厚松散层薄基岩综放开采覆岩破坏与地裂缝发育规律

开采引起的覆岩移动、破坏及地表变形裂缝的研究对于煤矿安全生产和采动损害保护具有重要意义。以郑煤集团某矿12203工作面为工程背景,采用理论分析、现场实测与数值模拟等方法分析了覆岩受采动影响演化机制,给出了回采距离与覆岩发育高度之间的函数关系以及覆岩充分破坏埋深与回采距离之间关系,分析了该地质情况下的地裂缝分布特征。结果表明:①厚松散层薄基岩覆岩破坏演化可分为开始、快速增加阶段、缓慢增加及稳定4个阶段;覆岩破坏高度与回采距离存在Logistic函数关系、与煤层厚度存在线性函数关系,该地质条件下覆岩充分破坏时,回采距离等于埋深;②覆岩裂隙演化中,基岩部分比松散层部分破坏程度剧烈;③地裂缝形态主要为拉伸裂缝与台阶裂缝,二者交互存在,工作面边缘裂缝整体随工作面回采呈现椭圆形—圆形—椭圆形动态变化;地裂缝发育超前工作面一段距离出现,动态超前裂缝距为84.07 m,动态超前裂缝角为73.15°。

河流下多煤层开采安全性及保护技术

我国新疆地区干旱缺水,艾维尔沟河作为新疆一条具有重要地理特征和环境影响的河流,其对于流经区域的经济、生态都具有重要意义,因此在艾维尔沟河下进行煤炭开采时,既要保证矿井安全也要保证河流的正常使用。采用理论分析、数值模拟等方法对河流下多煤层开采安全性及河流保护技术进行研究,通过理论计算得到多煤层开采条件下,覆岩导水裂隙带发育高度(11401工作面为41.9 m、1502工作面为110 m、11401工作面为113.8 m)并绘制剖面示意图;同时,采用数值模拟方法对覆岩导水裂缝发育形态及高度进行确定,最终基于导水裂隙带高度(117.8 m)与最小煤层埋藏深度(191.5 m)的相互关系,确定河流下开采是安全的可行的。在保证河流下煤层安全开采的前提下,通过分析离层注浆原理,并结合采动影响特征参数及工程现场,提出了以离层注浆为主,河道防渗及优化开采设计为辅的多手段对采动影响范围内地表特定目标的精准保护技术。根据实际采矿地质条件,采用概率积分法计算试采工作面开采前后河道位置处地表移动变形,计算结果显示:采用离层注浆精准保护技术后,河道的最大水平变形值(2 mm/m)未超出允许坝体的极限变形值(2.5 mm/m),所以采用离层注浆精准保护技术可以实现,井下安全开采的同时,保证河道的正常使用。通过对河流下多煤层开采的安全性及保护技术的分析研究,为矿山绿色开采提供参考和借鉴。

“三全育人”理念下基于本科生导师制的矿业工程学科协同育人机制研究

培养实践创新型人才,推动本科教育高质量发展是高等院校的重要任务。文章基于河南理工大学矿业工程学科的实践探索,以“三全育人”为培养理念,提出了以“本科生导师制”为主体,科教协同育人的培养方法,有效地促进科研活动与课堂教育的融合,增强了学生的科研实践能力;以科研平台与教学平台为基础,将科研工作与教学工作深度融合,构建了集教学、科研、创新等功能为一体的立体教学平台,强化了实践教学,形成了相互耦合、相辅相成的矿业工程本科生多方位协同育人培养机制,为矿业工程培养实践创新型人才提供了新思路。

中部矿粮复合区采煤沉陷及耕地损毁研究现状与展望

河南作为中原地区产煤和产粮大省,煤炭安全高效开采与耕地保护、粮食增产的矛盾较为突出。如何修复因开采煤炭导致损毁的耕地、保护矿区未损毁的耕地,同时稳定煤炭产能,是中部矿粮复合区目前面临的重大难题之一。在分析了中部矿粮复合区典型特征与其面临的瓶颈问题基础上,从采动覆岩与含(隔)水层破坏、采动地表沉陷规律与土壤退化、矿区耕地损毁及农作物长势、源头减沉控损与土地损毁修复技术等4个方面分析了采煤沉陷及耕地损毁问题的研究发展历程,包括采动覆岩含(隔)水层破坏及结构失稳、采动覆岩破坏充分采动定义及判据、采动地表沉陷与覆岩破坏整体响应行为、地表沉陷对土壤退化与耕地损毁影响、沉陷区耕地损毁识别与农作物长势监测、煤矿开采损毁土地修复技术等;在现有成果分析的基础上,展望了中部矿粮复合区采煤沉陷及耕地损毁的4个发展方向:采动覆岩结构失稳与含(隔)水层破坏传导机理、采动地表沉陷规律与土地损毁作用机理、矿区耕地损毁及农作物长势时空演变规律与源头减沉控损与耕地损毁高效协同修复技术,以便揭示“覆岩破坏—地表沉陷—耕地损毁—作物响应”传导驱动机制,形成中部矿粮复合区源头减沉控损与耕地损毁高效协同修复的综合技术体系,为煤矿绿色开采与保障粮食安全提供理论和技术支撑。

电视信号铁塔下压煤开采与动态调斜保护技术

为解放电视信号铁塔下压煤资源并保障广播电视信号铁塔安全运行,在分析地表移动变形规律的基础上,研究了电视信号铁塔采动变形特征及塔身倾斜动态调整保护技术。利用概率积分法对铁塔处地表移动变形进行计算并评估其运行安全性,据此分析了采动影响下铁塔倾覆稳定性。计算结果表明:工作面开采后铁塔基础处倾斜变形超过其极限倾斜变形值,结构抗倾覆能力降低,铁塔运行存在安全风险;对工作面开采过程中铁塔移动变形进行了现场监测,现场监测结果表明:随着工作面的推进,电视信号铁塔呈现阶梯状下沉趋势,采煤工作面停产或推进速度过慢时,塔基处不均匀沉降增幅较大,导致铁塔倾斜变形增大;阐明了铁塔倾斜变形动态调整保护技术原理,提出并实施了电视信号铁塔动态调斜保护技术,根据铁塔移动变形监测结果确定铁塔动态调斜时机并进行铁塔调斜工作,调斜后的塔基倾斜度小于电视信号铁塔的采动极限倾斜变形值,确保了电视信号铁塔的安全运行,成功地实现了电视信号铁塔下压煤资源开采,提高了资源采出率,产生显著的经济和社会效益,并验证了实施电视信号铁塔动态变形保护技术开采其下方压煤的可行性。

高耸构筑物采动损害与保护技术研究现状与展望

我国一些矿区面临着高耸构筑物下压煤技术难题。矿区高耸构筑物具有高度大、横断面小、重心高、支撑基础底面积小等特点,作为一种特殊的构筑物,其对地下开采引起的地表移动变形较敏感。在分析了高耸构筑物自身特性及其采动变形特征基础上,从采动变形理论、数值模拟、变形监测技术、保护技术等4个方面总结分析了高耸构筑物采动损害与保护技术的研究发展历程,包括高耸构筑物与地基、基础协同变形理论、工作面开采对高耸构筑物变形影响数值(物理)模拟分析、实时高效精准监测技术、地基精准注浆加固技术、基础抗变形改造技术、高耸构筑物动态调斜技术、源头减损技术等;并展望了高耸构筑物采动损害与保护技术的4个发展方向:地表移动变形多指标作用下高耸构筑物采动变形规律,采动地表沉陷规律与高耸构筑物变形传导机理,高耸构筑物实时高效精准变形监测技术,高耸构筑物精准保护技术,以便形成地表高耸构筑物“变形小-监测精-保护准”的综合理论与技术体系,为高耸构筑物下安全高效采煤提供理论和技术支撑。

我国煤矿智能绿色开采技术现状与展望

智能绿色开采是推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革的重要方式,在安全高效开采基础上避免或减轻采动损害,依靠智能化开采技术优化开采工艺,促进资源开采与生态环境保护协调发展,实现煤矿生产过程控制、设备健康管理、安全风险防控、生态环保等的最优化管控,以及煤炭规模开采的高利用、高安全、低排放和生态系统原态的高保真度。从广义资源和生态环境角度并结合智能化开采技术,论述智能绿色开采的内涵,提出了智能绿色开采技术总体架构,包括智能充填开采、瓦斯智能抽采、灾害智能预警、煤-岩-水-环智能一体化等绿色开采技术;其次从综采全过程少人或无人化角度,系统总结综采工作面的透明工作面创建、煤岩界面识别、智能控制、设备定位定姿、煤矿机器人、无线通信、大数据分析处理7个智能化技术以及掘进机自主定位导航、位姿检测、自适应截割等技术的研究现状。阐述煤矿智能绿色开采技术研究进展,为全面深入了解煤矿智能绿色开采技术的发展现状提供参考。

弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型研究及应用

弱胶结地层重复采动条件下的地表沉降特征对西部弱胶结矿区煤炭资源安全高效开采与生态修复具有十分重要的意义。采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等方法,对弱胶结地层矿区重复采动条件下的覆岩运移规律及地表沉降模型进行了研究,并进行了工程应用。通过理论分析探讨了弱胶结岩石的碎胀性特征及重复采动覆岩运移对地表沉降的影响机制,建立了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”,其中弱胶结岩石的碎胀系数、下层煤的采厚均与弱胶结地层重复采动地表最大下沉值之间呈线性关系。通过相似模拟、数值模拟分析了弱胶结地层重复采动覆岩与地表沉降特征。研究结果表明:弱胶结地层初次采动和重复采动覆岩离层高度发育规律基本一致,均呈现阶梯状上升;重复采动地表下沉曲线呈非对称性分布,最大下沉值偏于开切眼侧的规律;并给出了初次采动和重复采动后的覆岩最高发育高度、地表最大下沉值和地表下沉系数。采用已建立的地表最大沉降模型对现场地表最大下沉值进行预测,地表最大沉降模型预计值与工作面回采过程中现场实测值相近,验证了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”的合理性,同时工作面回采结束后的地表最大下沉预计值可为现场实际工作提供参考依据。

断层影响下采动覆岩与地表移动特征

为了研究开采扰动下含有断层工作面的覆岩及地表响应情况,首先采用数值模拟、理论分析和现场实测等方法,研究临近断层工作面采动影响下覆岩及地表运移和应力响应特征;其次建立数值模拟模型,结合“裂断拱”和“应力拱”分析临近断层工作面开采覆岩破坏和采场应力响应特征;然后建立断层面滑移力学模型,并结合断层滑移倾向性指标Qs定量分析断层上盘开采断层面活化倾向性;最后采用现场实测方法,分析郑州矿区大平煤矿采动影响下断层上盘地表移动变形特征。结果表明:开采扰动下“裂断拱”的发育最大宽度达到2215 m,最大发育高度达到110 m,宽高比约为1∶2;含有断层工作面“应力拱”特征,呈现非对称结构;随着断层面埋深的增加,断层面滑移倾向性呈现出先增后减再增的趋势,在弯曲下沉带同等埋深滑移倾向性缓增、在裂隙带同等埋深区域呈现出先减后增、在垮落带同等埋深区域呈现出快速增加;断层上盘开采保护煤柱留设30 m断层未活化,大平煤矿的基岩移动角和边界角较郑州矿区一般地质条件下工作面上的分别偏小88和46°,较同煤矿无断层工作面基岩移动角偏小67°。

长壁开采覆岩内水平定向长钻孔位置特征与卸压瓦斯抽采机理

长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例验证等方法研究了采动覆岩内水平定向长钻孔的位置特征与卸压瓦斯抽采机理。阐述了水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术原理,结合室内试验、数值模拟分析了水平定向长钻孔的3个位置特征:①钻孔布置位置区域瓦斯积聚程度高,为钻孔抽采瓦斯提供浓度条件;②钻孔布置位置区域裂隙较为发育,为钻孔抽采提供瓦斯源保障;③钻孔布置位置区域岩层受采动影响较小,为钻孔提供稳定性条件。在此基础上,从采动裂隙内瓦斯积聚程度、采动岩层渗透率和采动钻孔稳定性3个方面揭示了水平定向长钻孔布置抽采机理,提出了水平定向长钻孔的位置判据,给出了确定钻孔抽采位置的方法流程,并通过数值模拟、工程实例进行了合理性验证。研究结果表明:依据钻孔位置判据进行钻孔布置抽采的最大瓦斯抽采纯量达2.59 m^(3)/min,为其他对比钻孔的2.56倍;在定向长钻孔抽采作用下,回风巷最大瓦斯体积分数为0.11%~0.72%,风排瓦斯量为0.69~2.79 m^(3)/min,验证了按照钻孔位置确定方法进行钻孔布置抽采的合理性。研究成果可对矿井布置水平定向长钻孔抽采采空区卸压瓦斯提供技术依据,进而提高矿井卸压瓦斯抽采率、促进煤矿绿色开采技术发展。

高校安全隐患问题的排查与防范措施研究

在高校改革发展过程中校园安全问题是学校管理工作的重中之重,但是近年来随着高等教育的大众化,高校安全隐患发生的概率也逐渐增加,严重影响了校内师生的心理健康与生命安全。因此,为了给全校师生构建一个良好的生活学习环境,高校还需加强对校内安全管理工作的重视,逐渐建立健全安全隐患防范体系,真正将安全隐患排查工作落到实处。本文主要就高校安全隐患问题的排查工作及防范措施进行分析探讨。

冲击荷载作用下含双孔洞裂纹石灰岩动态断裂行为

深入了解不同孔洞缺陷结构对岩石动态力学特性和断裂行为的影响,对于巷道支护设计、岩体工程稳定性评价以及冲击地压动力灾害防治等均具有重要的理论指导意义。为研究含不同孔洞缺陷石灰岩试样在冲击荷载下的动态断裂行为,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击加载系统,对含双孔洞裂纹石灰岩试样进行冲击条件下的断裂特性测试,并采用高速摄像仪对动态裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏全过程进行了记录,结合图像处理方法进一步分析了冲击荷载作用下含双孔洞裂纹石灰岩的动态抗压强度、动态变形模量、破坏模式和裂纹扩展行为。研究表明:峰值应力处试样破坏的峰值应变在0.00297~0.00493变化,孔洞间距的非对称增长对石灰岩试样峰值强度具有较大弱化影响,非对称孔洞缺陷的间距越大,其对试样的峰值强度弱化程度越高;当孔洞缺陷呈现为非对称状态时,由于受力不均易较早发生压缩破坏。石灰岩试样双孔洞缺陷的形状、间距和非对称性均对其动态抗压强度具有显著影响。石灰岩试样下方的孔洞缺陷对其主裂纹发育具有显著影响,使得初始拉伸裂纹扩展方向产生偏转,试样最终破坏主模式为剪切-拉伸复合断裂。在石灰岩试样的裂纹发育类型中,类型Ⅴ和Ⅵ的远场拉伸和剪切裂纹较为常见。此外,考虑扩展路径分形效应的裂纹速度为表观裂纹扩展速度的1.01~1.17倍。当孔洞缺陷呈非对称分布且间距较大时,最终形成的裂纹数量较少,裂纹扩展速度降低,且更有利于抑制岩石表面的岩屑剥落现象。

浅埋深厚煤层高强度开采地表沉陷规律研究

以西部神东矿区大柳塔煤矿为工程背景,选取典型的浅埋深高强度开采工作面52307工作面为研究对象,设立地表岩移观测站,并结合RTK观测技术与三维激光扫描技术进行实时监测,基于关键层理论和CISPM综合地表沉陷预计模型软件,综合分析在浅埋深高强度开采条件影响下,地表移动变形特征、地表岩移角值参数变化以及地裂缝发育等问题。研究结果表明:在工作面从开切眼向前推进过程中,地表下沉值在开切眼位置较小,之后突然迅速增大,下沉曲线急剧变陡,当达到最大下沉值时,下沉速度开始变缓;地表移动变形主要集中在工作面中部,工作面四周下沉变形较小,地表移动影响范围较小;大柳塔矿区地表岩移角值参数偏大,基岩移动角和边界角分别达到了87.7°和84.1°。开采引起的地裂缝整体呈“C”字型主要分布在工作面中部;随着工作面的不断推进,地裂缝从开切眼位置开始继续向回风巷一侧缓慢延伸、发育并逐渐闭合,最终形成连续包围“漏斗”型形状;地裂缝总是滞后于工作面出现,地裂缝滞后距与工作面推进速度呈线性增大的关系。根据地表沉陷规律及地裂缝发育分析结果得出,在浅埋深厚煤层高强度开采条件下,由于工作面开采强度大、推进速度快、关键层结构单一且赋存层位低,引起顶板活动剧烈、易滑落失稳,从而造成地表下沉盆地四周收敛快、中部破坏严重,地裂缝发育密集。

埋地天然气管道采动变形特征及安全距离预测

埋地天然气管道不同于一般建筑物,对地表移动变形值的响应与敏感性具有显著的特殊性。采用理论分析与数值模拟相结合的方法,系统分析地表下沉、水平移动、水平变形对埋地管道采动变形的影响;基于埋地管道采动变形特征,建立了采动影响下“地表-管道”协同变形理论模型;提出了新的管道安全性运行判断准则(管道力学特征进行管道失效判断)并应用于工程实践得到安全推进距离;通过数值模拟,分析了管道内部主应力的分布规律,并验证了理论分析结论及所提管道安全性运行判断准则的可行性和正确性,研究结果表明:所提的管道安全性运行判断准则较现有判断准则,工作面推进长度增加50 m,更能有效提高煤炭资源采出率。

研究生国际化培养机制与实践——以河南理工大学矿业工程研究生为例

针对矿业工程研究生国际化培养的实践积累,从培养理念、培养平台、培养方法以及考评模式四个方面入手,提出了需求牵引型国际化培养理念、教研合一式国际化培养平台、政用产学研国际化培养方法以及多元目标型国际化考评模式,形成了相互耦合、系统严谨、相辅相成与逻辑清晰的矿业工程研究生国际化培养机制,实践成果为矿业工程研究生国际化培养提供了新思路,对提升矿业工程研究生培养质量具有重要意义。

条带煤柱的突变破坏失稳理论研究

条带开采煤柱的稳定与否是条带开采成败的关键.其破坏失稳是典型的偏离平衡态的非线性过程.应用突变理论建立了条带煤柱突变破坏失稳的尖点突变模型,导出了条带煤柱破坏失稳的充要条件表达式.并根据模型对条带煤柱破坏失稳的机理进行了分析,认为条带煤柱核区率≤11.92%时,满足了条带煤柱突变失稳的必要条件,存在突变破坏失稳的可能性.

岩层与地表移动控制技术的研究现状及展望

岩层与地表移动控制技术是矿山开采沉陷学的主要研究方向 ,其目的是研究合适的采矿方法和相关技术 ,尽可能地减少岩层和地表移动 ,保护地表建筑物的安全。在综合分析大量文献的基础上 ,从部分开采方法、充填开采方法、覆岩离层注浆和协调开采方法等几个方面对目前岩层与地表移动控制技术的研究现状进行了论述。展望了我国岩层与地表移动控制技术的发展趋势。

概率积分法预计参数选取的神经网络模型

在综合分析概率积分法参数与地质采矿条件之间关系的基础上,采用人工神经网络方法建立了概率积分法参数选取的模型.模型采用改进的BP优化算法,运用我国典型的地表移动观测站资料作为学习训练样本和测试样本,对网络模型的计算结果与实测值进行了对比分析.分析结果表明:用人工神经网络方法求算概率积分法参数结果更接近于实际.对提高开采沉陷预计精度具有积极意义.

厚湿陷黄土层下综放开采动态地表移动特征

通过建立地表移动观测站,对厚湿陷性黄土层下综放开采引起的地表沉陷进行了现场实测。根据观测站资料,分析研究了厚湿陷黄土层下开采动态地表移动特征及相关参数;对厚湿陷性黄土层下综放开采引起的地表裂缝特征进行了研究,提出了超前裂缝角及超前裂缝距的概念,分析了地表出现超前裂缝、反向台阶裂缝的原因,并给出了地表裂缝角的大小;得出了起动距、超前影响角、地表最大下沉速度及最大下沉速度滞后角等动态地表移动参数。研究表明:厚湿陷性黄土层下综放开采具有地表移动剧烈、地表下沉速度大,地表非连续变形破坏严重、起动距偏小、裂缝角偏大等特点。

水库下采煤的安全性分析

水库下采煤一方面要确保煤矿井下安全,同时还要保护地表水资源和水库坝体的安全.根据水体下采煤的技术理论,在现场调研的基础上,结合煤矿具体的地质采矿条件,进行了上覆岩层破坏高度的计算、地表移动和变形的预计,从而对水库水体下采煤的安全性进行分析、评价和论证.结果表明:各工作面开采以后,上覆岩层中导水裂缝带发育的最大标高与基岩顶部边界之间有较厚的基岩岩柱,即导水裂缝带不会波及到地表水水库.同时,根据地表移动和变形预计结果,分析了各工作面开采对水库坝体的影响.最后提出了相应的技术措施,确保水库下安全采煤.