深部大断面巷硐围岩稳定性评价与布置方式研究

针对深部大断面巷硐围岩变形量大、支护困难等特点,采用FLAC3D数值计算方法,探讨围岩内最大主应力峰值区的时空演化规律,分析最大主应力峰值区对围岩变形破坏的控制作用,提出塑性区发育范围判定与围岩稳定性综合评价的方法。根据地应力场类型、侧压系数、巷硐轴向与最大水平主应力夹角的差异,共设计151种数值模拟方案,研究3类地应力场中构造应力对大断面巷硐围岩稳定性的影响。结果表明:围岩塑性区发育与最大主应力峰值区存在运移一致性,基于边界应力系数K可判定塑性区发育范围,并通过遍历数值计算确定K值为0.96;在σH型应力场中,当λH=λh时,巷硐最优布置角度为30°,当λH≠λh时,巷硐平行于最大水平主应力方向布置最有利于围岩稳定;在σHv型应力场中,巷硐最佳布置角度是与最大水平主应力成0°～15°夹角;在σv型应力场中,当λH=λh时,巷硐无最优布置角度,当λH≠λh时,巷硐布置应遵循最大水平应力理论。     

双碳目标下“煤基固废-CO2”协同充填封存技术构想

“双碳”目标的提出给煤炭行业绿色低碳发展带来了新挑战和新要求。针对煤炭开发利用全生命周期过程中“煤基固废-CO₂”双重近零排放的要求，通过探究煤炭开发利用过程中的碳排放源，结合现有充填开采技术，提出了以“煤基固废-CO₂”近零排放为核心的协同充填封存技术构想，以实现煤炭开采与“煤基固废-CO₂”充填封存的“内部闭圈消化”。基于矸石零排放研究团队相关成果，提出了三类功能性充填材料，其中第一、二类充填材料可控制覆岩移动和构筑充填单元体，形成以煤层底板、充填体、煤柱及上覆顶板为边界，地质盖层为最后屏障的CO₂地下封存空间；第三类充填材料可与CO₂发生化学反应，实现对CO₂的矿化封存。基于此，分析了“煤基固废-CO₂”协同充填封存的关键问题：煤层赋存地质条件评价；CO₂封存空间稳定性控制；CO₂封存能力估算；CO₂充注效果监测与调控；CO₂封存安全风险应急...     

围岩烧变对斜井稳定性的影响机制及其控制研究

针对烧变岩体裂隙发育、强度低和完整性差的条件,以凉水井煤矿2#副斜井为工程背景,运用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究手段,分析了岩区烧变对巷道围岩稳定性的影响机制,提出斜井穿过烧变岩区的围岩控制技术。结果表明,围岩烧变后的强度劣化以及裂隙水弱化作用是导致围岩失控的关键因素,有效控水、提高围岩强度是控制此类围岩巷道稳定性的关键;通过采取注浆堵水、"管棚撞契+U型钢"一次支护、"砌碹+壁后注浆"二次支护等综合技术措施,可有效减少围岩变形,实现烧变岩区斜井围岩的安全控制。     

深部大断面硐室围岩变形柱体力学模型及其应用研究

针对深部煤矿大断面硐室帮部变形剧烈、破坏失稳严重的现象,以新巨龙煤矿大断面煤矸分选硐室为研究对象,基于帮部初始变形的特点,建立大断面硐室帮部"柱体"力学模型,得到各影响因素与柱体初始位移和柱体拉应力之间的关系,分析深部煤矿地质开采参数对柱体初始位移和柱体所受拉应力的影响规律。结果表明:柱体初始位移、拉应力随埋深、侧压系数和应力集中系数增大而逐渐减小,随界面内聚力、岩体内摩擦角、界面内摩擦角和支护阻力的增大而变大。通过优化硐室布置方向与尺寸、减缓硐室附近的采掘应力集聚、控制顶板下沉、加固破碎围岩等技术手段,可提高大断面硐室的围岩稳定性控制效果。研究成果可为深部大断面硐室帮部稳定性控制提供借鉴和参考。     

覆土偏载对浅埋主平硐衬砌支护结构影响研究

为研究载荷对主平硐支护结构稳定性的影响规律,以某矿浅埋料石衬砌支护的主平硐为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟和现场观测相结合的研究方法,分析支护结构稳定性影响因素,研究覆土静载作用下支护结构弯矩和轴力以及位移和最大主应力分布特征,并从料石衬砌结构中各砌块稳定性的角度分析支护结构的整体稳定性。研究结果表明：埋深和外部载荷扰动是影响支护结构稳定性的主要因素。覆土静载作用下支护结构弯矩和轴力呈非对称分布,其中弯矩最大值位于非填土侧,轴力最大值位于填土侧,且支护结构中部位置内表面将产生拉破坏,但该位置对应外表面的压应力远小于其抗压强度,使得内表面即使产生裂纹,也将因外表面砌块相互挤压而处于稳定状态,现场通过在裂隙表面涂抹素混凝土也验证了理论分析结果;并确定了随着埋深增大,支护结构受覆土静载的影响减小。数值模拟确定覆土静载使得支护结构最大位移和拉应力区域偏向填土侧,与理论分析结果吻合。同时以砌块结构竖直方向合力和砌块与砂浆间的相互作用力为指标,确定砌块结构处于稳定状态。该研究可为类似条件下料石衬砌支护结构的稳定性分析提供借鉴和参考。     

近距离陷落柱对工作面推进的影响研究

针对工作面经过近距离陷落柱期间来压异常、支架压力变化频繁等现象,以某矿63310工作面内的635号和637号陷落柱为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了单一陷落柱周边的应力分布特征、陷落柱周边塑性扩展区域和陷落柱柱体之间的应力分布状态,分析了近距离陷落柱对工作面推进的影响规律。建立了圆形陷落柱围岩力学模型,确定了单一陷落柱周边围岩塑性扩展区域的半径。结合近距离陷落柱之间的位置关系和单个陷落柱的塑性扩展区域的大小,提出了判断陷落柱之间应力状态的方法ΔL,确定了当ΔL0时,陷落柱的塑性扩展区域交叉重叠,陷落柱之间处于应力降低状态;当ΔL=0时,陷落柱塑性扩展区域的边界刚好接触,陷落柱之间处于由塑性应力降低向弹性应力升高过渡的临界状态;当ΔL0时,陷落柱之间处于弹性应力升高状态或原岩应力状态;根据63310工作面2个陷落柱具体地质条件,量化了陷落柱之间的ΔL大小,确定了陷落柱之间处于应力升高状态。数值模拟分析了陷落柱周边的塑性扩展区域的大小和柱体之间的应力分布状态,确定了工作面距离637号和635号陷落柱的安全距离分别为30 m和50 m,数值模拟结果与理论分析提出的判断方法ΔL相互验证。该研究成果可为类似条件下的工作面过陷落柱提供借鉴和参考。     

基于OpenCV的机器视觉尺寸测量研究

通过对激光测距传感器与机器视觉的研究利用激光测距传感器、视觉传感器相结合的方法,提出了一种不同于结构光和双目尺寸测量的更为简单有效的新方法和新技术。首先对灰度直方图比较分析选取了最佳滤波方法,然后通过激光测距传感器测距和单目视觉传感器进行边缘的精确检测。激光测距传感器实现了对采样目标车厢进行快速测距定位,计算出采样机械手与目标车辆的相对位置关系。视觉传感器准确识别车厢尺寸及定位,为煤炭采样机械手自动采样提供了实现基础。检测目标是拉煤货运火车车厢,给煤炭采样行业带来更为简单有效,准确的目标定位的识别系统和方法。     

强含水层下特厚煤层综放开采导水裂隙带发育高度

导水裂隙带高度是顶板水害防治的关键参数之一,为研究强含水层下特厚煤层综放开采条件下导水裂隙带发育高度,以彬长矿区雅店煤矿ZF1405工作面为背景,采用多元非线性回归建立了导水裂隙带高度预测模型,并采用数值模拟和钻孔实测相结合的方法,对该条件下导水裂隙带高度进行了全面探测。结果表明:考虑的影响因素越多,建立的导水裂隙带高度预测模型越合理,模型预测结果为257.4m,相较于经验公式更精确;数值模拟得到的导水裂隙带最大发育高度为244.2 m,发育规律可分为缓增阶段(工作面推进0～200 m)、突增阶段(工作面推进200～280m)和稳定阶段(工作面推进280m后),其中突增阶段最易发生顶板涌水事故,现场开采时,工作面由开切眼推进至200m后需提前做好预防措施;钻孔钻液消耗量和钻孔窥视探测的导水裂隙带高度分别为247.4,238.4m;数值模拟和钻孔实测结果共同验证了预测模型的可靠性,为安全起见,取4种研究方法的最大值257.4m作为最终结果。研究结果可为类似条件的矿井导水裂隙带高度预测提供参考。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。     

ABM20型掘锚一体机在冯家塔矿的应用现状

介绍了ABM20型掘锚一体机的特点及在冯家塔煤矿的应用情况,对比分析了掘锚一体机相较于综掘机在井下使用的优势。结合冯家塔煤矿具体地质条件,对掘锚一体机在使用过程中存在问题进行了分析,提出了对掘锚一体机和后配套设备相应的技术改进,保证掘锚一体机的连续作业,进一步提高了掘锚一体机的掘进效率。