长治三元中能煤业有限公司高位钻孔试验研究

高位钻孔是采用布置在顶板中的钻孔,利用负压的作用,改变冒落裂隙带内瓦斯的流动方向,使更多的瓦斯直接排至安全地点,不再进入采空区和工作面回风流中,从而达到降低采空区、上隅角和工作面回风流中瓦斯浓度的目的。中能煤矿2302工作面回风流瓦斯浓度偏高,通过对回风流瓦斯浓度偏高原因的分析,采取增强裂隙带瓦斯抽采的方法,有效地解决了回风流瓦斯浓度偏高的问题,保障了矿井的安全生产。

山西三元煤业股份有限公司筛管护孔对比试验研究

为了更好地进行瓦斯抽采治理工作,有效提升瓦斯抽采效率,以山西三元煤业股份有限公司为实验地点进行筛管护孔试验,对下筛管钻孔与不下筛管钻孔抽采15 d前后的瓦斯浓度及混合流量进行测定记录,通过对试验数据进行分析整理,得出了进行筛管护孔后,钻孔成孔率显著提高,平均单孔抽采混合流量提高了近5倍。

南阳煤业有限公司紧急避险设施设计探讨

依据南阳煤业有限公司顶底板条件和井下人员分布情况,提出了个简单、实用、可靠的煤矿井下紧急避险系统设计方案。为相似条件煤炭企业今后紧急避险设施建设提供了新的思路。

山西襄矿集团上良煤业32206工作面CO_2预裂爆破增透消突试验研究

上良煤业是煤与瓦斯突出矿井,煤层属于低透气性煤层。针对上良煤业低透气性煤层瓦斯抽采难题,以该矿32206首采工作面为试验工作面,应用CO2预裂爆破增透技术,提高了煤层的透气性及瓦斯抽采率,降低了煤层瓦斯含量和瓦斯压力,消除了工作面煤层的突出危险性,技术效果显著,可为类似煤矿煤层瓦斯抽采提供借鉴。

大型露天煤矿绿色开采评价体系研究

为解决露天煤矿开采给环境带来的诸多不利影响,以露天煤矿绿色开采为理念,从固体环境、水体环境、气体环境和生态环境4个方面构建了露天煤矿绿色开采评价体系。通过数学方法和数学模型对影响露天煤矿的基本指标进行量化处理和权重分配,得出露天煤矿开采"绿色度"指标值。建立了露天煤矿绿色开采评价标准,并利用所建立的评价指标体系和评价模型对黑岱沟露天煤矿进行了应用研究。

水力化煤层增透技术研究进展及发展趋势

增加煤层透气性是解决低透气性煤层瓦斯抽采难题的关键。煤岩体结构改造是煤层增透的核心问题,水力化煤层增透技术是煤岩体结构改造的有效途径。基于前期研究及文献调研,回顾了水射流和水力压裂技术的发展历程,综述了国内水力化煤层增透技术的研究进展。分析了理论研究和工程应用中存在的问题,指出增透机理尚未客观揭示、单项增透技术存在局限性、配套装备(特别是安全保障系统)不完善、效果考察体系不健全等因素制约了技术的推广。对总体发展趋势进行了展望,认为水力化煤层增透技术正朝着集成化、多元化和智能化的方向发展,加强理论研究、尽快完善装备、发展定向压裂等综合增透新技术、建立增透效果考察体系等方面是未来主要研究方向。

煤层液态CO_2爆破增透促抽瓦斯技术研究

为增加煤层透气性，提高瓦斯（甲烷）抽采效率，基于损伤力学和空气动力学，研究液态CO2爆破的原理，分析爆破过程中爆破器主管内高压气体的压力时程变化。采用FLAC^3D数值软件，建立煤层液态CO2爆破有限差分本构模型，计算不同地应力下单孔爆破有效影响半径，数值模拟多孔连续爆破。模拟结果表明，单孔爆破有效影响半径随着地应力的增加近线性减小；有控制孔时多孔爆破影响范围明显大于无控制孔时。在井下进行液态CO2爆破工业试验。其结果是，爆破后煤层透气性系数提高17．49～22．76倍，平均瓦斯抽采浓度和混合气体流量分别增加56．4％和42．8％。

平煤十矿底板巷穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为了降低平煤十矿己15-16-24130工作面运输巷掘进中的突出危险性,基于实际工程背景,考虑瓦斯抽采中的瓦斯运移及煤岩变形等因素,建立了瓦斯抽采气固耦合模型,并利用COMSOL Multiphysics软件对平煤十矿己15-16煤层的底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行数值模拟,研究了瓦斯抽采对于降低掘进过程中突出危险性的影响。研究结果表明:在己18煤层开挖底板巷对己15-16煤层进行穿层钻孔瓦斯抽采,瓦斯抽采180 d后,己15-16-24130工作面运输巷附近煤层残余瓦斯压力及瓦斯含量分别降至0.315 MPa和3.84 m3/t;将底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行工程应用,实测抽采后的残余瓦斯压力及瓦斯含量在0.32MPa和3.17 m3/t,均小于平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定的"双6"指标(残余瓦斯压力小于0.6 MPa,残余瓦斯含量小于6 m3/t),可有效降低运输巷掘进过程中的突出危险性。

低透自燃煤层综放采空区瓦斯与火共治方法研究

红庙矿5-2S煤层为低透气性自燃煤层,顺层预抽钻孔抽采效果较差。针对其在综放开采过程中遇到的采空区瓦斯抽采与自然发火防治互相矛盾的问题,开发上隅角浅部埋管抽采瓦斯与筛管注氮防治遗煤自然发火的共治办法。采用下限8%氧体积分数曲线与上限0.004 m/s漏风风速曲线为边界来划分采空区自燃"三带",应用COMSOL软件模拟采空区在瓦斯抽采量为70 m3/h和注氮量为350 m3/h条件下,注氮时间和配风量对采空区自燃"三带"宽度的影响。求出当注氮时间为16 h和配风量为770 m3/min为平衡二者矛盾的平衡点。对比分析依据现场监测数据绘制的自燃"三带"曲线和模拟得到的自燃"三带"曲线,发现模拟结果准确可靠,说明所开发的共治方法可用于生产实践中。

CO_2相变致裂本煤层增透技术研究

研究液态CO_2相变特征和煤体对气相CO_2和CH_4的吸附规律,在不同煤质、温度和平衡压力条件下,实验得出在无烟煤和焦煤的煤体中CO_2竞相吸附的能力是CH4的1.8~2.4倍。研究发现,液态CO_2在0.2 s内完成相变过程,体积瞬间膨胀至794倍。通过理论研究建立了采用不耦合致裂条件下的爆破孔初始冲击压力峰值、裂隙圈有效半径和爆破致裂钻孔孔径3个主要爆破参数变量的数学模型。采用液态CO_2瞬间相变出口压力为200MPa的致裂器,进行致裂爆破本煤层增透现场实验研究,研究得出距离致裂爆破孔2m和3m的控制孔在爆破后单孔瓦斯抽采纯量提高至6倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度提高至5倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度保持在35%~55%,而距离致裂爆破孔4m的控制孔在爆破5d后瓦斯抽采效果衰减至爆破前的水平。现场试验得出初始冲击压力峰值200MPa和钻孔孔径0.094m时,本煤层致裂爆破裂隙圈有效半径为3m。

高压空气爆破低透气性煤层增透技术应用研究

针对低透气性煤层瓦斯抽采率低的问题,依据爆破理论,提出高压空气爆破冲击煤体技术,通过改变煤体的渗透性系数以提高煤层瓦斯抽采率。研制高压空气爆破成套装备,在淮南丁集煤矿实施井下高压空气爆破煤层试验,对比爆破孔瓦斯流量变化,分析增透效果。地面爆破试验结果显示:煤体试件被破坏,爆破区域内的裂缝增多,相互贯穿至样品表面,渗透性系数改变巨大。井下煤层爆破试验结果显示:试验煤层透气性得到较大改善,观测孔的瓦斯涌出量与抽采量均明显增加,部分孔的瓦斯流量增幅达55.56%,抽采瓦斯纯量最大提高了400.65%。

煤层复合射孔增透技术研究

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出复合射孔爆破增透技术。基于弹性力学和断裂力学理论,分别建立复合射孔爆燃气体压裂裂纹的起裂强度因子和裂纹二次扩展半径方程,研究复合射孔爆破增透技术的煤岩裂隙增扩机制;采用FLAC3D有限差分模拟软件分析煤层爆破钻孔内不同长度的裂缝对爆破致裂增透效果的影响,并开展工业试验对比井下复合射孔爆破和常规深孔预裂爆破效果,运用SF6示踪气体研究煤层透气性的变化特征,确定预裂后煤层瓦斯抽采半径。结果表明:复合射孔爆破后煤层透气性与常规深孔预裂爆破相比有显著提高,有效半径可达5m;数值模拟和现场试验结果均证明,采用复合射孔爆破增透煤层能够有效增加煤层透气性,提高抽采率。

煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统及路径规划方法研究

针对常规机器人导航系统采用单一类型地形识别传感器,观察维度单一等问题,对煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统进行研究,使用远近感知系统数据融合,提高机器人避障能力。由激光扫描仪采集的二维点云数据建立远距离地形信息,由Kinect相机采集的地形深度信息建立近距离地形信息。基于PCL模型,应用像素遍方法,实现观测信息的采集与云图像的构建。使用2.5维栅格地图构建方法得到近距离环境地形信息。使用Dijkstra算法进行了路径规划研究,建立了融合路径长度和地面危险度等级的目标函数。通过仿真研究验证了本文提出的最优路径减小机器人行走过程的俯仰角、侧倾角的波动幅度。

采空区煤自然发火与瓦斯爆炸耦合机理研究

根据采空区遗煤自燃升温的阶段性特征,以定容反应器为模型,借助数值模拟软件CHEMKIN模拟煤自燃缓慢氧化、加速氧化和激烈氧化3个阶段瓦斯爆炸前后反应时间、压力及中间产物的变化情况,从微观机理层面对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合关系进行了研究。数值计算结果显示,煤自燃缓慢氧化阶段对瓦斯爆炸表现为抑制作用;加速氧化阶段对瓦斯爆炸表现为促进作用;激烈氧化阶段对瓦斯爆炸表现为略微促进作用。

煤尘爆炸影响因素试验与爆炸危险等级预测研究

为研究不同工业分析指标对爆炸性火焰长度的影响,选用不同特质的煤样,利用全自动工业分析成分测试仪和煤尘爆炸性火焰长度测试仪器对这些煤样的水分、灰分、挥发分和爆炸性火焰长度进行测定,分析各个工业分析指标对爆炸性火焰长度的影响作用,并基于试验数据通过支持向量机建立分类预测模型预测爆炸危险等级,结果表明:煤尘粒径在一定范围内,挥发分的含量的增加、水分和灰分含量的降低均可以促进煤尘爆炸性火焰长度的增长;当粒径大到一定程度时,煤尘爆炸性火焰长度不再受工业指标的影响。分类预测模型预测结果的正确率为95.83%,可利用此方法对爆炸危险等级进行预测,有助于煤尘爆炸危险性的评估。

水分对煤体物性参数影响试验研究

为探讨水分对煤体物性参数的影响规律,试验研究水分对煤体抗压强度、渗透率和瓦斯解吸强度等指标的影响。采用试验模拟的方法,测试水分对不同破坏类型煤体渗透特性、力学特性以及孔隙结构特性等物性参数的影响。结果表明,随着煤体水分的增加,煤体抗压强度、渗透率、瓦斯解吸强度都有不同程度的降低,并呈负指数变化;水分对软、硬煤体物性参数的影响存在差异,即水分对硬煤的抗压强度和渗透率影响更加明显,而对软煤的瓦斯解吸强度影响更大。

煤岩渗透特性影响因素量化研究

采用实验及数值模拟的方法,实验了不同破坏类型煤体在不同水分、不同围压下渗透特性的变化情况,模拟了注水后,不同围压条件下煤体透气性的变化情况。结果表明,煤体水分、围岩应力的变化对煤体渗透率产生影响,呈负指数关系;水分、围岩应力对煤体渗透特性影响机理存在差异性:水分占据煤体的渗透容积,围岩应力降低煤体的渗透容积;软、硬煤体渗透特征存在差异性:相同围压条件下硬煤渗透容积大于软煤,软煤对围岩应力影响更加敏感。

基于主成分分析优化煤矸石自然发火过程实验研究

煤矸石山自燃受到多方面因素影响。为能够更好表现煤样自然发火过程中对煤自燃产生主要影响的因素,便于对煤自燃过程进行定量研究,使得实验能够更加准确地反映实际生产过程中的煤自然发火过程,并使实验中变量控制能够更加合理高效,采用基于主成分分析算法对煤矸石自然发火过程主要影响因素进行数值分析整理。对经过主成分分析评价的影响因素,进行相应的定量研究,极大地提高了对煤矸石自然发火过程实验材料的利用,为实验有效进行提供了数值模型。

近直立巨厚煤层覆岩活动规律及支架工作阻力研究

为研究近直立巨厚煤层开采覆岩活动规律,指导近直立巨厚煤层开采实践及支架选型,基于相似材料物理模拟试验,建立了覆岩呈散体结构的"支架-围岩"相互作用力学模型,得到支架工作阻力的计算式。研究结果表明:在大尺寸开采空间和多次分层重复扰动影响下,覆岩块体将呈现"散体"结构状;工作面支架所承受的载荷为上覆岩层自然平衡拱内松散岩体自重,支架的支护阻力不仅与支架宽度、控顶距及松散岩体抗压强度有关,还与工作面长度相关,且随着煤层工作面长度的增加呈线性增加。结合工程实例,验证了理论推导的合理性,研究成果对于分析近直立巨厚煤层的支架工作阻力,合理选择支架具有重要的工程意义。

腾晖煤业采空区顶板超长定向钻孔模拟与应用研究

基于采动裂隙椭抛带理论提出顶板超长定向钻孔治理技术,通过理论推导、数值模拟、现场应用相结合的方法对腾晖煤业2-100放顶煤工作面顶板超长定向钻孔的合理距离及合理层位进行研究。研究结果表明:1~5号顶板超长定向钻孔内错回风巷的合理距离为20~40m;钻孔的合理终孔层位依次为60,60,60,61和63m。顶板初次垮落后,顶板超长定向钻孔开始发挥作用,单孔的瓦斯抽采纯量随着工作面推进开始呈周期性变化,当顶板岩层发生周期性垮落时,钻孔瓦斯抽采纯量开始急剧升高;抽采纯量达到的最大值分别为13.88,13.92,13.96,14.24和14.32m^3/min;顶板超长定向钻孔抽采期间,上隅角瓦斯浓度与回风流瓦斯浓度呈周期性变化趋势,上隅角瓦斯浓度为0.32%~0.8%,整个过程中上隅角瓦斯浓度均在可控范围内。顶板超长定向钻孔治理技术可有效解决放顶煤工作面采空区的瓦斯治理难题。