"采选充+X"一体化矿井选择性开采理论与技术体系构建

由于"采选充+X"一体化矿井系统的复杂性,基于安全绿色高效开采的原则,本文提出了针对"采选充+X"一体化矿井的选择性开采技术的理论构想,并从充填控制岩层移动、应力集中、裂隙场发育、留(掘)巷稳定等角度分析了"采选充+控""采选充+留""采选充+抽""采选充+防""采选充+保"等矿井的关键科学问题,提出了满足不同充填控制要求的选择性开采技术理论框架、选择性开采技术辅助决策支持系统的构建思路和基本内容。随着采选充技术的扩展应用,选择性开采技术也将逐步延伸到各个技术模式,并以它独有的绿色环保、高效协调为实现"采选充+X"一体化矿井的开采提供技术决策与保障。     

岩溶地区特殊地质条件对U型地埋管换热器的传热影响研究

以南方岩溶地区地下水丰富为前提,利用多含水层渗流提高地埋管的换热能力。该文利用有限元软件建立三维单U型换热孔数值模型,利用相关指标分析有无含水层时地源热泵系统的换热效果研究。结果表明：蓄能岩土体内有无含水层多种情况时,U型管出水口平均温度呈现N1>A1>A2>AF1>AF2;AF2、AF1、A2和A1情况下的平均延米换热量分别比N1高49.87%、44.06%、39.51%、31.93%;AF2、AF1、A2和A1情况下的平均COP分别比N1高4.35%、3.93%、3.52%、2.67%。在地下水丰富区域应合理布置换热孔,提升热泵系统运行效率,对实际工程项目可提供一定的指导。     

深部采选充一体化矿井复杂系统协同开采

基于协同学理论,阐明了深部采选充一体化矿井复杂系统协同开采技术的内涵.结合深部采选充一体化矿井实际情况,通过调整开拓布局和采矿方法大幅减少井下矸石产出,然后分别从矸石充填实现沉陷控制和土地保护、回收呆滞煤炭资源;充填开采实现应力转移和减缓采动围岩应力集中;矸石充填控制围岩裂隙发育实现承压水下安全开采等多方面实现矸石资源化利用,从而在采充布局、采充接替和采矿方法等多维度实现要素协同.以新巨龙矿为背景,进行了协同开采的方案研究,实现了深部采选充一体化矿井的矸石零排放、地表低成本修复、资源采出率提高、冲击危险性弱化和采充接替顺畅的目标.     

颗粒粒径对采空区破碎煤体压实破碎特征影响机制

煤矿采空区垮落带一般由破碎煤岩体组成,在垮落带压实过程中,破碎煤岩体的破碎特征直接影响着垮落带的物理力学性质及孔隙渗流特征。为了研究不同粒径破碎煤样压实过程中的破碎特征及其影响机制,构建了基于曲率半径与接触应力的颗粒材料屈服准则,进行了不同粒径破碎煤样的实验室压实试验与三维数值模拟研究。颗粒破碎准则表明影响颗粒破碎的主要参数为接触颗粒尺寸和接触颗粒的材料参数。得出垮落带相同压实应力条件下,破碎煤岩体尺寸越大,破碎煤岩体之间的接触应力越小。在实验颗粒粒径范围内,加载至相同应力状态下,颗粒粒径越大越不容易破碎,根据加载前后的级配数计算获得的破碎率越小。进而提出颗粒配位数(颗粒接触数)是加载过程中粒径对破碎率影响的主要原因。拥有较少配位数的小颗粒在传递相同应力的时候具有更大的偏应力进而导致相对于多配位数颗粒更容易破碎。加载过程中的量化模拟结果表明在初始粒径颗粒全部破碎时,3种粒径颗粒(10,15以及20 mm)中数量大于100子颗粒的占比分别为6.7%,24.6%,31.5%。随着破碎煤样的加载,不同粒径煤样最大颗粒对应的配位数不断增加,使得破碎煤样能够承受的应力远超过其自身强度。在颗粒配位...     

水平埋管换热器换热性能数值模拟研究

为进一步推广水平埋管式地源热泵系统的运用,以土壤毛管水理论为基础,结合数值仿真试验探讨了水平埋管换热器在不同地下水位深度、不同土壤类型、不同水平管换热器构造下的换热性能,通过对输出参数埋管出口水温、水平管延米换热量以及土壤温度场分布情况的分析,揭示了相关参数对水平管换热性能的影响机制.研究表明:随着地下水位线埋深变浅,...     

深部高瓦斯矿井保护层少矸化"采选充+抽"开采技术

针对深部"采选充+抽"一体化矿井中以岩层为保护层和矸石不出井的技术难题,分析提出了此类矿井保护层少矸化时空协调开采技术。以平煤十二矿为例,首先根据提出的保护层少矸化时空协调开采技术确定了保护层的层位;利用考虑含瓦斯煤岩体的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型,数值模拟研究了保护层少矸化开采厚度对被保护层工作面膨胀变形率、应力和瓦斯压力变化特征等的影响,优化了保护层采厚;最后依据卸压保护角和保护层采厚等参数确定了保护层工作面长度,并分析井下煤矸物流系统和就地分选及充填系统。针对得出的保护层少矸化开采参数,从卸压增透的时效性和少矸化两个方面分析了保护层少矸化时空协调开采效果。     

我国注气驱替煤层瓦斯技术应用现状与展望

注气驱替煤层瓦斯技术的应用可以显著提高煤层瓦斯采收率,并具有环保性。基于国内外注气驱替煤层瓦斯发展状况及主要机理,从注气位置(地面和地下)、注气模式(自然涌出、负压抽采、只注不抽、边注边抽和间歇注气等)和注入气体种类(纯CO_2、纯N_2和混合气体等)等三个方面对比分析了我国注气驱替煤层瓦斯技术的应用现状。最后,结合注气驱替煤层瓦斯现阶段的发展现状,从低煤阶煤层气注气技术、多储层联合开采注气技术、深部煤层气注气技术、新型气体注气技术和多措施联合注气技术等五个方面对注气驱替煤层瓦斯技术进行了展望。     

考虑蒸汽相变煤层气注热开采数值模拟研究

为研究蒸汽相变对煤层气注热开采的影响,首先,基于传热、传质和应力守恒原理,建立考虑蒸汽相变影响的煤层气注热开采热-流-固耦合三相二组分模型;其次,采用有限容积法离散和牛顿-拉夫逊迭代对耦合模型进行求解;最后,利用二维五井注采物理模型,分别对注250℃蒸汽、250℃热水和直接抽采3种方案进行数值模拟研究.结果表明:在设定...     

土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响分析

以土壤毛管水力特征曲线为基础,通过数值模拟手段,计算分析地下水位线变化对水平换热埋管换热特性、土体热失衡风险和热泵机组技术经济特性的影响规律,并提出“单位热影响面积换热量”这一新的评价指标,讨论土壤水力学特征对水平埋管换热能力的影响规律。研究结果表明：随着地下水位线埋深变浅,埋管水平土壤含水饱和度从12%增加到100%时,在制冷工况下,水平管延米换热量增加了30%,出口水温降低了23%,单位热影响面积换热量提高了47%;制热工况下,水平管延米换热量增加了24%,出口水温升高了25%,单位热影响面积换热量提高了39%。地下水位线埋深和土壤中含水饱和度对水平埋管换热器地下换热效率影响显著。同时,不同水力特征曲线的蓄能土体热失衡风险具有差异性。     

推采速度和充实率对深井充填面厚硬顶板聚能与释能的影响

基于煤岩体动力破坏的最小能量原理,建立了诱冲关键层断裂致冲的能量判据.以山东某深井厚硬顶板下充填工作面为工程背景,采用FLAC^3D数值模拟研究了推采速度和充实率对关键层弹性能积聚和释放的影响规律.结果表明:推采速度增加使覆岩采动影响范围增大,关键层弹性能积聚和释放程度增加;充填开采相当于减小了煤层采厚,使关键层由垮落带和裂隙带过渡到弯曲下沉带,消除了诱发冲击地压启动的动载源;充填开采充分降低了关键层的弹性能释放量,有效减弱了厚硬顶板断裂型冲击地压的危险性,确保了深井厚硬顶板下煤炭资源的安全回采.