谢一矿51采区保护层开采卸压规律数值模拟研究

文章以淮南矿区谢一矿51采区地质条件和开采技术条件为背景,建立FLAC3D三维计算模型,深入系统地研究了B9b及B10保护层分别开采情况下,临近煤层应力分布规律。研究成果表明:①保护层开采情况下,被保护层工作面垂直应力SZZ可分为卸压区、增压区和稳压区;②B9b和B10作为下保护层分别开采条件下,对于上覆B11b被保护层工作面,深部卸压效果弱于浅部;B9b和B10作为上保护层分别开采条件下,深部卸压效果优于浅部;③B9b煤层和B10煤层作为下保护层分别开采,层间距对上覆煤层垂直应力的卸压效果影响不明显,但对增压区影响显著;④B9b煤层和B10煤层作为上保护层分别开采,层间距对下伏煤层垂直应力的卸压幅度和对增压区影响显著。     

大采高综采工作面压架原因分析及防治对策

为得到干河煤矿工作面压架事故的原因,利用顶板动态监测系统实时监测支架工作阻力,依据矿压理论分析工作面压架前后支架初撑力、循环末阻力、安全阀开启率的变化情况,同时采用工程力学基本原理分析了掩护梁受力情况。分析表明压架事故的主要原因为:工作面推进速度缓慢,支架处于长时间高负载状态;支架间安全阀设定值相差较大;顶板下沉量大,采高显著降低,支架掩护梁受剪切力显著增加;工作面上覆砂岩裂隙水致使工作面顶板岩层间摩擦因数降低,加剧工作面矿压显现程度。针对以上原因提出了优化支架设计,加强工作面水文及矿压观测,加强工作面顶板管理,提高推进速度等措施。     

采动应力监测系统的设计

提出了采动应力监测理论,开发研制了采动应力监测系统,并进行了采动应力场监测实践,针对冲击危险工作面进行了监测和预测。监测实践表明,采动应力监测系统能够准确监测采动影响条件下工作面前方煤岩体的应力变化,据此能够有效评价工作面前方冲击危险区的冲击危险等级,为冲击矿压预测与防治提供了先进、适用手段。     

基于平衡千斤顶受力分析下的两柱综放支架适应性研究

为研究两柱掩护式综放支架在特定地质条件下的适应性,采用现场监测数据对支架合力作用点位置、平衡千斤顶安全阀开启率、放煤前后平衡千斤顶的受力状态及平衡千斤顶对顶梁的水平作用力等进行了分析。结果表明:在该特定地质条件下平衡千斤顶有效地调节和保持了支架的几何位态,合理地调节了支架合力作用点位置;有效地保证了端面顶煤的稳定,从而验证了在该特定地质条件下两柱综放支架的适应性。研究结果对于现场操作及该种架型的改进具有一定的指导意义。     

采煤沉陷区建设用地综合治理成套技术及应用

以淮北矿业集团拟建办公中心在采煤沉陷区进行建设为例,提出了针对老采空区的综合勘察技术;基于老采空区残余空间、破裂岩体裂隙分布规律、建筑荷载作用下老采空区的变形破坏规律及地表变形的时间效应,提出了采煤沉陷区建设用地地基稳定性评价方法;基于工程实践,提出了老采空区注浆治理的设计和检测方法,并初步形成老采空区治理效果检验标准;最终形成了包括老采空区勘察技术、采煤沉陷区地基稳定性评价技术、老采空区注浆治理技术、注浆效果检测及后评价技术的采煤沉陷区建设用地综合治理成套技术。该技术的应用为采煤沉陷区土地资源利用提供了新途径。     

基于支架载荷的矿压双周期分析预测方法

矿压动态预测是顶板管理和顶板灾害防治的重要手段,也是矿山压力与岩层控制领域的难点问题,目前国内外缺乏成熟、可靠的动态预测方法。采用现场实测、数据挖掘以及理论分析方法,从支架载荷在时间和空间2个方面周期性变化规律入手,构建了矿压双周期动态分析预测模型。从时间角度,基于覆岩结构及支架围岩关系分析,通过理论推导得到了3类液压支架载荷时序增阻函数,主要包括指数函数、线性函数、对数函数,通过实测数据验证,认为12401工作面支架载荷时序曲线由单一函数和分段函数构成,主要分为4种类型：单纯指数函数,单纯对数函数,对数+线性函数,对数+指数函数,采用滑动窗口动态预测方法和最大拟合优度的准则,建立了采煤循环内液压支架载荷拟合预测模型。从空间角度,分析了循环末阻力随工作面推进度的周期性变化特征,采用系统聚类和K-means两种聚类方法对周期性曲线进行分类并建立模板曲线,采用延伸窗口动态预测方法和最大匹配度准则,建立了循环末阻力模板曲线匹配预测模型。通过软件开发,实现了电液控制系统中立柱压力数据的采集、预处理、矿压特征指标分析、拟合预测、匹配预测等功能,以神东上湾煤矿12401工作面支架载荷数据进行初步预测实践,支架载荷及循环末阻力预测准确率86%以上。矿压双周期预测模型是结合覆岩运动模型和支架载荷实测数据而提出的矿压动态预测新方法,可为综采工作面顶板管理、围岩控制策略的超前制定提供参考。     

条带充填坚硬顶板与充填体组合系统力学特性试验研究

为研究条带充填坚硬顶板-充填体组合系统的力学特性,进行了粗砂岩-充填体组合体试样单轴压缩试验,结合组合体试样压缩破坏力学模型(将粗砂岩抽象为弹簧体),研究了其强度及破坏特征。结果表明:组合体试样的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变均大于单一充填体试样而小于单一粗砂岩试样;组合体试样的整体强度不仅仅是由其内部充填体强度决定的,更重要的是受到粗砂岩与充填体相互作用的影响,粗砂岩压缩变形减小了轴向应力对主要承载体-充填体的损伤作用,相当于提升了其强度,从而增大了组合体试样的整体强度,较充填体强度增大了38.27%;粗砂岩回弹变形加剧了充填体进一步破裂和破坏,在一定程度上削弱了其强度,进而降低了组合体试样的整体强度,但在回弹变形前粗砂岩已发生压缩变形而适应了轴向应力的增加,因此该强度削弱作用是有限的;组合体试样的破坏主要发生在充填体内,主要以张拉破坏为主,伴随着局部剪切和剥落破坏,而粗砂岩未发现明显破坏。     

浅埋深综放工作面矿压规律及支架工作阻力确定

针对浅埋深综放工作面矿压显现剧烈、安全阀开启频繁的问题,对平朔井工三矿39107浅埋深综放工作面支架工作状况进行分析研究.采用矿压监测系统现场实测液压支架工作阻力,得到工作面基本顶初次来压步距为33.7 m,平均周期来压步距20.7 m,周期来压期间液压支架循环末阻力平均为9 700 kN,安全阀开启率平均为3.7％,工作面液压支架初撑力水平整体较低,分析表明液压支架存在3种不合理工作状态:安全阀调定压力不合理,前后立柱受力不均衡,部分支架串液.结合现场实测数据进行理论计算,得出39107工作面支架合理工作阻力应不低于12 000 kN.     

碳中和目标下煤炭行业发展机遇

高钙粉煤灰浆pH较高,直接用于煤矿井下防灭火易污染地下水。为研究CO₂矿化利用粉煤灰制井下防灭火材料固碳降碱反应特性,选取陕北某煤电一体化企业粉煤灰为样品,通过XRF、XRD分析了粉煤灰组分及物相结构,利用N₂和CO₂的混合气模拟电厂烟气,开展了CO₂矿化利用粉煤灰实验室小试及扩试试验,研究了粉煤灰固碳降碱反应过程中浆液pH变化规律及模拟烟气CO₂体积分数、烟气流量、固液比、温度、搅拌方式等关键参数对矿化反应过程的影响,并从粉煤灰固碳降碱浆液特性、矿化反应装置研制等方面提出了井下规模化应用有待攻克的关键技术,研究结果表明：① 粉煤灰原样中富含Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Al³⁺等碱金属元素,其中CaO质量分数高达17.8%;② CO₂与粉煤灰中含Ca²⁺、Mg²⁺等碱性矿物产生矿化反应,反应后CO₂以方解石型碳酸钙附着在粉煤灰球形颗粒表面,表明了高钙粉煤灰固碳降碱具有可行性;③ 矿化反应过程中,浆液pH下降呈“慢—快—慢”3个阶段,当粉煤灰浆液pH降至7.0～7.5后,浆液返碱pH不会超过9,满足煤矿井下粉煤灰防灭火材料要求;④ 确定了最优矿化反应参数为CO₂体积分数10%～15%、固液比300 g/L、每升浆液的烟气流量1.0 L/min、温度不高于55 ℃;⑤ 综合考虑固碳量、降碱返碱速度以及反应规模等因素,提出了涡流式反应器与旋桨式反应器串并联两级耦合反应系统。

     

强富水含水层下综放开采水砂灾害防控关键技术

弱胶结煤层覆岩抗采动变形能力差,高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,在近距离强富水含水层下综放开采具有极大的危险性,常发生突水溃砂事故。为了实现强富水含水层下综放开采水砂灾害的安全防控,研究了基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测与监测、煤层采放高度设计与实时调整的突水溃砂灾害防控关键技术。提出基于网络并行电法和井下加密钻探的精细化探查组合方法以查明工作面开采的水文地质条件;采用经验公式预计、数值模拟计算、钻孔注水法实测以及电-震一体化监测等手段获取动、静态综放开采的覆岩破坏高度特征;通过控制煤层采放高度、优化工作面两巷在煤层中的位置、电-震一体化监测覆岩破坏高度反算煤层采放高度等方法达到及时调控煤层采放高度的目的。以应用工作面为例,采用并行电法、钻探验证,覆岩破坏高度实测以及煤层采放高度的精准控制等方法,基于地质条件探查与分析,动态控制了煤层覆岩的采动破坏范围,实现了工作面在近距离强富水含水层下的综放安全开采。研究表明,物探、钻探探测可有效获取水文地质信息以及综放开采覆岩破坏的关键参数,将采动裂隙场与水文地质条件相结合,控制煤层采放高度,对不同含水层采取疏或保的不同对策...