基于不规则煤柱应力场特征的冲击地压防治研究

针对近距离煤层群开采过程中上煤层开采遗留大量不规则煤柱严重影响下煤层开采的问题，以济三煤矿183_下05工作面为研究对象，利用FLAC^3D数值模拟软件建立三维数值模型，对上煤层工作面遗留不规则煤柱应力场进行深入研究，分析上煤层遗留煤柱形成高应力区对183_下05工作面的影响，研究结果表明：在采空区侧向支承压力叠加影响下，三角煤柱区和窄煤柱区应力集中程度较高；随着煤柱宽度减小，应力集中程度进一步增大，冲击危险性相应增加，煤柱易失稳诱发冲击地压；3_下煤层工作面开采期间，受3_下煤层工作面超前支承压力与侧向支承压力影响，煤柱支承压力增高，并将会引起3_下煤层局部应力升高程度进一步升高，煤体将会处于高承压状态，并且工作面开采侧煤柱应力集中程度明显高于采空区侧。通过采取煤体大直径钻孔卸压和顶板超前预裂爆破两种卸压措施，有效降低了该区域的冲击危险性，实现了安全开采。     

综放工作面区段煤柱合理宽度优化研究

为了合理确定兑镇煤矿工作面区段间的煤柱宽度,在保证巷道支护稳定前提条件下,减小煤柱宽度,提高煤炭采出率,通过对现场采集的煤层及顶底板煤岩样进行了煤岩体的物理力学参数测试,采用FLAC3D数值分析软件,建立了工作面回采过程中不同宽度区段煤柱的力学模型,对比分析了3种不同煤柱宽度时围岩应力、变形及塑性区分布规律的差异。结果表明：16 m宽的煤柱可以较好地减小工作面推进过程中煤体的应力集中程度、塑性区范围及侧向位移,减少煤柱宽度,最终确定了区段煤柱合理的宽度为16 m,工作面实现安全回采。     

岳城矿预抽地面井采动影响数值模拟研究

为提高地面井抽采效率及优化地面井井位选择,基于岳城矿1301_下工作面概况、岩层参数及综合柱状图,采用FLAC^3D构建岳城矿综采工作面数值计算模型,对采场覆岩运移规律进行模拟计算分析。通过模拟1301_下综采工作面回采情况,分析了采动过程顶底板塑性区变化及覆岩应力变化规律,得到了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,并进一步分析了综采工作面推进至预抽井附近时的应力演化特征,为预抽井井位优选提供了理论依据。     

上盘采空断层下盘开采的煤柱宽度优化研究

在断层和采动影响下,下盘工作面断层侧煤柱宽度制约着工作面的安全生产。以黄陵煤矿二盘区 203下盘工作面为工程背景﹐采用理论分析、数值模拟和相似模拟相结合的方法﹐研究上盘工作面采空后﹐下盘工作面断层侧煤柱上方载荷与煤柱尺寸之间的关系﹐揭示煤柱宽度为30,26,22,20,13和6 m时的位移、应力演化及塑性区分布特征,分析煤柱宽度为30 m时的覆岩结构特征,并通过综合分析,优化了工作面合理煤柱宽度。研究表明:上盘工作面采空时,在断层和采动的影响下,随着煤柱宽度的减小,下盘工作面断层侧煤柱上方的载荷分为载荷降低区、载荷过渡区和载荷稳定区;当煤柱宽度为30 m 时,下盘工作面断层侧高位岩层出现离层,煤柱上方应力集中程度大于另一侧,承载能力强,稳定性高;当煤柱宽度减小至22 m 时,靠近断层侧的顶板最大下沉量和应力集中程度显著增大,煤柱开始发生塑性破坏,承载能力逐渐减弱﹔当煤柱宽度减小到l3 m时,断层侧塑性区向工作面两端及上方发展至贯通煤柱,煤柱稳定性较差﹔当煤柱宽度减小至6 m 时,靠近断层侧顶板最大下沉量和应力集中程度继续增大,塑性区继续发育。通过相似模拟试验研究发现,当煤柱宽度为30 m 时,顶板垮落并充填采空区,下盘工作面断层侧煤柱上方无明显变化。经综合分析,确定下盘工作面断层侧煤柱的合理宽度为 18~22 m,可提高工作面回采率,同时可保证工作面安全生产。     

高瓦斯综放工作面区段煤柱合理尺寸确定

为确定区段煤柱的合理尺寸,从保持煤柱稳定性所需宽度条件入手,建立煤柱两侧塑性破坏区理论计算公式。结合现场实测数据,提出留设煤柱宽度27、30、33 m 3种方案;利用FLAC3D数值软件分析了下区段工作面回采时煤柱及巷道的应力场及塑性变形特征。研究结果表明,当区段煤柱宽度为27 m时,煤柱两侧应力集中现象明显,塑性破坏深度包络帮锚杆全长且巷道边缘处于应力增高区,不利于巷道稳定;当煤柱宽度达到30、33 m时,巷道围岩情况明显改善。综合考虑3个"有利于"原则,确定常村矿2207工作面区段煤柱合理宽度为30 m。     

深部大采高综采工作面区段煤柱宽度优化研究

为解决深部大采高综采工作面大尺寸区段煤柱护巷效果与煤炭资源回收率之间的矛盾,以红庆河3-1煤大采高工作面为研究背景,通过极限平衡理论计算深部采场煤柱塑性区、弹性区宽度,采用应力监测手段分析煤柱内应力分布特征,结合不同宽度煤柱数值模拟结果,得出结论:3-1401工作面回采侧与掘进侧塑性区宽度分别为6. 28m、5. 83m,并采用数值模拟计算对该结果进行了验证;应力监测结果表明,40m煤柱呈现双峰状应力分布特征,应力集中程度明显,回采侧应力峰值位于距煤壁6m位置,应力集中系数达2. 18,掘进侧应力峰值位于距煤壁5m位置,应力集中系数为1. 98;综合以上分析结论,确定该条件下区段煤柱合理宽度为25m。     

不同采厚非对称开采围岩变形特征模拟分析及应用

依据谢桥矿1151(3)综放面非对称布置开采的地质和技术条件,采用计算机数值模拟(FLAC3D)系统开展了一次采厚变化对覆岩运移特征的影响研究.研究结果表明:不同采厚围岩运移特征均具有明显的非对称性,煤柱侧围岩塑性区宽度和位移远大于工作面中、下部;工作面前方塑性区宽度、走向工作面后方围岩塑性区边界与采空区方向的夹角和倾向下山方向围岩塑性区边界与煤层夹角与一次采厚呈非线性正比,走向工作面前方围岩塑性区边界与推进方向的夹角与一次采厚成非线性反比.工程应用表明,非对称开采工作面支架的选型和设计应适应围岩非对称变形的特点,并改善供液系统,加强端头管理.     

建筑物下矿山充填条带参数优化及稳定性分析

为解决某矿3_下煤村下压煤开采难题,尽可能提高煤炭资源回收率,需对充填条带参数进行研究。根据关键层理论,对3_下煤层顶板极限跨度进行计算研究,可知该矿顶板条件下未充填区域宽度小于41.8 m时,基本顶不会发生断裂;在此基础上采用FLAC^3D数值模拟软件对3个条带充填方案进行分析,研究不同充填体宽度和一定充填间隔距离条件下充填条带的塑性区范围和应力分布规律,研究结果表明：应尽量使充填率控制在70%以下。根据对不同模拟方案进行比较分析可知,在充填率为55.5%时,条带充填体塑性区比例为30%左右,充填体弹性核区能够长期稳定。实践表明3_下煤在此充填条带参数下开采,可确保地表建筑物在Ⅰ级破坏范围内,且利用矸石充填,对实现矿区绿色开采具有重要意义。     

孤岛工作面回采合理煤柱宽度研究

针对孤岛工作面开采时两侧煤柱应力集中问题,以山东能源协庄煤矿401工作面为研究对象,通过数值模拟和现场实测研究了孤岛工作面回采时煤柱采动应力和塑性区分布特征。模拟结果表明：当煤柱宽度由10 m增加至40 m时,相邻工作面两侧高应力区范围以及对大巷应力分布的影响逐渐减小,最大水平应力分别降低了13%、10.5%和6.2%;煤柱宽度为10 m和20 m时,煤柱出现塑性破坏失去承载能力;煤柱宽度为30 m和40 m时,煤柱两侧出现塑性破坏,中心未出现塑性破坏,仍具有承载能力;基于模拟结果,确定合理煤柱宽度为30 m,现场监测结果表明,该煤柱宽度可以实现孤岛工作面的安全回采。     

斜沟煤矿16500工作面注NaHCO3治理H2S技术研究

针对斜沟煤矿16500工作面生产期间H₂S涌出量较大，严重影响安全生产，结合工作面H₂S涌出规律，实施煤层注NaHCO₃溶液措施，并对治理效果进行分析。结合工作面开采速度以及H₂S涌出规律，对注NaHCO₃参数计算公式进行研究。现场实践结果证明：注NaHCO₃时间达到3 d之后，注NaHCO₃钻孔6 m半径之内H₂S浓度下降0.001%～0.003%,离工作面距离25～57 m时，注NaHCO₃溶液流量保持相对平稳，煤层实施注NaHCO₃溶液措施后可明显减少H₂S涌出量，治理效果良好。     

综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律

综采工作面基本顶初次断裂失稳机理对工作面支架选型及采场围岩稳定性控制至关重要。通过建立顶板力学模型分析得出:综采工作面基本顶初次断裂前,基本顶厚跨比从初始状态减小趋近极限状态时,其内部最大主应力σ1与最大剪应力τmax均逐渐增加;当厚跨比接近02时,σ1与τmax均出现陡增,但σ1增加速率大于τmax,易在基本顶两端顶部发生断裂,且基本顶初次断裂时极限厚跨比n1一般大于02。在不发生滑落失稳条件下,基本顶极限厚跨比n1随回转角θ的增大近似呈线性增加;证明了基本顶铰接结构回转初期(θ为0°～3°)易发生滑落失稳。在仅考虑厚跨比影响的条件下,基本顶铰接结构发生回转失稳的临界条件为极限厚跨比n1=0624。然而,当n1<0624时,回转极限平衡角大于岩块回转平衡角所允许的最小值时,亦会造成铰接结构回转失稳。同时,在考虑支架弹性变形的基础上,建立了基本顶铰接结构滑落失稳对工作面支架动载系数计算方法,当直接顶与基本顶离层量Δh为0时,动载系数Fsd取最小值;Δh不为0时,Fsd随Δh增加而增大,但随直接顶与支架刚度之比、直接顶自重与基本顶传递载荷之比增加而减少。最后,通过对不同综采工作面初次来压时支架工作阻力与动载系数进行计算,验证了理论分析的有效性。     

用模糊模式识别确定开采沉陷预计参数

基于模糊模式识别理论,根据给定的开采沉陷相似现象群的分类及基础岩层移动参数,提出了按择近原则进行新矿区模式识别和预计参数确定的方法.即对于B₁,B₂,…,B_n 这n个开采沉陷模型,如果有一个新矿区的模型C与B_i（i=1,2,…,n） 最贴近,就可用B_i作为该矿区的开采沉陷预计参数.实例研究表明,用此方法确定的预计参数具有更强的可靠性和准确性.     

开采沉陷动态下沉模型及其参数研究

针对Knothe时间函数在描述动态下沉过程中下沉速度的不足,采用改进的双参数Knothe时间函数建立动态下沉模型,其中的覆岩岩性决定系数c及幂指数k值采用最小二乘法求解,最大下沉值W0通过地表移动观测站实测资料确定。采用拟合决定系数R2评定精度,以淮南某矿1242（1）工作面地表移动观测站实测资料进行模型精度验证,最大下沉点MS29和ML44在各个观测时期的拟合决定系数分别为0.983 6和0.975 7,工作面推进过半时（328 d）倾向和走向观测线上各监测点观测值与预计值的拟合决定系数分别0.995 3和0.958 2,计算结果表明双参数Knothe时间函数模型动态预计1242（1）工作面开采沉陷全过程精度可靠。     

基于“两介质-三界面”模型的散煤注浆固结宏细观规律

为了预判水泥浆注浆加固淮北矿区松散煤层效果，提供合理注浆参数，确保松散破碎围岩体注浆加固后稳定，文章基于离散元思想，将散煤和水泥视为颗粒，结合散煤-水泥浆胶结体单轴压缩试验和颗粒流模拟软件，研究散煤注浆加固效果，从宏-细观角度揭示散煤水泥浆注浆加固规律。文章构建了散煤-水泥"两介质-三界面"模型；校核了散煤-水泥浆胶结体三界面细观力学参数，分析了颗粒配比和胶结体孔隙率对散煤注浆加固效果的影响规律。研究结果表明："两介质-三界面"模型包括散煤颗粒、水泥颗粒，散煤颗粒之间胶结界面、水泥颗粒之间的胶结界面和散煤与水泥颗粒之间的胶结界面，模型不仅能够模拟常规岩体力学实验，还能够进行胶结参数影响特性研究，适用于散体介质注浆加固效果预判；散煤-水泥浆胶结体单轴压缩强度σc和弹性模量E随着散煤与水泥颗粒配比γ增加先增大后减小，存在最佳配比，散煤含量增加的过程分为初期骨料强化和后期胶结弱化两个阶段；胶结体单轴压缩强度σc和弹性模量E随着孔隙率n增加而加速减小，粒径越小、充填程度越高的注浆材料，加固效果越好。在现场注浆设计施工过程中，根据现场围岩破碎程度，优选粒径小、可注性好的浆液，能够获得较好的注浆加固效果。     

湖南新化天龙山岩体侵位对煤系变形变质的构造效应

煤对应力、应变和温度十分敏感,在多期次、多层次的构造-热运动下必然会留下各种应力作用(静压力和构造应力)痕迹。采用工业分析、元素分析、XRD,SEM及ICP-MS等方法,探讨了新化中生代天龙山岩体侵位对煤系变形变质、煤结构变化的构造效应以及元素迁移富集的应力-应变环境响应。研究结果表明:天龙山岩体侵位引起的岩浆热及构造应力作用,促进煤化程度升高逐渐转变为隐晶质石墨,煤及围岩出现大量热变质矿物;岩体侵位施加放射状挤压应力集中带,节理与岩组主压应力轴方位与岩体边界近于垂直,靠近岩体构造变形增强;构造应力与岩浆热变质叠加作用对煤的大分子结构影响显著,d_(002)值、L_a/L_c分别随变质程度降低及远离岩体而减小。岩体附近煤层受岩浆热作用显著,岩浆侵位的构造效应(机械能、热能及化学能)造成煤岩结构破坏、变质程度升高以及元素富集、迁移,煤中REE含量增加;稀土元素球粒陨石标准化分配模式曲线特征可划分为3种类型,其中A型与C_1型靠近岩体叠加了岩浆热变质作用,与泥盆纪灰岩及硅化灰岩稀土元素分配模式曲线相似,岩浆热液使围岩矿化,但局限于蚀变带。岩浆热变质作用驱使稀土元素向富轻稀土方向演化,构造应力驱使稀土元素向着富重稀土的方向演化,导致ΣL/ΣH比值偏低。     

基于FLAC3D软件的极端恶劣环境下边坡稳定性分析

为了评价某西藏露天矿边坡在极端恶劣条件下的稳定性,以矿区边坡A-A剖面为典型研究对象,通过岩土力学室内试验和经验类比法确定岩体力学参数,采用ANSYS软件建立矿区边坡A-A剖面的计算模型,然后加载积雪和地震荷载,运用FLAC3D软件分析边坡的位移、剪应变增量和塑性区大小。结果表明：在开采过程中碎石土区域最大累计位移约为84.6 mm,岩质台阶面部位剪应变增量很小,为0.001以下,碎石土台阶边坡局部区域最大剪应变增量小于0.009 36,岩质台阶面部位以及碎石土边坡区域无塑性区,整体边坡以及局部碎石土区域台阶边坡稳定;在积雪和地震工况作用下,最大累计位移约为366.8 mm,岩质台阶面部位剪应变增量很小,为0.01以下,碎石土台阶边坡局部区域最大剪应变增量小于0.082,岩质台阶面部位有少量塑性区,碎石土边坡区域出现了较大的塑性区,其稳定性有所降低,但整体边坡仍能保持稳定。     

参数在线估算的永磁同步电机最大转矩电流比控制

在矢量控制坐标变换的基础上,针对内置式永磁同步电动机(IPMSM) d、q轴电感不相等的特性,对内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制方法进行了研究。用极值原理推导出在输出转矩一定时所需要的最小d、q轴电流应满足的关系式。在系统容量相同的情况下,相对于i_d=0控制显著提高系统的低速转矩及动态性能。在此基础上,进一步考虑到电感饱和效应,对电机关键参数L_d、L_q进行了在线自适应估算,给出了适于工程应用的近似算法并应用于工程实践。最后对i_d=0控制、最大转矩电流比控制进行了试验对比,结果表明：该方法可有效提高系统的转矩输出能力,具有很好的工程应用性。     

基于不同类型煤吸附甲烷的吸附势重要参数探讨

目前广泛使用的以饱和蒸汽压(P0)和吸附相密度(ρa)为重要参数的吸附势理论,在用于煤-甲烷吸附体系研究时,因求取虚拟饱和蒸汽压时参数k值选取随意,导致吸附行为描述精度不高。借助低中变质程度构造煤和共生非构造煤样品,通过开展煤对甲烷等温吸附实验,进行P0和ρa标定,获得相应的吸附特征曲线,并在较宽温域内对不同类型煤等温吸附曲线进行预测。研究发现,基于k值的P0计算对吸附特征曲线影响较大,不同煤样的最优k值分别为kP1N=3.2,kP1D=3.4,kP8N=3.1,kP8D=3.0。利用313 K下吸附数据预测了不同煤在243,283,303,323 K的等温吸附曲线,认为选用Amankwah公式并利用最优k值计算P0时所获得结果与实测值吻合最好。     

岩石的非均质性对其材料强度尺寸效应的影响

采用非均质数值试验的方法,研究了非均质参数m对岩石材料强度尺寸效应的影响,提出尺寸效应影响参数η,其值越大尺寸效应越明显.研究表明：随着非均质参数m的增加,尺寸效应影响参数η的值先增加后减小,当m→＋∞时η→0.在m=2附近时η达到最大值,此时的强度尺寸效应最明显.η在1.65≤m≤3范围内变化最为剧烈,所以当非均质参数m在此范围内时,岩石材料的强度尺寸效应在明显和不明显之间变化幅度最大.     

煤泥干粉在流化床中燃烧特性的实验研究

为了探索煤泥燃烧利用的新途径,首先研究了煤泥干粉的燃烧动力学,然后在高2 000 mm、内径100 mm实验室规模的流化床中系统研究了其燃烧特性。结果表明,煤泥干粉燃烧为一级反应。在床温900 ℃、床料为40目石英砂的条件下,当u/umf＞6,即操作气速过高时,由于煤泥干粉粒径较细,煤泥在床内停留时间较短,燃烧不充分,炉内轴向温度与烟气中CO,SO2,NOx等污染物浓度波动大;当u/umf＜2时,由于气速过低,流化质量差,密相区物料出现沉积,导致炉内煤粉出现“爆燃”;在u/umf为2~6之间,随着流化气速增加,CO,SO2,NOx等烟气组分均明显增加。当以相同Ca/S摩尔比加入石灰石后,随流化气速降低,气体停留时间增加,SO2和石灰石的气固接触改善,炉内脱硫效率提高。