煤矿
煤的孔隙率是表征储层瓦斯富集程度的重要指标对于评价矿区煤层气资源至关重要为提高煤层气的开采和利用且为更好地研究煤储层的孔隙率以焦作古汉山矿原煤作标准煤样将煤样加工为平行于面割理、垂直于面割理和垂直于层理3个方向的煤样采用自制的煤储层压裂模拟及物性特征试验装置系统在常温条件下对每组煤样同步进行超声波特征和应力-应变测试试验将所测得的声波速度、孔隙率和轴压关系进行两两拟合并对其结果进行了分析探论ꎮ研究结果表明:在保持围压不变的情况下煤样的孔隙率随轴压的增大呈线性趋势减小并且不同方向的孔隙率压力影响系数表现出明显的各向异性ꎻ煤样声波速度随轴压的增大呈线性趋势增大且煤岩的超声波速具有明显的层理效应较孔隙率而言压力对声波速度的影响更显著ꎻ随着加载过程中轴压的增大煤样的声波速度与孔隙率满足良好的线性关系为利用声波波速预测煤层的孔隙率提供了理论依据ꎮ
为解决双马煤矿受废弃油井H2S响油气灾害形成机理基础上,对受废弃油井影响采煤工作面综合治理技术进行了应用研究。构建形成了地面超前封堵和井下局部探测为基础、采前预注碱性吸收液主动治理和采中中高压喷碱性吸收液逐级吸收为核心的综合治理体系,在双马煤矿废弃油井进行了成功应用。研究结果表明,地面超前封堵有效切断了气体来源,预注碱性吸收液主动吸收措施降低了采煤机割煤硫化氢涌出体积分数,采动期间逐级喷碱性吸收液拦截吸收措施降低了采动回风流
煤炭资源现阶段依然是我国的主要能源之一,然而煤炭开采过程中的特殊环境导致了安全事故频有发生。针对发生矿难后环境复杂、光线黑暗、通信不畅等问题,为了使机器人要顺利避开巷道内障碍物达到目的地展开工作,提出了一种基于JPS(jumppointsearch)-A*的算法,在保证选出最优路径的同时,大大减少了传统A*算法在寻路过程中扩展的节点。实验室仿真结果表明运用改进后的A*算法,较传统A*算法在寻找最佳路径的速度提高了约2倍,在现实工业生产中具有深远的指导意义。
为研究工作面采空区遗煤自燃过程中温度场的演变规律基于几何相似原则及煤自燃原理研发了采空区温度场分布规律相似模拟试验装置将现场采集的大块煤样进行破碎后选择粒径≤30mm的混煤进行填充设置热源和测点模拟采空区煤自燃火源热传递过程研究松散煤体内部温度场分布规律热源温度对松散煤体热量传递规律的影响以及Y型通风采空区煤体温度场分布规律ꎮ试验结果表明:无对流条件下热源向周围煤体的热量传递呈各向同性特征随着热源温度的增加热源在松散煤体内的热量传递能力以非线性的形式快速增加增速越来越大ꎻ恒温热源周围某测点的温度与恒温热源的距离和时间的关系在测点距离或加载时间小于抛物线对称轴数值时符合二次函数关系在测点距离或加载时间大于抛物线对称轴数值时测点温度基本稳定ꎻ煤自燃过程中的高温点会以加速度方式向氧气富集区域迁移受火风压吸风效果影响火源上部区域迁移效果更加明显ꎮ
为了减少沙坪煤矿水平延深工程量,提高设计的经济性和施工方案的合理性,分析了矿井地质构造分布、水文地质、煤层赋存条件及特点、矿井瓦斯、地表地形地貌和现采水平的基本情况,优化了矿井原开拓延深方案中大巷布置、主要硐室布置和施工方案,从而达到提高设计的合理性和实用性,减少了项目投资的目的。同时,在沙坪矿水平延深工程施工期间,总结出了大断面、大倾角巷道上山掘进和特厚煤层沿倾向布置大巷施工的关键经验,对类似工程的施工具有一定的借鉴意义。
针对煤层预抽影响因素多、无法准确预测残余瓦斯含量分布的难题,基于煤岩体力学理论分析残余瓦斯含量分布的影响因素,并以平庆煤矿117802回采工作面为研究对象,对不同因素影响下的残余瓦斯含量分布规律和控制机理进行研究。结果表明:117802回采工作面残余瓦斯含量呈离散型和高含量集中分布,主要受控于采掘活动与地质构造的复合应力作用和预抽时间;残余瓦斯含量呈现明显的复合应力作用区域特征,由集中应力往卸压作用区域规律性递减,依次为窄煤柱集中应力、宽煤柱集中应力、采空区一煤柱区一断层带共同影响、采空区卸压和采空区一断层带共同卸压;残余瓦斯含量与预抽时间呈现负相关关系,预抽2~6月后平均值大于8m3/t,预抽7~10月后平均值均小于8m3/t。
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针对二次采动影响下区段煤柱破坏严重巷道难以控制的难题以小纪汗煤矿11215工作面为工程背景采用理论分析和数值模拟方法分析了该工作面面临的二次采动下覆岩空间结构经历“O”形变化为“厂”形的接替过程揭示了二次采动影响下巷道围岩的破坏机制提出了差异化巷道围岩支护技术并采用现场监测方法验证措施的可靠性ꎮ研究结果表明:①采动影响下煤柱变形破坏的控制是确保巷道断面快速掘进和安全回采的重要保障ꎻ②应力叠加与高强度开采的耦合作用、巷道断面与支护参数匹配不合理及回采推进速度的不协调是导致煤柱失稳的主要因素ꎻ③采用长锚索、高预应力锚索+钢带联合差异化控制有效控制了11213工作面剩余段围岩的强烈变形基本满足了巷道的使用要求ꎮ但由于采动应力的影响回采过程中回采帮侧顶板下沉0.3m煤柱帮侧顶板下沉0.15m顶板最大下沉量约0.42m但采取措施巷道围岩完整性较好不会影响运输及工作面回采该技术也为类似工作面安全开采提供了有益参考ꎮ
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以布尔台煤矿为例,介绍了该矿工业场地地面防治水工程中雨水收集系统、防洪沟、雨水强排泵站和雨水压力排放管道的设计和建设情况。通过分析下垫面情况及降雨参数,设计了完善的场地雨水收集排放管网。为了排除场地西南侧山坡汇水,设计了防洪沟将山坡汇水排入乌兰木伦河。由于乌兰木伦河最高洪水位高于场地最低点场平标高,设计了雨水强排泵站和雨水压力排放管,压力排放管釆用套涵形式从铁路下方穿越,利于节能和列车行车安全。
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为了解决煤岩表面亲水润湿性差导致的煤层段固井质量差的难题优选了不同类型的表面活性剂和硅烷偶联剂作为煤体表面润湿改性剂试验研究了对煤体表面的润湿改性对界面胶结强度等改善效果并测试评价了对水泥浆流变性能、凝结时间、抗压强度等影响规律ꎮ研究结果表明:表面活性剂、硅烷偶联剂均可有效改善煤体表面亲水润湿性ꎻ但硅烷偶联剂却不会提高煤层界面胶结强度其原因是硅烷偶联剂水解产生Si-OH基团吸附在水泥颗粒表面形成包裹层阻止水泥与水进一步接触对水泥有较强的缓凝副作用不利于煤层界面胶结ꎻ含醚、硫酸根的阴表面活性剂对水泥没有缓凝副作用与水泥浆相容性好能够显著提高煤层界面胶结强度达1.71MPa其最优浓度为0.3%ꎮ
为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明:沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区:采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区;采空区中部的松散土体弯曲沉陷区;松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区;地表移动边界之外的未影响区^斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段:中部沉陷一两侧及后缘拉裂一剪切变形一失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。
针对王坡煤矿横川埋管工程量大和周期长、回采期间横川密闭墙维护成本高以及上隅角瓦斯超限严重等问题,提出了施工煤层大直後钻孔瓦斯治理技术,研究了钻孔参数设计、钻进、下管、封孔、管路连接、抽采等工艺流程,并在3310工作面进行了试验。结果表明:回采期间上隅角瓦斯控制在0.丨9%~0.61%,钻孔抽采浓度提高1.2倍,抽采支管平均浓度6.85%,抽采纯量达10.27m3/min,工期减少23.53%,用工数减少30.57%,煤层大直径钻孔瓦斯治理技术,工艺简单,成孔速度快、效率高,有效解决了上隅角瓦斯超限问题,对回采期间工作面瓦斯综合治理具有借鉴意义。