复杂条件下巷道围岩控制技术研究进展

煤炭资源开采正不断向深部迈进,面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加,而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果,梳理了当下巷道围岩控制面临的主要复杂条件,划分了工程地质条件和开采技术条件2类巷道复杂条件。阐明了各类复杂条件下巷道围岩的变形破坏特征,指出了围岩应力、围岩性质和支护结构是巷道围岩控制的3类基本对象,明确了围岩应力环境恶化、围岩性质劣化和支护体性能弱化3种失稳形式,在此基础上揭示了不同地质环境与采掘时空关系下回采巷道的失稳机制。分析了现阶段困难巷道围岩控制基本机理：改善围岩应力环境、改良围岩性质与强化围岩承载结构;详述了基于卸压、改性、支护与协同控制的围岩控制技术在不同复杂条件巷道的阶段性理论研究与技术应用现状。同时,分析了泥质采动巷道渗流失稳与围岩控制的典型工程案例,揭示了该类复杂困难条件的巷道围岩失稳机理,提出了疏水泄压、泥岩置换、分级注浆、高强度封层支护结构与底板结构等多种方法协同作用的高强度综合修复与控制技术体系。最后,基于上述4方面研究,结合工程实践,展望了未来复杂...     

高应力软岩巷道应力调整支护思路及应用研究

随着采矿工程不断向深部发展,软岩问题日益突出,软岩巷道支护越来越成为我国地下工程建设的难题。长期以来,巷道支护研究一直未能改变传统的以支护结构为主的被动支护思路,常常导致大量高应力、大变形等复杂地质条件下的巷道支护失败。运用地质学、采矿学、结构力学和材料力学等理论,通过现场工程实践,提出了巷道应力调整支护法的主动支护思路,并对应力调整支护法的基本方法进行了探讨。研究成果在葛泉矿1528工作面回采过程中得到了成功应用,探索出了一套软岩巷道支护的新思路,可为相关领域的类似软岩工程提供借鉴。     

单侧受采动影响的软岩巷道围岩控制技术

针对单侧受采动影响的软岩巷道围岩控制问题,以辛置矿310轨道巷为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,分析了巷道掘进和临近回采工作面回采对巷道围岩稳定性的影响规律,研究了巷道围岩侧向应力与位移演化特征。结果表明:受工作面回采造成的基本顶破断的影响,靠近采空区侧巷道帮变形量较大且不对称下沉。据此提出了顶板锚索偏采空区侧布置的非对称巷道支护方法,辅以巷道围岩注浆加固和混凝土封闭巷道等支护手段,设计了巷道支护方案。工程实践结果表明,巷道围岩控制效果明显。     

浅析煤层倾斜巷道安全支护技术及优化

结合倾斜煤层的工程实践,从倾斜煤层工程基本情况分析、倾斜煤层原有巷道支护技术以及巷道支护的优化方面入手,围绕倾斜煤层巷道支护技术与优化的中心问题作分析与阐述,并据此证明了巷道支护在提高倾斜煤层工作面采掘作业中的重要地位及其所发挥的关键意义。     

急倾斜、中厚煤层巷道掘进支护技术

以新铁煤矿五采区50煤层左七片60508队综掘机施工的降段中采用支护技术和稳定性研究为实际工程背景,分别对新掘巷道和已掘破坏巷道两类工程进行研究。在综合分析已掘巷道破坏原因的基础上,根据工程类比法,提出了已掘巷道支护设计的基本方案,从而为新掘巷道的施工做了必要的准备。通过选择合理的支护方式,提高了巷道的掘进速度,同时有效地控制了顶板离层、冒顶现象和片帮现象的发生,达到了巷道支护的预期效果。     

“线上”智能支护系统设计

针对煤矿矿井信息化建设不足、不能对巷道进行科学合理的支护等问题,采用跨学科研究方法,利用HTML技术将人工智能领域的巷道支护专家系统与网页制作技术相结合建立了煤矿"线上"专家支护系统。登录系统后可访问煤矿工程的支护案例,或者采用基于BP神经网络的核心推理机制对新工程的支护方案进行智能化设计,对煤矿巷道支护起到重要作用。     

基于AutoCAD的拱形交叉巷道FLAC3D快速建模研究

拱形交叉巷道FLAC3D模型网格建立时要利用FLAC3D中固有的柱形交叉隧道网格(cylint)单元,建立三维网格模型效率较低。针对采矿工程领域的数值模拟计算问题,研究了Auto-CAD平面图形向FLAC3D拱形交叉巷道模型转换的技术,利用AutoCAD建立了拱形交叉巷道FLAC3D模型,并给出了详细的方法与步骤,实现了利用FLAC3D分析拱形交叉巷道工程问题时方便、快捷地建立地质模型。     

小回沟煤业2204运输巷支护设计及应用

针对小回沟煤业2号煤层回采巷道支护设计问题，以2204运输巷为工程背景，采用理论分析和数值模拟的方法确定了最佳支护方案，并进行了现场试验。通过对巷道掘进过程中巷道围岩变形及锚杆(索)受力进行现场监测，结果显示：在滞后工作面80 m范围后，巷道围岩基本趋于稳定，巷道整体变形量不大，锚杆(索)支护状态良好。     

新立煤矿深部巷道耦合支护技术及应用效果分析

 深部巷道因其所处的特殊工程地质条件以及深部围岩所具有的大变形力学特性,决定了深部巷道工程支护技术的复杂性,本文介绍了深部巷道耦合支护的力学原理,并且分析了深部巷道耦合的作用原理及阐述了深部巷道耦合支护参数确定的理论公式。通过新立煤矿工程应用表明,深部巷道耦合的作用原理在技术上是合理的、安全上是可靠的、经济上是合理的,基本达到了预期目标。     

浅埋深近距离煤层覆岩运动规律研究

本文采用理论分析、现场实测及数值模拟的方法,研究埋深较浅且距离较近的煤层巷道和采煤工作面矿压显现规律,旨在解决该工程背景下工作面外错巷道强烈的矿压显现问题。研究结果可知:实际测量的外错巷道片帮最大深度达3m,严重破坏了其围岩塑性,少量煤块被喷出。巷道处在煤柱应力集中区且承载了该处的载荷是造成该问题的主要原因;而处于基本顶离层区域下的内错巷道矿压显现则不明显。     

裂隙岩体渗流水-岩耦合数值分析

以单条平直裂隙中的水流运动规律和裂隙网络渗流模型为基础，介绍了裂隙岩体渗流场与应力场耦合非线性分析的基本原理以及两场耦合的数学模型，并说明了耦合计算方法及步骤，运用算例，通过对比分析耦合及非耦合两种情况下的渗流场等值线图，说明了在渗流场必须考虑水-岩耦合作用。     

湿式混凝土湿喷机风压设计

介绍了泵送式和气送式湿喷机的工作原理,运用流体力学的流态理论分析了混凝土在输料管中的流态,并详细推导出气送式湿喷机风压的计算理论,最后探讨了本理论在其他领域的应用。     

旋流器内部流场的数值模拟方法研究

旋流器以其操作简单,运行成本低,物理尺寸小等优点广泛应用于化工分离行业。其内部流场情况对其分离精度及分离效率起着关键作用,准确模拟该流场具有重要意义。流场变量梯度高、旋流特征强,尤其中心空气柱的存在增加了其数值模拟的不确定性。借助CFD(Computational Fluid Dynamics)软件,对75 mm经典旋流器系统地进行了气-液两相流非稳态数值模拟,研究了湍流模型,压力-速度耦合方式以及离散格式对旋流器内部流场计算结果的影响,并将其空气柱直径、切向速度以及轴向速度进行对比。结果表明:RSM(Reynolds Stress Model)湍流模型可以较为准确地预测旋流器流场,仅在空气柱附近区域预测的速度值偏低。RNG k-ε(RNG k-epsilon)、Realizable k-ε(Realizable k-epsilon)以及Standard k-ε(Standard k-epsilon)湍流模型预测的该流场与实际流场存在较大差异。其中,RNG k-ε模型误差较Realizable k-ε以及Standard k-ε模型稍低;QUICK与Second Order Upwind离散格式在预测旋流器内部流场时差别不大。Third-order MUSCL,Power Law以及First Order Upwind离散格式没有求解出流场中完整的空气柱;SIMPLE,PISO及Coupled三种压力-速度耦合方式对计算结果的影响不大,相比较而言SIMPLE算法为较适合计算旋流器流场的压力-速度耦合方式。Coupled较其他2种算法在溢流管段预测的空气柱直径偏大,速度偏小,部分锥段空气柱直径偏小,速度偏大。     

高突厚煤层高位钻孔抽放技术参数优化

为了准确分析高位钻孔的效果,基于高位钻孔瓦斯抽放理论,在工作面高位钻场每个钻孔安置1个孔板流量计和1个测气孔,根据工作面的进尺实测每个钻孔管路上的流量和瓦斯浓度,并通过计算得到该钻孔的瓦斯混合流量和瓦斯纯量。分析抽放钻孔各种参数并进行优化,得出高效合理的高位抽放钻孔布置方式。     

充填浆体管道输送故障机理分析及其防范实践

以目前国内金属矿山采用的较为典型的两相流管道重力自流输送工艺为基础, 应用水力学方法并结合生产实际, 分析了充填浆体管道输送中发生故障的主要原因, 指出水击是造成输送管道爆裂、跑浆等事故的主要原因, 进而有针对性地提出了安全经济的输送措施, 建立了充填工艺改造时的管径和管路长度计算公式, 并通过实例验证了方案的可行性和良好的应用效果。     

液黏调速离合器摩擦片间油膜流场的仿真分析

液黏调速离合器是依据牛顿液体内摩擦定律,即摩擦片间液体的黏性和油膜的剪切作用而形成的一种新型流体传动装置,可以实现主动部分与从动负载之间的分离、接合和无级调速。为了准确方便地计算和分析摩擦片之间流体的流动情况和流动特性,利用流体分析软件CFX和其前处理软件—ICEM CFD对液黏调速离合器摩擦片间油膜的流场进行数值仿真,分析了不同因素下油膜的压力和速度分布。     

双孔法地浸采铀试验理论和方法

传统地浸采铀现场试验花费时间长,投资大,由于浸出试验面积不能准确计算,故参数计算的可靠性得不到保证。双孔法地浸采铀现场试验的理论基础是一个钻孔注,另一个钻孔抽,不平衡抽注;在保持不平衡系数不变的前提下,浸出面积是固定的,并可准确计算。完成试验时间为6个月至1a。由于该方法快捷、投资省,目前在独联体国家得到广泛应用。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究

为分析煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率,借助流体力学、多相流及气溶胶等相关理论,对气水喷雾雾化特性与喷雾降尘效率进行了全面的理论研究。根据流体力学与多相流相关理论,建立了求解空气雾化喷嘴气、液质量流量的完整方程组,并给出了雾化粒径和雾滴速度的计算公式;通过建立煤矿井下气水喷雾降尘数学模型,推导出分级效率的理论计算式,并采用Origin软件绘制出分级效率与供气流量、供水流量及粉尘粒径的关系曲线;同时,结合粉尘粒径和频率分布式,建立了全尘降尘效率与呼吸性粉尘降尘效率的理论计算式,并分析了粉尘中位径及粒径分布指数对降尘效率的影响。     

确定二维水动力弥散参数的正态模糊线性回归

用正态模糊数的线性回归模型分析一维流场、二维水动力弥散试验数据,确定地下水水动力弥散参数。以现有直线图解法为基础,建立了正态模糊线性回归模型。利用该模型能够计算出各弥散参数对应的正态模糊数,根据相应正态模糊数的隶属函数能够确定各弥散参数在不同置信水平下的取值区间。最后实例进行验证,结果表明,正态模糊线性回归模型的参数计算结果是可靠的,考虑了弥散试验和含水层系统自身存在的不确定性,利用模糊数更符合实际情况。     

压入式通风掘进工作面粉尘分布规律研究

针对压入式通风掘进工作面风流流场结构特点,把工作面粉尘分布划分为3个区：射流区、回流区及涡流区来进行研究,建立了3个区粉尘浓度计算模型,得出了压入式通风掘进工作面3区粉尘分布不均匀的规律：即回流区、涡流区粉尘浓度较高,分布较均匀;射流区粉尘浓度相对较低,且粉尘浓度沿射程不断变化,离风筒出风口越远,射流断面粉尘平均浓度越高;射流卷吸比对进工作面粉尘分布不均匀性影响较大,射流卷吸比越大,整个工作面粉尘分布越均匀,这些结论为进一步研究掘进工作面通风过程中粉尘的分布,正确评价掘进工作面作业环境和掘进通风效率,提供了新的理论依据。