶段出现在峰值应力以后,表现出峰后塑性流动的延性变形,声发射指标峰值也出现在峰值应力以后。原煤破裂过程中呈现出两种体应变-时间曲线形态,既有较为平滑的曲线形态,也有在裂纹的稳定发展阶段就开始出现短时突降的体应变-时间曲线形态;而型煤仅呈现出平滑的曲线形态。原煤的声发射参数与应力之间总体上呈正相关关系,且在裂纹的非稳定发展阶段或者稳定发展阶段的中期以后,声发射参数具有较高的数值;而型煤声发射参数的演化分为两个阶段,峰前的平静期和峰后的爆发期,由峰前较为稳定的低值跃升到峰后较高水平的最大值,其破坏的声发射参数具有突增性。原煤声发射强度包括平均强度和峰值强度均远大于型煤的声发射强度,这主要是原煤强度较高容易积聚较高的弹性潜能且内部结构相对破碎所致。     

库水位变动条件下的尾矿库溃坝模型试验研究

针对尾矿坝的溃决模式和尾矿库在库水位变动情况下发生溃坝危险等问题,采用自行设计的尾矿库溃坝模拟试验装置并考虑水位变化情况下,开展了尾矿库室内溃坝模型试验。结果表明：1）在库水位变动条件下,尾矿库发生漫顶溃坝,溃坝过程中,水流侵蚀引起的连续下切加深和溃口边壁发生失稳破坏引起的横向展宽是控制溃口演化的两个重要因素;2）坝体在溃决后发生明显的垂直沉降和水平位移,坝体沉降位移主要发生在坝肩和坝体中上部处,而坝体水平位移主要发生于坝体中下部和坝脚处;3）溃口处坝体下沉位移达到最大,溃口下泄泥沙流颗粒粒径随着距溃口距离的增加而逐渐递减,粒径分级现象由不明显到明显,临界距离为距溃口150 cm处。研究为尾矿库在库水位变动情况下的灾害防治提供较好的指导意义。     

三软煤巷掘进工作面应力集中数值模拟分析

针对三软煤层特殊地质条件下煤巷掘进工作面前方应力分布规律不清的问题,利用COMSOL软件对三软煤层煤巷掘进工作面建模,选取相似参数,研究巷道周围应力集中宽度。分别开挖5,10,15 m的距离,观察应力云图和应力变化曲线,同时分析工作面前方煤体Y方向应力图及沿路径Y方向应力变化曲线,得出掘进工作面前方卸压区范围为0~2 m,应力集中范围为2~20 m,峰值距工作面4~6 m;巷道两侧卸压区范围为0~2 m,应力集中范围为2~16 m,峰值距工作面4~5 m的结论。通过煤巷掘进工作面应力集中范围数值模拟分析得出的结论,能够为巷道两帮顺层钻孔封孔长度及锚杆支护的深度提供理论依据。     

矿井巷道淋湿蒸发换热系数构建及风流温度计算

针对全矿井网域系统巷道围岩与风流热-湿交换计算复杂的问题,提出构建淋湿巷道风流换热系数模型,根据现场实测风流相对湿度,掌握矿井(进风侧)风流湿度变化规律,反向推演确定井巷水蒸发影响下风流与巷道围岩热交换的模型,修正围岩与风流的换热系数;用风量加权距离描述实际矿井网域风流相对湿度变化规律。结合九道岭矿实例,将算法纳入到矿井网络系统中,在MATLAB平台上运用TF1M3D对全矿井网域系统风流温度进行仿真求解。研究表明,巷道淋水蒸发吸热对井巷风流温度影响很大,主进风井段风流温度增加0.97℃,变化幅度不大,随着湿度增大风流温度递增变化幅度增大,与九道岭矿进风大巷测定结果吻合。将该算法纳入网络体系计算中,可解决3D矿井模型通风系统热害防治温度分布仿真及自然风压自动计算问题。