综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷技术

针对综合机械化固体充填采煤原位沿空留巷的技术难点,在分析该条件下沿空留巷围岩结构力学模型的基础上,提出了综合机械化固体充填采煤巷旁充填原位沿空留巷的新技术。此项技术有3个关键方面：一是合理组织采煤、充填与留巷在时间与空间上的配合;二是针对原巷道设计合理可靠的支护形式,并保证采空区充填体的密实度;三是沿空留巷巷旁充填体的形式及锚杆、钢带、钢筋梯梁及金属网的组合加固方案设计。现场工业性试验表明,该技术条件下的沿空留巷巷道两帮位移最大46 mm,顶底板移近最大87 mm,采空区充填体与巷旁充填体共同控制了顶板活动,留巷维护效果良好。     

新型机械式可回收端锚锚杆试验研究

本文详细地介绍了新型机械式可回收锚杆结构组成,分析了其锚固特性。并通过实验室力学性能、井下锚固力测试得出:新型锚杆的杆体强度高,可回收并可多次复用;不同巷道围岩条件需选择适合的锚头,可满足施工巷道要求的锚固力。实践证明,此种锚杆具有较好的推广应用前景。     

煤矿矸石井下分选协同原位充填开采方法

煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解决上述问题的技术途径。基于此,在充分考虑采煤、分选和充填基础上,以井下分选为核心,围绕充填开采方法构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式,阐述了煤矿井下采、选、充系统的时空协同关系,揭示了"就近分选+原位充填"的科学内涵,实现了充填能力与分选能力匹配、采充系统与分选系统布置、采充工艺与分选工艺组织和矸石物流运输与调控4个方面的协同;提出了实现不同目标层次的煤矿矸石井下分选协同原位充填开采技术体系,主要包括全粒级分选、煤矸分离和毛煤排矸3个不同等级的井下煤矸分选技术和实现采场矿压与地表沉陷控制、矸石处理和资源回收不同目标的井下原位充填技术2个方面;分析评价了新型跳汰分选、旋流器分选、重介浅槽分选、动筛跳汰分选和γ射线分选5种井下煤矸分选方法的适用性,给出了煤矿矸石井下分选方法选择流程,确定了煤矿矸石井下分选系统及巷硐布置要求,探讨了煤矿井下全粒级分选的发展方向;提出了全采全充、全采局充、局采局充和局采全充4种典型充填开采方法,明确了4种典型充填开采方法的定义、系统布置及技术优势,形成了充填开采方法选择流程,进一步对比分析了4种典型充填开采方法的地表沉陷与采场矿压控制效果。研究成果为实现煤矿煤炭开采、井下分选和矸石处理集约化提供技术借鉴,进一步丰富我国煤矿绿色开采的技术体系。     

副立井井口车场优化设计及控制研究

副井口操车作业是煤矿生产的一个重要工作环节,安全、可靠的操车及环形车场系统是矿井实现高产高效的重要保障,工作设备的集中控制和自动化是现代化矿井的发展方向和必然要求。煤矿副立井井口车场,担负着繁重的运送矸石等作业任务,多年来,这种作业一直沿用落后的电机车调车方式,     

煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法

矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一，严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一，但现有充填技术增加了工作面生产工序，降低了15%～20%采煤效率，亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干涉难题，突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。为此，综述了矸石处置利用现状与存在问题，提出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法，系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科学与技术问题，给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式，探讨了非均质矸石料浆流动性稳态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点，分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式，完善了矸石综合处置与利用技术体系，引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向，在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面具有广阔应用前景，可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利...     

基于DA-DE-SVM智能模型的煤岩体SC-CO2压裂效果预测

煤岩体压裂效果是超临界CO₂(SC-CO₂)压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO₂压裂效果，基于多孔相向裂缝动态扩展模拟，筛选确定影响煤岩体SC-CO₂压裂效果的6个地质因素和4个施工因素，提出了一种集成支持向量机(SVM)、蜻蜓算法(DA)、差分进化算法(DE)的混合人工智能模型，利用支持向量机构建SC-CO₂压裂效果与其影响因素之间的关系，并利用蜻蜓算法、差分进化算法联合优化支持向量机的超参数。以相关系数、均方根误差、平均绝对误差为评价指标对混合人工智能模型性能进行了评估，并采用MIV方法对模型输入变量进行了敏感性分析，结果表明：本文提出的DA-DE-SVM智能模型能很好预测煤岩体SC-CO₂压裂效果，其训练集的R值为0.9572，测试集的R值为0.9316。SC-CO₂压裂效果影响因素的重要程度从高到低依次为：相邻压裂钻孔水平距离>垂直地应力>压裂液注入速率>相邻压裂钻孔垂直距离>煤体抗拉强...     

断层破碎带岩体孔隙结构表征与非线性渗流特性

为揭示煤矿开采断层破碎带突水灾害发生机理，有必要深入研究断层破碎带岩体的孔隙结构和渗透特性。研制了破碎岩体渗流-应力耦合试验装置，提出了应力作用下级配破碎岩体孔隙结构测试和渗流试验方法，研究了应力和级配对破碎岩体孔径分布特征、孔隙分形特征和非线性渗流行为的影响规律，构建了基于核磁共振的承压破碎岩体渗透率预测模型。试验结果表明：(1)颗粒分形维数为2.6的连续级配和间断级配破碎岩体的孔径分布均为三峰结构，级配破碎岩体中小颗粒的缺失会导致孔隙率和最大孔径增大，降低破碎岩体的压缩性，增大应力可促使渗流孔向束缚孔转变，降低破碎岩体的压缩性。(2)渗流孔隙率对级配破碎岩体渗透率起主导作用，束缚孔隙率对渗透率的影响较小，增大应力会降低破碎岩体渗透性，大颗粒的缺失会导致级配破碎岩体渗透率减小。(3)连续级配和间断级配破碎岩体的非线性渗流特性均可用Forchheimer方程描述，应力影响下破碎岩体的渗透率和非Darcy流β因子变化趋势相反，小颗粒的缺失会导致级配破碎岩体非Darcy流β因子减小。(4)构建了基于核磁共振的级配破碎岩体渗透率预测模型，通过剔除束缚孔的影响并引入渗流孔的加权贡献，可显著提高...     

充填弱化坚硬覆岩冲击地压灾害机制研究

坚硬覆岩作为诱发冲击地压的主要因素之一，已经严重威胁煤矿安全高效开采。通过分析坚硬覆岩条件下冲击地压灾害的灾变过程及诱冲关键层能量的关键控制因素，给出诱冲关键层的判定方法，提出利用采空区充填和离层注浆充填弱化诱冲关键层致灾能量的思路，以2个典型煤矿坚硬覆岩下工作面采矿地质条件为背景，研究不同充填条件下诱冲关键层变形规律及致灾能量演化规律，揭示充填弱化坚硬覆岩致灾能量作用机制并给出相应的工程设计方法，最后通过现场实测分析进行验证。研究结果表明，坚硬覆岩形成的诱冲关键层变形产生的能量积聚、释放和传递是诱发冲击地压灾害的关键，采空区充填和离层注浆充填能够有效控制诱冲关键层变形，降低致灾能量的积聚程度和释放速度，同时，充填体可吸收部分能量并降低致灾能量的传递效率，进而实现弱化坚硬覆岩诱发冲击地压灾害危险性的目的。     

弱胶结断层岩体蠕变–冲蚀耦合突水模型

为研究弱胶结断层岩体突水灾变过程的时空演化特征，构建了弱胶结断层岩体蠕变–冲蚀耦合突水模型。该模型拓展了连续等效介质渗流理论，分别建立了弱胶结断层岩体的蠕变子模型和冲蚀子模型，其中所建立蠕变子模型充分考虑物质间质量转化、应力–应变及应变–孔隙率之间关系；所建立冲蚀子模型充分考虑了物质质量守恒、颗粒迁移及非Darcy流动规律。根据质量守恒方程叠加原理及孔隙率–有效应力、孔隙率–蠕变材料系数、蠕变应变–孔隙率–渗透率3组影响关系实现了子模型间的耦合，并给出了一维径向渗流方向耦合模型的控制方程。设定了突水模型的定解条件，并基于COMSOL Multiphysics计算软件构建了模型在空间和时间域的数值解算方法。通过比较室内试验及模型计算的孔隙率演化结果，验证了该模型的有效性。在此基础上，求解并分析了突水过程中巷道弱胶结围岩蠕变–冲蚀特征的时空演化规律。模型计算结果表明，对于蠕变演化特征，随着时间增长，有效应力下降，蠕变应变增加，试样出现加速蠕变特征；有效应力和蠕变应变空间分布的非均匀性特征随蠕变–冲蚀耦合进程显著加强。对于冲蚀演化特征，蠕变–冲蚀耦合进程初期细小岩石颗粒在渗水作用下不断迁移流...