大统矿业超高水充填开采制浆系统设计研究

煤炭作为我国的主要能源,在国民经济发展中具有不可取代的作用。矿井面临资源枯竭的困境时,尽可能多地采出煤炭是企业存续发展的当务之急。山东省兖州市大统矿业有限公司杨庄煤矿九采区3煤层1997—2005年进行了开采,由于受当时设备和技术的限制,仅回采一分层2.2 m。为挖掘企业潜力,充分利用煤炭资源,采用超高水充填法开采剩余分层和浅部煤炭资源。结合矿井实际情况提出适应矿井的高水充填系统布置方案,在地面建设制浆站,通过专门的设备将材料骨料制成浆液,然后运用管路将浆液输送至采空区进行充填。超高水材料制浆充填系统可服务于九采区全部充填工作面,每小时制浆生产能力为320 m³,每天生产1班8 h,约2 500 m³ 可以满足2个工作面的充填开采需要,极大提高了制浆充填效率,取得了良好的效果和经济社会效益。     

基于狼群算法的概率积分法模型参数反演方法研究

概率积分法模型属于典型的多元复杂非线性函数,且部分参数存在相关性,使得概率积分法模型参数反演一直是开采沉陷数据处理的热点问题和难点问题。WPA(狼群算法)作为一种新群体智能算法,已在多维背包求解问题、水电站水库优化调度以及旅行商等复杂非线性最优化问题中得到成功应用,但在开采沉陷数据处理领域尚未见文献报道。鉴于此,本文首次将WPA引入概率积分法模型参数反演中,构建了基于WPA的概率积分法模型参数反演方法。研究结果表明:WPA反演概率积分法模型参数具有较高的准确度、较好的精度、良好的稳健性,且满足工程应用标准。本文研究成果对概率积分法模型参数精准反演具有重要参考价值。     

淮南采煤沉陷区积水重金属健康风险评价

为研究淮南采煤沉陷区积水中重金属对人体产生的潜在健康风险,对9个矿19个沉陷水域进行采样,测试5种重金属(Cd、Cr、Pb、Ni、Zn)含量,采用美国环境保护局(USEPA)推荐使用的健康风险评价模型,对其进行健康风险评价。研究结果表明：(1)采样水域5种重金属年平均离子浓度由大到小依次为：Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Cd,重金属的分布影响因素可能与农药化肥的使用、工业废水的排放、汽车尾气中重金属的大气沉降、渔业养殖以及采煤活动等因素有关;(2)重金属的健康风险值总体随季节变化,呈现出丰水期小于枯水期的特点;该区域沉陷积水的重金属致癌风险整体较为安全,但化学致癌物(Cr)的健康风险值超出其它4种重金属4~8个数量级;(3)5种重金属的健康风险平均值排序为：Cr＞Cd＞Pb＞Zn＞Ni,其中Cd的致癌风险值及Pb、Zn、Ni非致癌风险值均低于最大可接受风险值(5.05×10-5a-1)。     

主焦煤矿新采区开采对邻近岳城水库的影响研究

为了研究主焦煤矿新采区开采后对邻近岳城水库的影响,采用概率积分法和数值模拟确定新采区开采后对地表的主要影响范围,通过数值模拟研究开采后作用在大坝不同位置作用力。结果表明：通过确定地表的基本移动参数,采用概率积分法预测的新采区采空后最大影响范围为336m,数值模拟新采区开采东边界、北边界向外,地表发生下沉和移动区域的宽度分别约为260m、350m,与概率积分法预测结果接近。此外主焦煤矿新采区主要影响范围边缘,距离岳城水库大坝尚有5.1km,且岳城水库大坝未因主焦煤矿开采产生明显位移和应力变化,因此主焦煤矿新采区开采对岳城水库大坝基本无影响。     

采空区对哈尔乌素露天煤矿排土场地表沉陷的影响

为了研究长壁工作面开采对排土场地表沉陷规律的影响,以酸刺沟煤矿采空区为工程背景,在实测地表移动特征的基础上,采用概率积分法对酸刺沟煤矿地下开采引起的地表沉陷进行预测,结合哈尔乌素露天煤矿GNSS监测系统,对预测值进行评价。结果表明:4112工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为3 062 mm,东西极限水平位移为922 mm,南北极限水平位移为933mm;6上114工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为21 529 mm,东西极限水平位移为5 313mm,南北极限水平位移为5 379 mm。GNSS监测系统监测值与预测值基本吻合。     

我国采煤沉陷领域研究现状可视化分析与展望

为厘清采煤沉陷相关研究时间与主要科研力量及平台的分布、知识网络的研究热点、研究前沿及发展趋势,以CNKI收录的1992—2018年的1 371篇采煤沉陷相关研究文献为研究对象,利用文献计量法从年度发文趋势、研究机构和作者合作分析、发文期刊、关键词共现分析和突现词检测等方面进行可视化分析、绘制知识图谱及展望的相关研究。研究结果表明:①国内采煤沉陷领域发文数量经历了平稳起步探索-加速发展-稳定发展。②研究机构力量以高校、实验室及科研院为主,高校力量以中国矿业大学、中国矿业大学(北京)与安徽理工大学为主导;形成了"高校-企业-研究院"的较紧密的科研合作圈;筛选了该领域国内影响力较大的期刊。③利用关键词共现分析确定了"采煤沉陷区、复垦和综合治理"等研究热点,形成了采煤塌陷地、景观过程和综合治理等14个聚类。④利用关键词共现分析结果的突现检测分析将该领域研究前沿分成3个阶段,即1992—2008年的研究起步与平稳发展阶段、2009—2013年的平稳运行发展深化阶段,以及2014—2018年的酝酿和深化前期研究内容的稳定发展阶段。基于此,确定了采煤沉陷区综合治理与生态修复政策的制定与精准落实,全国采煤沉陷区基本情况的摸底调查,综合治理与生态修复的关键技术体系及综合治理与生态修复的规划编制、机制和标准等研究内容将成为今后的研究重点。     

覆岩离层注浆充填开采方案及应用分析

为解决铁路下压煤影响煤炭资源释放,以及煤矿开采造成的地表采空区塌陷、矸石排放污染环境等难题,基于覆岩离层注浆减沉技术原理,对门克庆煤矿3101工作面开采地面铁路环线保护煤柱下资源进行研究,详细介绍了覆岩离层注浆充填方案。应用效果表明:采用覆岩离层注浆减沉技术,能够人为形成充填压实承载体、改变覆岩活动状态、大幅度控制地表沉降,和未注浆开采相比,地表减沉率达69.5%～71.1%,充填效果良好。     

变电所下采煤工作面开采方案优化研究

为了解决某煤矿在变电所下的煤炭开采问题,采用留煤柱限厚开采方法对所压煤柱进行试采研究,根据建筑物Ⅱ级损坏标准,通过概率积分法预计和数值模拟相结合的方法,对3203工作面开采方案进行优化研究。结果表明,有2种开采方案既能有效控制地表下沉,又能最大限度地开采煤炭资源。第1种方案为在变电所下留设长300 m、宽80 m的煤柱,且左侧工作面采厚为2.7 m,右侧工作面采厚为2.0 m;第2种方案为在变电所下留设长300 m、宽95 m的煤柱,且左侧工作面采厚为2.7 m,右侧工作面采厚为2.4 m。     

基于FWA-Logistic方法的概率积分动态参数预测

求取精准可靠的概率积分参数在开采沉陷移动变形预测中至关重要,在非线性模型广泛应用于参数预测的背景下,开展了融合FWA和Logistic模型的概率积分动态参数预测方法(FWA-Logistic方法)。结合Logistic模型的应用情况,考虑到非线性最小二乘求取模型参数的波动性较大,且不合理的初值选取会导致求参结果发散,因此引入了一种FWA算法;综合FWA算法原理、Logistic模型和概率积分动态参数变化规律,提出了FWA-Logistic方法。试验结果表明,拟合样本参数q、tanβ、θ的效果较好,拟合中误差分别为0.028、0.100和0.023°;预测各期参数q、tanβ、θ的平均相对误差分别为2.87%、2.02%、0.03%;最大相对误差约为4.39%。为验证预测参数的实用性,基于预测的各期的概率积分动态参数,代入动态概率积分模型进行地表主断面下沉预计;与实测相比,预计下沉误差在-343～208mm之间,中误差分别为47.66mm、113.60mm、86.67mm、89.23mm。