煤层群下行开采底板应力演化规律与合理巷道错距研究

为解决近距离煤层开采遗留煤柱下伏回采巷道合理布置工程问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,基于半无限平面体理论建立遗留煤柱底板岩层应力分布力学模型,系统研究了遗留煤柱下伏底板岩层应力分布特征及减压区相对位置关系,提出遗留煤柱非均布载荷影响的底板水平/垂向距离判别方法,揭示了遗留煤柱水平/垂向间距对下伏煤层回采巷道应力变化率的影响程度。结果表明:垂直应力集中是导致下伏巷道失稳的主控因素,以垂直应力变化量0.2γH作为评判应力影响程度的临界指标,探究了不同因素影响下的应力扰动程度,随着遗留煤柱尺寸、煤层间距、埋深与岩层垮落角逐渐减小,底板岩层应力影响深度呈递减趋势;随着水平错距增大,巷道围岩垂直应力值、应力变化率差值不断减小,界定两者数值低于0.2γH与0.01时,围岩达到可控稳定状态;现场试验21320回风巷采用外错式25 m进行实测验证,优化布置后巷道顶板相对位移量控制在45 mm以内,服务期间巷道围岩工况稳定,验证了所得安全错距的合理性。

胡家河煤矿综放工作面矿压显现规律预测及主控因素研究

现有工作面矿压显现规律预测方法中,基于数值模拟与统计回归的方法无法实现对工作面矿压显现规律的实时精准预测,深度学习方法存在超参数较多且难以设置、模型训练速度慢等问题。针对上述问题,以胡家河煤矿402102回采工作面采动过程中监测到的煤体内部应力变化时序数据为基础,将基于粒子群优化的门控循环单元(PSO-GRU)应用到回采工作面矿压显现规律预测中。采用PSO算法对GRU进行优化,构建PSO-GRU模型,实现对超参数的自动寻优,从而提高GRU的训练速度和预测精度。以预测结果为依据,采用层次分析法建立402102回采工作面矿压主控因素评价指标体系,将顶板条件、回采工艺、煤层赋存、地质构造确定为影响工作面矿压的一级指标,进一步细分出具有代表性的14个二级指标。测试结果表明:(1)与未经优化的GRU模型相比,PSO-GRU模型的均方误差(MSE)降低了83.9%,均方根误差(RMSE)降低了59.8%,平均绝对误差(MAE)降低了59.0%,决定系数R2提升了28.9%。(2)PSO-GRU模型对矿压数据预测的拟合度达0.980以上,具有良好的非线性拟合能力和泛化能力。(3)地质条件中的煤层赋存因素对回采工作面矿压的影响最大,权重为0.47;可人为干预的影响因素中工作面推进速度对矿压的影响最大,权重为0.13。

矿井通风系统改造项目的实施及其验收

为保障煤炭产业高质量发展,矿井建设趋向智能化。矿井通风系统优化改造是矿井升级改造的主要技术手段。针对矿井通风系统改造项目,基于各项法律法规和陕西省地方规章和制度,结合水帘洞煤矿即将回采煤柱的通风系统改造特点,从前期评价及立项、中期项目建设过程管理到后期不同阶段验收的实施过程,分析了各个阶段遇到的问题,提出了针对性的解决措施,为煤炭企业矿井通风系统改造项目的实施和项目管理提供技术支持和保障,也为矿井通风系统改造项目的实施和验收提供参考。

软岩巷道底鼓机理及其稳定性控制研究

为探究双巷布置工作面下区段巷道底鼓的发生机理及相应围岩控制技术,以韩城桑树坪二号井的3309运输巷作为工程背景,通过朗肯土理论建立采空区邻近巷道底板力学模型,研究了双巷布置的工作面回采时采动应力分布规律及塑性区范围,结果表明:邻近工作面在工作面前方210 m处开始底鼓,工作面前方40 m处底鼓位移量增加速率升高,拉底前的最大底鼓量达到662 mm;根据对力学模型计算得到巷道底板的破坏与巷道两帮应力集中系数呈线性相关,且煤柱帮应力集中系数K′轴斜率Δ1为6.520,煤壁帮应力集中系数K轴斜率Δ2为2.173;根据数值模拟结果,3309工作面底板塑性区深度维持在3 m左右,由于受到采动影响导致相邻巷道帮部塑性区贯通,最大可达10 m,且工作面后方煤柱最大垂直应力达到44.5 MPa。最后基于采空区邻近巷道底鼓发生机理,提出采用爆破预裂切顶卸压技术对巷道变形进行控制,并且取得了良好的应用效果。

低阶长焰煤细观结构定量分析与表征单元确定

表征单元体(REV)作为量化多孔介质材料尺度效应的一种基本方法,是构建煤体宏-细观跨尺度结构模型的有效手段。为提高煤体细观结构REV结果的准确性,基于煤样细观尺度下孔裂隙结构特征研究,提出了煤样细观结构定量表征方法,以煤样试件不同位置与不同破裂方向的423个尺度下的孔裂隙二值图像为依据,分别从孔裂隙分布密度、几何形状、方位定向3个角度分析了煤样细观结构的几何特性。在考虑煤体非均质性与各向异性的采样方法基础上,分析了REV尺寸的空间效应与方向效应,最后,利用变异系数法确定了合理的煤样细观REV尺寸。采用图像处理、统计学与变异系数判别相结合的方法对低阶长焰煤细观结构的定量表征与REV确定方法展开相关研究。研究结果表明:①针对灰度不均、边界模糊、对比度低的煤样SEM图像提出了一种孔裂隙结构准确识别与定量分析的方法;②确定了反映煤样各向异性的细观结构定量表征指标,包含孔隙率、整体形状因子、分形维数与定向分布系数;③与平行层理相比,垂直层理方向微裂隙更为发育,孔隙率为平行层理的2倍,大孔径孔隙贡献率为85%,具有较强的空间充填能力,孔裂隙整体形态规则性较差,但边缘形态光滑性较好,定向分布更趋于简单;④基于变异系数可接受值10%确定了煤体细观结构表征单元尺寸为200μm×200μm。

采矿工程专业数字矿山“嵌入式”教学体系研究

近年来,随着时代的进步、科技的发展,各行各业对于人才的标准与要求也在不断提高。在现代采矿业中,数字矿山作为一种新技术、新方法与新思想,能够为现代采矿业提供更好的技术与工具支持。但是数字矿山技术的应用要求采购工作人员具备更高的能力与素质。因此,加强对数字矿山的教学与应用,对于采矿工程专业人才的培养尤为重要。对采矿工程专业数字矿山“嵌入式”教学体系展开研究,认知与了解数字矿山概念等,不断优化采矿工程专业数字矿山“嵌入式”教学体系,旨在为培养更加专业且优秀的采矿工程专业人才提供保障。

邻空巷坚硬顶板预裂爆破防冲机理及效果检验

顶板预裂爆破技术是防治冲击矿压的重要手段。以鄂尔多斯地区坚硬顶板邻空侧巷道频繁发生冲击矿压为背景,建立了邻空巷侧向覆岩结构的力学模型及UDEC数值模型,对比了顶板预裂爆破前后邻空侧向覆岩结构及应力演化特征,揭示了顶板预裂爆破防冲机理,开展了预裂爆破防冲实践,并通过现场钻孔探查、窥视、应力监测、微震等多种手段对爆破前后邻空侧向覆岩结构、煤体应力进行了实测,得出:①顶板预裂爆破能促使邻空侧向覆岩发生长臂“F”型→长臂“L”型→短臂“L”型结构转换,缩短了关键层悬臂长度,降低了邻空侧煤体的静载应力,促使煤体应力峰值向深部转移,同时削弱了侧向覆岩破断动载,降低冲击危险;②爆破前后实测低位岩层破断角由57°增大到72°,悬臂长度降低了8.7 m,中高位关键层悬臂长度至少降低了6.8 m,低位岩层预裂爆破诱发中高位关键层破断,证实了邻空侧向覆岩结构发生转换;③爆破前后模拟计算邻空侧煤体应力峰值降幅为5.36 MPa,实测煤体应力最大降幅为5.4 MPa,微震事件能量、频次均明显降低,实测与理论数值结果相一致;④形成了钻孔探查、窥视、应力与微震监测等多手段结合的爆破防冲效果检验方法。

深部高应力软岩巷道围岩变形机理及控制技术研究

为了研究深部高应力巷道围岩变形和破坏特征,通过理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,对不同侧压系数与不同岩性下巷道围岩的塑性区分布规律进行探究,结果表明:随着侧压系数的增大,巷道围岩塑性区范围逐渐增大,且两帮的变化速率明显较小,使得塑性区由圆形变为椭圆形,当侧压系数为1.8时,顶底板处塑性区最大;不同岩性下的巷道塑性变形区均表现为顶底板范围大,两帮范围小的特点,且泥岩中的塑性区范围要明显小于煤层;通过数值模拟对比注浆加固前后巷道位移量,结果表明注浆加固后围岩顶板与两帮位移量平均减少了28%,现场实际应用“锚固+注浆”联合支护后,掘进期间巷道断面基本无变形。

基于DIP技术钻孔结构面参数与强度相关性研究

为实现寺河煤矿井下巷道围岩体强度的快速准确定量评价,综合考虑围岩强度测定过程中的人为与机械误差影响,建立了围岩结构面几何参数与强度的非线性数学模型。以该矿井东六盘区63022巷、63021巷与东六回风二巷围岩结构钻孔窥视与强度测定结果为基础,采用数字图像处理(DIP)、理论分析与数理统计相结合的方法,分析了结构面几何参数与强度的相关性,并确定各参数对强度的影响程度。研究结果表明:钻孔窥视图像的灰度变化曲线可以确定岩层内部成分差异与宏观缺陷;数学回归模型可用于对结构面轮廓变化的趋势预测;结构面倾角、面积与分形维数为正相关性;分形维数对力学强度的正相关性影响程度最大,权重占比99.51%。

深部复合地层巷道TBM掘进卡机预防方法

基于陕西正通煤业西区辅运大巷TBM掘进工程背景,采用现场调研、理论分析及现场试验综合研究方法,以敞开式TBM硬岩掘进机为例,研究应用“鲁淄一号”国内矿用最大直径敞开式掘进机工程实践,探索研究深部复合地层掘进卡机机理,结合正通煤业地质条件、地应力、TBM设备参数、支护设计等因素,对掘进过程中卡机风险进行分析,最后从支护设计、掘进机设备参数2方面出发,针对性提出了巷道掘进TBM卡机预防方法。研究通过现场实践解决了TBM掘进卡机预防应用难题,使月进尺达到305 m,相比传统综掘进尺提升了1.5倍。

基于空顶理论的煤巷综掘支护参数优化研究

为研究巷道掘进期间围岩变形破坏规律及合理空顶距留设对巷道掘进效率的影响,以孟村矿地质条件为工程背景,采用理论计算和FLAC^(3D)数值模拟手段,提出适用于孟村矿4#煤层的合理空顶距留设距离和巷道支护参数优化方案;并基于数值模拟结果,讨论了不同支护方案下巷道围岩破坏情况和对掘进效率的影响。研究表明:巷道掘进期间,巷道围岩变形量相对较小;401104工作面运输巷在理想条件下的巷道掘进空顶距为3.14 m,综合孟村矿实际生产地质条件,空顶距取2 m。通过对现有支护参数进行优化,提出顶锚杆间排距为800 mm×1 000 mm,每排7根的支护方案,月进尺提高3.8倍,百米巷道支护耗材顶锚杆减少63.3%。采用优化后的支护方案可以节省支护时间,提高巷道掘进效率。

胡家河矿回采巷道变形及超前应力分布规律

受综放工作面开采影响,回采巷道的围岩变形破坏规律与超前支承应力影响范围既是巷道支护设计与优化的重要参考,又是矿井冲击地压防治与预测的前提。以彬长矿区胡家河煤矿402102综放工作面泄水巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场实测相结合的方法,分析煤层巷道受开采扰动影响造成的围岩变形破坏情况,揭示回采巷道超前支承应力峰值影响范围及超前支承应力影响范围。结果表明:泄水巷超前采动影响范围为工作面前方90 m范围内,且高层位岩层的位移要大于低层位岩层的位移;在一次采动影响阶段,泄水巷顶底板塑性区范围为1.25 m,两帮塑性区范围为1.0 m;泄水巷超前支承应力峰值影响范围实测值10 m,理论值11.4 m,模拟值12 m;泄水巷超前支承应力影响整体范围实测值100 m,理论值103.03 m,模拟值108 m。研究结果验证了理论模型的准确性与数值模拟方法的可靠性,为矿井同等地质条件放顶煤工作面的回采巷道支护优化、冲击地压防治提供重要参考。

深部开采高应力软岩巷道支护技术研究

以开滦集团唐山矿软岩条件下T_1493风道绕道和T_1493溜子道绕道的支护作为研究对象,通过现场地质详查对软岩巷道的工程地质力学性质进行评价分析,并采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法,研究了深部开采软岩巷道高应力环境下巷道的失稳机理,确定了巷道的支护参数,保障了巷道在开采过程中的安全性,为其他矿井在相似地质条件下的软岩巷道支护提供一定技术借鉴。

赵各庄矿深部开采底板突水特征及防治技术

为了研究深部开采高水压条件下的底板突水特征及防治措施,根据赵各庄矿水文地质条件,通过对深部14水平122煤层底板隔水层隔水性能、底板灰岩岩溶发育情况、揭露断层导水性的分析,认为14水平122煤层底板突水特征为断层采动型,预防底板突水的重点是防治断裂带采动滞后突水,并给出了在巷道掘进、回采等方面的防水技术措施,以及合理的防水煤柱宽度。通过计算得出,东Ⅲ断层上、下盘防止突水发生的合理保护煤柱宽度分别为262m、233m。

破碎围岩巷道新型注浆加固工艺实验研究

破碎围岩巷道是煤矿安全生产的重大隐患之一,而注浆是破碎巷道加固的主要手段,注浆工艺的适应性对于煤矿安全生产具有重要意义。针对实验巷道极破碎围岩锚杆(索)孔成孔困难、锚固效果差等问题,采取不同的注浆工艺对巷道破碎围岩进行分区加固,并对注浆后围岩变形进行观测。观测结果表明:XV1101巷注浆加固完成后,巷道两帮变形和顶底板的移近量均比较小,两帮移近量最大72 mm,底鼓量最大为166 mm;XV1102巷注浆加固完成后,两帮移近量最大55 mm,底鼓量最大为46 mm,变形量更小。实验所提出新型注浆加固工艺对破碎巷道的加固效果较好,新的注浆工艺和注浆锚杆(索)有效地控制了巷道变形。

厚煤层综放工作面煤柱稳定性评价及控制技术

为解决厚煤层综放工作面区段煤柱失稳破坏问题,保障采掘工作正常接续,以韩城矿区桑树坪二号井3304工作面区段煤柱为研究对象,建立力学模型求解确定塑性区宽度,采用FLAC^(3D)数值模拟研究工作面侧向支承压力分布规律,综合分析不同宽度区段煤柱主应力差分布特征,据此针对性提出区段煤柱补强支护方案,并开展工业性试验,试验回采期间巷道围岩收敛量均处于允许范围内。研究结果表明:在工作面前方,现有宽度为10m的区段煤柱稳定性较好,煤体具有一定承载能力,但在工作面推采后,仍不可避免存在大范围片帮问题,根据煤柱帮变形破坏特征,在原有支护参数基础上,提出巷道煤柱帮锚索补强支护,可有效减少巷道两帮收敛变形,实现巷道围岩稳定性及次生灾害的综合控制。研究结果对类似开采条件下综放工作面区段煤柱稳定性控制具有一定参考价值。

新常态下《采矿学》课程教学研究与探讨

《采矿学》是采矿工程专业最为核心的专业课程之一,其教学效果的优劣对煤炭行业的健康发展有直接关系,随着我国社会经济发展进入新常态,所带来的严峻形势使得《采矿学》课程教学面临着更大的挑战与更高的要求。针对新常态下煤炭开采技术新要求所带来的问题,研究了《采矿学》课程教学存在的问题,揭示了当前课程教学已不能满足社会发展的需求,提出了《采矿学》课程教学"优化教学内容,构建新型教学模式"、"优化教师梯队,加强教学团队建设"、"强化实践教学,注重创新能力培养"、"强化过程考核,促进综合能力提升"的改进措施。西安科技大学《采矿学》课程教学实践效果表明,改进措施取得良好的效果。

“锁砂”条件下矿柱尺寸留设研究

针对"锁砂"条件下矿井开采矿柱留设理论的缺乏造成的矿柱尺寸留设不合理这一问题,基于内摩擦角对于矿柱强度具有显著的影响,通过分析Wilson两区约束理论的问题与不足,修正了其关于塑性区宽度和矿柱强度的计算公式,并在Pattison矿进行了现场应用,结果表明,Pattison矿所留矿柱的塑性区宽度为0.2m,矿柱的强度为7.4×109N,而矿柱所承受的载荷为6.8×108N,说明矿柱的尺寸仍有可以减小的空间。

基于原位直剪试验的岩土体力学特性研究

岩土体力学参数是分析露天开采矿井边坡稳定的必要基础数据,原位直剪试验是获取岩土体可靠力学参数的重要方法。以内蒙古白云鄂博西矿露天边坡为工程背景,提出一种改进的原位直剪试验装置,即通过将型钢用锚杆锚固于岩土体内为垂直液压千斤顶提供作用反力的方式替代堆载装置,开展矿区典型岩土体力学特性研究。结果表明:不同区域及类型的岩土体,其内聚力的偏差较内摩擦角更大;岩土体的微观构造及宏观结构显著地影响着岩土体力学特性与剪切面破坏形态;这种改进的原位直剪试验装置在实际操作中是切实可行的,可为矿区边坡稳定性计算分析提供重要的参考依据。

提高采矿工程本科生产实习效果对策分析

生产实习是采矿工程专业学生实践中最为重要的环节,该环节有助于提高学生的工程实践能力、有助于培养学生的专业意识与创新意识,由于各种因素的制约,实习效果与教学目标期望仍有一定差距。对采矿工程专业生产实习的现状及存在的主要问题进行了分析,针对提出的具体问题,提出了高校与企业合作、稳定实习教师队伍等改进措施,并进行了详细阐述。