深部硐室群破坏机理及其稳定性控制

煤矿开采进入深部以后,地质力学环境远比浅部复杂,由此引起的非线性力学现象日益严重,给深部硐室群工程稳定性控制带来很大难度.通过现场调查、室内试验和数值模拟等手段分析深部硐室群破坏机理,得出高地应力、膨胀型粘土矿物、工程偏应力集中及开挖顺序不合理是深部硐室群变形破坏的主要原因.并利用集约化设计优化硐室结构,消除硐室空间效应,降低工程偏应力对稳定性的影响.通过数值模拟得到最优施工顺序,选择最优应力路径,降低硐室开挖彼此间的扰动影响.针对高地应力和高膨胀力,采用锚网索加立体桁架耦合支护技术控制围岩稳定性.该研究可为煤矿深部硐室群工程稳定控制提供借鉴.     

张双楼煤矿深井热害控制及其资源化利用技术应用

随着开采深度的增加,越来越多的矿井面临高温热害,热害作为地热能的一种形式可以有效利用。以张双楼煤矿为例,通过现场试验,进行热害资源化利用技术研究。认为矿井涌水丰富的矿井可以充分利用矿井涌水作为井下降温系统冷源;同时,以矿井涌水为冷媒,通过矿井排水系统输送井下热能至地面,在地面建立热能综合利用系统进行工业广场建筑物、井口防冻和洗浴供热;张双楼煤矿实施热害资源化利用技术后,井下工作面空气温度降低了7 ℃,工作面空气含湿量降低了13.62 g/kg,同时取代地面燃煤锅炉后,年节省燃煤11 790 t,减排二氧化碳31 122 t。     

矿山地热防控与利用研究进展

从矿山地热致灾形式、热害控制技术、热能利用方法3个方面,对相关文献进行归纳,总结已有研究成果。结果表明,矿山地热的致灾形式有加剧煤岩体性质劣化、诱发支护结构失效和导致高温高湿环境三类,具体包括加剧围岩变形破坏、诱发吸附瓦斯溢出、降低锚杆锚固强度、加剧锚护材料腐蚀、损害工人身心健康、降低工人工作效率和增加机械设备故障率七方面。热害控制技术有非人工降温技术和人工降温技术两种,其中非人工降温技术分为热源控制技术、热湿环境调控技术和个体防护技术3类;根据制冷工质不同,可以将人工制冷降温系统分成气冷式、冰冷式和水冷式3大类,包括压缩空气制冷降温、冰制冷降温、地面集中制冷降温、地面排热井下集中降温、回风排热井下集中降温、地面热电联产制冷降温和热害资源化利用等制冷系统。通过提取矿井水和矿井回风中的余热用于矿区井口防冻、洗浴供暖和建筑物供暖,是目前矿山地热利用的主要方法。而直接提取巷道围岩热能的同时实现矿井降温是近年来的研究热点,也是矿山地热直接利用的关键;将地埋管换热器布置在采空区充填材料或巷道围岩内提取围岩热能、实现矿区多种清洁能源协同利用是未来矿山地热利用的发展方向之一。      

深部岩体热力学效应及温控对策

随着开采深度的加大地温越来越高,高地温引起的深部岩体热力学效应引发许多深部矿山开采的次生灾害,有必要研究高温矿井相关的岩石力学问题。首先提出我国深部矿井地温场的3种模式即线性模式、非线性模式和异常模式;然后通过室内试验,研究温度对深部岩石强度和吸附气体逸出的影响,试验结果表明,随着温度的升高,煤岩强度和弹性模量显著降低,同时吸附瓦斯变为游离瓦斯而逸出,这是引起煤矿塌方和瓦斯灾害的重要内在原因;同时,在概述国内外温控技术基础上,提出以矿井涌水为冷源的HEMS降温原理及技术,形成3种典型温控模式及其设备系统。现场降温试验系统运行后效果良好,工作面温度控制在29 ℃以内,工作面温度降低5 ℃～12 ℃,相对湿度降低5%～15%;针对目前国内外矿井降温系统尚无有效性评价问题,提出矿井降温系统有效性评价的参数体系及方法。     

基于样条变换的非线性PLSR流量预测

采用基于样条变换的非线性PLSR法,建立了贵州省黄猫村岩溶流域的月平均流量预测模型。结果表明:该方法可以用来对流量进行预测;模型预测期的误差一方面来自于观测误差,另一方面是模型中缺乏上游测站的资料。     

深井降温冷负荷反分析计算方法

在深部高温热害已成为制约煤炭开采的主要障碍,人工制冷降温技术在越来越多的高温矿井中采用,工作面冷负荷作为高温矿井人工制冷降温工程中非常重要的参数,如何较为准确的计算工作面的冷负荷关系到降温工程能否达到预期的降温效果.对原有深井降温冷负荷计算方法进行分析总结,针对现有算法存在不确定参数多、计算结果不精确及实用性差的问题提出反分析算法.根据工作面与巷道风流温度、湿度等热环境参数的实测值,利用热力学原理,通过焓差值反向计算开采工作面的冷负荷,并通过夹河煤矿深井热害控制工程验证.     

废弃矿井地下空间反季节循环储能研究

随着我国“碳达峰,碳中和”目标的提出,煤炭在一次能源消费结构中的比例逐步下降,关停矿井数量逐年增多。直接关闭或废弃矿井不仅造成巨大的资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,需要因地制宜的提出符合我国废弃矿井现状的剩余资源开发利用模式。基于此,系统梳理了国内外废弃矿井开发再利用现状,着重讨论了废弃矿井地下空间储能的利用模式,针对性的提出了废弃矿井反季节循环储能工艺系统,该系统充分考虑了废弃矿井地下空间资源、地热资源、水资源和地上可再生资源,通过在沉陷区布置太阳能和风能发电设备,为周边用户和整个系统提供电能,以井下恒温岩土体中的巷道群和采空区为储能空间,以矿井水为储能介质,通过太阳能集热和地热能资源为周边用户供热/制冷,在无需供热/制冷的季节将热能储存至矿井地下,实现反季节循环储能。阐述了废弃矿井地下反季节循环储能亟需突破的3个关键技术：多尺度空间热储评估方法、废弃矿井反季节循环储能井上井下整体优化设计方法以及反季节循环储能多源耦合的运行模式。最后,以京西王平村废弃矿井为例研究了该系统的节能减排效益,结果表明：与传统化石燃料相比,应用反季节循环储能系统供热制冷,每年可减排二氧化碳...     

静压桩竖向荷载传递模型

对静压桩的荷载传递机理进行分析研究,分别用理想弹塑性双折线模型和基于硬化的弹塑性双折线模型模拟桩与桩侧土体和桩端土体之间的荷载传递函数,并提出参数选取方法.     

三河尖矿深井高温体特征及其热害控制方法

 地热异常矿井进入深部开采后热害现象严重。通过对三河尖矿地温场、地温梯度变化规律及岩石热物理性质的分析,揭示三河尖矿深部地温随深度的增大变化异常,大地热流值偏高,为典型地热异常矿井。总结分析得出三河尖模式高温热害特征,即冷源短缺地热异常。针对三河尖模式热害治理,结合三河尖矿地面供热现状,提出三河尖模式热害治理HEMS降温技术,该技术利用井下热水实现井上供热,将产生冷能储存于第四系储能层用于井下制冷,解决热害的同时实现地面供热。三河尖矿成功的实现一期井下热害治理工程,通过对72201工作面降温效果分析,该系统大大改善工作面长期以来高温高湿的工作环境,值得在深部开采及相关领域推广应用。