矿井高温巷道喷射隔热混凝土正交试验研究

针对当前深部矿井出现的高温热害问题,提出采用喷射隔热混凝土材料封闭巷道壁面,以从源头上隔绝热源。采用正交试验的方法分析了陶粒、玻化微珠和粉煤灰3种因素对隔热混凝土材料表观密度、导热系数、抗压、抗拉及抗折强度的影响。结果表明,陶粒和玻化微珠能够显著改善材料的隔热能力,同时也会降低其力学性能,粉煤灰在低掺量下能够改善材料的表观密度和隔热能力,但也会造成强度的下降,其总体影响不如前两者。通过功效系数模型分析,得出最优配比。试验配制出的混凝土满足轻质的要求,导热系数约为普通混凝土的1/5~1/7,具有明显的隔热效果,为矿井热害治理提供参考。     

陶粒玻化微珠粉煤灰隔热混凝土性能试验研究

以页岩陶粒、玻化微珠和粉煤灰为隔热基材,研制出一种隔热混凝土,可用作深井高温巷道热源屏蔽材料。利用正交试验方法,对隔热混凝土的隔热性能和力学性能进行试验研究,考察陶粒取代率、玻化微珠取代率及粉煤灰取代率对混凝土导热系数和抗压、劈裂抗拉强度的影响。结果表明:陶粒和玻化微珠对混凝土各方面性能均有显著影响,且影响规律一致,皆随取代率的增加,隔热性能显著提高,但力学性能有所下降。粉煤灰取代率在30%以内,影响较小,可使混凝土隔热性能有所改善;但力学性能先提高,后降低,其最佳掺量为10%。     

主动隔热巷道隔热层热物性参数对隔热效果的影响

为得到主动隔热巷道隔热层热物性参数对隔热效果的影响规律,建立了主动隔热巷道风流与围岩的气—固耦合传热模型。选取8种建筑保温材料的热物性参数进行数值模拟,结果表明：不论巷道是否构建有隔热层,巷道围岩的散热量都与通风时间呈正幂指数关系;巷道构建隔热层后,减少的围岩散热量与隔热层的导热系数呈负幂指数关系,同一地点的风流温度降低值与隔热层的导热系数呈负指数关系。隔热层导热系数是影响其隔热效果的主要因素,隔热层的导热系数越小,隔热效果越明显。     

新型混凝土配比设计及其在锚喷巷道中的应用

根据锚喷结构原理和纤维增强机理,研究地下新型锚喷混凝土配合比,通过正交试验,对影响新型喷射混凝土的因子和不同纤维掺量进行试验分析,得到了优化后的新型喷射混凝土配合比。应用有限元软件和工业试验对所得配比下的新型混凝土喷层进行了数值模拟计算和现场应用,表明:与普通混凝土相比,新型混凝土具有更好的抗变形能力,让压效果明显。新型喷射混凝土为锚喷巷道支护技术的发展开辟了新的途径。     

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。     

钢管混凝土支架在深井巷道中的支护实验研究

为解决华丰煤矿-1100m水平风井联络巷变形持续时间长、变形量大、难支护的问题,结合巷道围岩地质条件和巷道变形破坏特征,设计了以钢管混凝土支架为主的复合支护方案:支架断面为圆形,支架主体钢管采用219mm×8mm无缝钢管,充填C40混凝土,辅助锚网喷和围岩注浆加固。而后,利用FLAC3D对支护效果进行模拟分析,结果表明:巷道支护稳定后顶底板最大移近量为90mm,两帮移近量为80mm,围岩变形得到有效控制。最后,将复合支护技术成功应用于工程现场,充分证明基于钢管混凝土支架的复合支护能够有效控制巷道围岩变形,保证巷道的长期稳定。     

热害矿井巷道围岩冷水截流降温技术北大核心

为了缓解矿井热害问题,提出了向巷道围岩中置入冷水管,通过冷水管截流高温的方法来降低围岩温度。根据相似性原理搭建了高温围岩冷水截流降温实验系统,改变冷水流速、通入时长和围岩温度等进行实验;结合COMSOL模拟分析了冷水管不同管径、不同间距布局对巷道围岩冷水截流降温效果的影响。结果表明:其他条件不变时,围岩降温幅度随着冷水流速,通入时长以及围岩与冷水的温差的增大而增大;模拟实际巷道围岩冷水截流降温,在冷水管管径为10 cm,竖直方向间距为2.5 m时,降温后巷道壁面的平均温度为23.4℃。     

基于正交试验的新型隔热砂浆掺量配比研究北大核心

以粉煤灰陶粒、玄武岩纤维、膨胀蛭石作为掺量制备了适应于矿井围岩隔热的水泥砂浆试件,通过正交试验来确定隔热砂浆中3种掺量的最优配比,并对最优配比下的隔热砂浆进行抗压强度和导热系数测定。实验结果显示:当粉煤灰陶粒掺量为96%,玄武岩纤维掺量为16%,膨胀蛭石掺量为16%时,此时试件性能最为优越。     

深井开采的岩石力学研究及工程应用

综合分析了深井开采岩石力学性质和地压显现的特点,在此基础上提出了适宜于深井开采的弹塑性理论本构模型,并应用于冬瓜山深井开采场结构参数的数值优选,运用正交试验原理设计计算模型,并采用屈服函数作为复杂应力条件下的岩体破坏判据,数值分析的结果给冬瓜山深井开采采场稳定性的预测和控制提供了科学依据。     

煤矿高温多湿掘进巷道制冷负荷计算及降温技术北大核心

针对煤矿掘进工作面高温多湿的问题,对掘进工作面热量分布规律展开研究,对比分析焓差法和西格玛热差法计算供风量;基于此,科学制定机械制冷降温方案,并采用数值模拟方法对降温效果进行了验证。结果表明:西格玛热计算供风量较传统焓差法更为精确,可以为高温热害巷道提供更合理的供风方案,具体为22.4 kg/s,即1041.6 m^(3)/min;RWK350空冷器在常见的10 m与15 m^(2)种风筒出口位置均可实现有效降温,满足《煤矿安全规程》规定的要求,改善掘进巷道热环境。     

井下高温巷道隔热材料的性能研究

面对日益突出的深井高温热害问题,探究了深井巷道内采用粉煤灰陶粒玻化微珠混凝土达到的隔热效果。基于传热学理论,通过稳态平板导热仪对几组不同配合比的试件进行了导热系数实验,得出导热系数最小的配合比,运用FLUENT软件建立矿井巷道的网格计算模型,分别对喷射该隔热混凝土与普通混凝土的矿井巷道的温度场进行数值模拟。     

动静载荷下含软弱夹层巷道围岩稳定性分析北大核心

为探究动静载荷下含软弱夹层巷道围岩变形破坏规律,以龙凤煤矿深部运输巷道为研究对象,运用FLAC^(3D)数值模拟软件对动静载荷下含软弱夹层巷道围岩力学变形特征进行了研究,并结合现场巷道实际情况提出支护优化方案。结果表明:动载荷作用对巷道两帮的影响大于巷道顶底板;动载荷作用下巷道围岩变形破坏范围相较于静载荷更加充分,软弱夹层与相邻岩层更易发生离层,且在巷道顶板形成有冒落风险的危险区域;新采用的锚杆锚索联合支护措施下围岩稳定性明显提高,保证了矿井安全生产。     

深井卸荷开采技术研究

针对深井开采的技术难题,结合凡口铅锌矿的具体条件,对4种卸荷开采方式进行了分析比较,确定了两端立槽卸荷方案。在此基础上,深入分析了卸荷立槽规模和整体开采顺序对卸荷效果的影响,提出了经济合理的卸荷方案和整体推进的开采顺序。     

特大型条形矿柱卸压开采技术研究

某铁矿为超大规模超深井矿山,矿体特别厚大,在盘区之间布置了特大型条形矿柱,本文采用数值模拟方法,对特大型条形矿柱采取不同卸压开采方案后的应力特征和塑性区分布进行了对比研究,揭示了不同卸压方案的卸压效果,提出了“先进路法卸压、后中深孔或深孔充填法回采”的盘区矿柱回收方法,研究结果可为类似开采条件下的卸压开采提供参考。     

薄煤层过断层预掘巷技术研究北大核心

为研究7122工作面通过断层时覆岩移动规律,以祁南煤矿82采区地质条件为基础,利用UDEC数值模拟软件分别分析了工作面推至断层前、推至断层时、推过断层后的工作面顶底板围岩应力与塑性区分布特点,提出在遇到较大落差（2.0～2.5 m）的断层采用预掘巷技术。提前预处理断层,使工作面不影响安全生产,又有利于提高煤质,有利于薄煤层安全高效开采。     

承压水上充填开采底板破坏特征研究北大核心

为探索充填开采对底板破坏深度的影响及对突水灾害的控制效果,结合理论计算、数值分析和煤矿现场观测等方法对某矿A工作面承压水上充填开采底板破坏特征进行了综合研究;通过理论计算推导出了充填开采工作面底板最大破坏深度计算公式;通过数值模拟对充填开采和非充填开采时底板破坏情况进行了对比研究,通过现场实测分析了充填开采时底板岩层的实际变形破坏特征。结果表明:充填开采时,采场围岩的采动卸压范围、顶底板移近量明显减小,围岩应力集中程度降低,底板破坏深度并未随着推进距离的增加而持续纵向发展;由于充填体的应力传递和支撑作用,A工作面开采对底板的损坏影响得到减缓,破坏深度未连通下部含水层,可实现安全回采。     

深井软岩巷道锚杆支护数值模拟研究

采用数值模拟的手段,对顾北煤矿深井软岩巷道锚杆支护进行了优化,从技术与经济两方面考虑,选取了最优的支护方案,并在现场施工中应用,及时监测,反馈信息,优化支护参数。该项技术在顾北煤矿收到了很好的技术与经济效益。     

深井软岩巷道喷射高韧性纤维混凝土支护技术

素混凝土构筑的喷层，在混凝土的凝固过程中，混凝土内部产生很多原生的小裂缝，影响了抗拉强度及断裂韧性的提高，深井软岩巷道围岩变形量大，支护强度要求高，要求支护材料有一定的变形量和韧性。针对这一特点提出了用凯泰(CTA)改性聚丙烯（粗）纤维混凝土代替素混凝土的方案。通过大量的试验，得到改性聚丙烯（粗）纤维可以起到微筋材的作用，对混凝土起到增强作用的同时提高混凝土的韧性和抗应变能。通过巷道围岩应力模拟分析，发现开挖后的巷道喷纤维混凝土进行二衬后，剪切破坏区向围岩的深部转移，巷道拱腰剪切破坏区大大减少，证明了喷射纤维混凝土用于深井巷道支护，由于强度和韧性好可以更有效地抑制围岩的破坏。可为工程实践提供一定参考。     

不同因素对煤岩导热系数影响的实验研究北大核心

利用闪射法对不同孔隙率、密度、含水率及煤质的煤岩样导热系数进行测量,研究分析了这些因素对煤岩导热系数的影响及机理,并应用灰色系统理论对导热系数与影响因素进行灰色关联分析。结果表明:导热系数随孔隙率增大而总体呈变小的趋势,但并非单调递减;导热系数随密度增加呈近似线性规律升高;随煤岩样含水率上升,导热系数开始上升很快,后趋于平稳;孔隙率、密度、水分是影响煤岩导热系数的主要原因。