GIS在矿山安全评价中的应用

地理信息系统(GIS)以地理空间数据库为基础,采用地理模型分析方法,实时提供多种空间和动态的地理信息,为管理决策提供强有力的技术支持。地理信息系统能够为煤矿企业的安全生产管理提供辅助决策支持,是矿山数字化的重要组成部分。利用GIS技术,根据煤矿井下灾害系统特征和分布特点,建立重大危险源管理系统对其进行管理,是实现煤矿安全生产的重要途径。

矿山应急救援系统

为有效控制煤矿灾害事故的进一步扩大,减少人员伤亡和财产损失.采用现场分析和软件开发的方法,根据"开滦集团国家级矿山应急救援基地"的实际需要,将网络地理信息系统(WebGIS)引入矿山救援中,利用MapGuide平台,结合应急救援流程开发完成了矿山应急救援管理指挥系统.结果表明:该系统能够分析处理大量现场数据,将实时监测的数据用于分析决策中,对井下危害程度进行评价;能及时启动应急救援程序,将应急救援流程化,从而有效控制危险源.该系统为有效实施应急救援提供了保障,具有重大的实际意义.

基于WebGIS的煤矿应急救援管理指挥系统研究

根据开滦集团国家级矿山应急救援基地的实际需要,将网络地理信息系统(WebGIS)引入到矿山救援中,并结合应急救援流程开发完成了煤矿应急救援管理指挥系统。介绍了系统的机构组成及相互关系,确定了系统的需求分析及功能要求,设计了系统的总体架构和每个子系统的功能,并依据系统功能设计了数据库。目前,系统已经在开滦应急救援基地实际运行,运行结果表明,该系统能够分析处理大量现场数据,为有效实施应急救援提供了保障。

注氮技术在鑫顺煤矿采空区防灭火中的应用

为了有效控制和扑灭井下采空区火灾,以注氮为主的防灭火是井下预防火灾和减少火灾事故损失的一种非常有价值和实用的技术。鑫顺煤矿针对综放工作面自然条件,通过合理选择注氮方法和工艺,制定操作规范和注氮技术要求,现场实施后有效抑制了工作面采空区煤炭自燃发火现象,对于开采自燃煤层煤矿火灾防治具有积极的推广价值。

下行通风在常村矿高瓦斯综采工作面的应用

针对常村矿N3-3高瓦斯缓倾斜煤层综采工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯超限等问题,分析了工作面瓦斯来源及运移规律,查明工作面上行通风时瓦斯治理效果差的原因,研究并实施了下行通风方式,配合顶板裂隙带高位钻孔抽采采空区瓦斯措施,提高了瓦斯治理效果,消除了工作面上隅角瓦斯超限,实现了工作面的安全高产高效。

物料运输托辊车装置设计及应用

井下运输是煤矿作业最重要的环节之一。随着矿井开采深度不断增加,矿压显现越来越明显,导致巷道底鼓和收敛变形、底板不平,大大增加了物料运输难度。为提升余吾煤业物料运输效率,降低安全隐患,设计了一套用于物料运输的托辊小车装置,车身结构能灵活变化,可满足井下多种运输工作、不同尺寸巷道的需要。井下实践应用结果表明,该运输托辊车性能稳定,有效提高了矿井物料运输效率。

三自由度卡轨车运输支架的设计与分析

煤矿井下采用卡轨车运输大型设备前,常采用经验目测和尺子测量的方法对运输通道进行验收,存在误差大、运输效率低等问题。文章提出了一种可根据实际使用需求对支架模型的高度、左右及前后长度进行调节的新型三自由度卡轨车运输支架结构。该装置主要由升降机构、移动杆和围栏架等组成,可模拟大型运输设备的实际尺寸。通过设计、制作卡轨车支架结构模型,用于运输路线实际检验,提高了卡轨车运输效率,减少了不必要的人力物力损耗,减少了运输事故。

用于胶带运输机的防飘带装置的设计及应用

胶带运输是煤巷掘进作业最重要的环节之一,随着开采深度的持续增加,地质条件越来越复杂,巷道坡度变化越来越大,加上矿压显现越来越严重,巷道底鼓和底板不平导致巷道起伏变化更加明显,胶带通过巷道低洼点时通常会在拉力作用下上飘和抖动,煤矸在通过飘带地点时极易从胶带上滑落,造成伤人事故,无形中也增加了二次清渣工作量。为了保证胶带运输作业的安全稳定性,设计了一种用于胶带运输机的防飘带装置,并在井下开展实践应用。结果表明,该飘带装置性能稳定,有效限制了变坡点胶带上飘,提高了起伏巷道胶带运输作业的安全性,减少了胶带上飘引起的胶带跑偏和撒煤,大大减少了二次清渣工作量,实现了减人提效。

倾斜煤层水力冲孔有效影响半径数值模拟研究

针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题,以某煤矿3号煤层为研究对象,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对倾斜煤层水力冲孔有效影响半径进行了数值模拟,研究了不同方向上的钻孔有效抽采半径。数值模拟结果表明:在冲孔作用下,抽采影响范围随抽采时间的增加而不断扩大,但扩展速度随时间下降;在冲孔卸压作用下,煤层渗透性大大增加,钻孔周边影响范围呈近似椭圆形分布;连续抽采90 d后,上部方向的影响半径为6 m左右,下部方向的影响半径为4 m左右,水平方向的影响半径为5 m左右;为了确保抽采达标,该煤层水力冲孔钻场横向钻孔布置间距设定为3.5 m左右,纵向钻孔布置间距为4.0 m左右。该研究结果对于优化水力冲孔工艺参数、指导抽采钻孔的准确布置、提升矿井的瓦斯治理效果具有重要的现实意义。

常村煤矿N3-3工作面裂隙带钻孔布置方法研究

以常村煤矿N3-3工作面为实验场地,结合理论分析和现场观测,建立类似材料模型,运用图像分析技术对N3-3工作面覆岩裂隙分布特征进行研究,并以此为依据进行裂隙带钻孔的布置。结果表明:只要掌握采动裂隙发育规律,确定瓦斯运移聚集区,就能够为钻孔抽放确定合理的布置参数提供依据,从而能够高效地抽取高浓度卸压瓦斯,保证煤矿的安全生产。

不同应力状态下钻孔孔周变形规律研究

采用COMSOL数值模拟软件,建立三维矩形巷道钻孔交叉模型,研究不同地应力影响下的钻孔孔周应力分布及位移随钻孔深度的变化情况。研究表明:通过分析不同地应力作用下钻孔孔周的Mises应力分布,得到钻孔的左右两侧受压应力,上下两侧受拉应力,呈现出'蝴蝶状'。通过数值模拟及现场试验表明,由于钻孔受到上覆岩层应力及巷道应力重分布的影响,在距离孔口0~20m的范围内即巷道宽度的2倍左右,极易产生钻孔破坏。通过对不同地应力作用下钻孔孔周的应力分布以及位移变化分析,钻孔孔周应力及位移随孔深增加呈现出较强的幂指数关系。

基于相似模拟实验的采动裂隙场演化规律研究

针对目前综放开采条件下对顶板岩移破坏时空演化规律研究不足的问题,采用相似模拟实验的方法对综放开采条件下覆岩移动和破坏机制以及采动裂隙分布规律和形态特征进行研究,结果表明:随工作面推进裂隙带逐渐地往上演化发展,而且当关键性岩层垮落断裂时,这种裂隙演化更为迅速;当工作面回采至240m时,离层裂隙趋于闭合,采动影响达到模型的顶部,裂隙带高度不再随着工作面推进距离的变化而改变。

超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术研究

为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,提出了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术,阐述了超大直径钻孔治理上隅角瓦斯技术原理,结合现场经验,得出了钻机操作注意事项,形成了超大直径钻孔施工工艺,并对影响钻孔施工的影响因素进行了分析和研究。现场施工结果表明:严格按照操作程序、施工工艺、控制施工影响因素后,钻孔成孔率从40%提高到89%,断钻杆率从60%降低到22.2%,钻孔终孔高度从平均1.6 m提升到3.0 m,极大提高了施工质量。

潞安矿区煤层气井产出水地球化学特征及意义

水文地球化学分析是研究煤层气富集条件及开采动力条件的重要方法。以沁水盆地中南段潞安矿区山西组3号煤煤层气井产出水为研究对象,开展了矿化度、H/O稳定同位素和主要离子浓度分布特征研究,结合区域构造展布特征及煤层气开发历史分析了区内煤层气开发优选区。结果表明:(1)潞安矿区分布有3个高矿化度区(五阳井田、余吾西南部、高河北部–古城井田),地下水平均矿化度2000~3200 mg/L;1个低矿化度区域(常村井田和余吾井田中东部),地下水平均矿化度1500 mg/L。(2)煤层产出水中的δD和δ^(18)O值均落在该区大气降水线附近,表明该区各含水层均有来自大气降水的补给,且煤层中的水主要来源于大气降水。(3)潞安矿区地表水从东部太行山裸露岩层区向下运移至含煤地层和下部奥陶系含水层,而后在灰岩系中向东出露地表,补给辛安泉域。研究区内两条区域断层文王山断层和二岗山断层是开放性导水断层,为地下水运移提供了通道,其展布特征决定了地下水的基本流动规律,其控制区域内的煤层气含量较低;地下水在挤压性断层中华–安昌断层附近、天仓向斜和许村向斜轴部相对滞流,矿化度较高,是煤层气富集区,也是潞安矿区煤层气开发的优选区。

高瓦斯矿井瓦斯抽采钻孔定向钻进技术研究

瓦斯抽采是解决我国煤矿瓦斯灾害的关键,而瓦斯抽采钻孔的定向钻进是影响抽采效果的决定性因素之一。采用YHD1-1000型随钻测量系统对余吾煤业N1105工作面回风巷瓦斯抽采钻孔进行现场测试,对测试钻孔轨迹进行分析,得出在定向钻进全过程中,需要钻孔轨迹仪随时掌握钻孔的钻进方向,并通过钻机来及时调整,以保证施工钻孔的方向。为抽采钻孔的轴向瓦斯运移规律研究、煤层地质状况和抽采方法研究提供理论和现实依据。

基于FLAC^(3D)的瓦斯抽采半径数值模拟方法研究

随着高瓦斯矿井开采深度的加深,抽采任务日益加重,传统的瓦斯抽采半径测试方法步骤繁琐、耗时长,已经满足不了要求,寻找一种快速测试抽采半径的方法具有重要意义。利用瓦斯在煤层裂隙结构中的流动规律建立钻孔瓦斯径向不稳定流动微分方程,并建立数值模型模拟煤层抽采钻孔周围瓦斯压力分布,最后通过余吾煤业现场实测进行模拟结果验证。结果表明:利用计算机软件FLAC3D确定抽采半径的方法具有方便、快速和准确的特点,对快速测定抽采半径和合理布置钻孔具有重要意义。

地面井预抽瓦斯应力-渗流耦合数值模拟研究

基于弹性力学、渗流力学等理论,建立了地面井预抽瓦斯应力-渗流耦合模型,在此基础上结合工程实例,分析了地应力对瓦斯抽采效果的影响。计算结果表明:在地面井抽采作用下,煤层瓦斯压力不断减小,且地应力越大,瓦斯压力下降速度越慢;随着抽采的持续进行,造成煤体的有效应力增加和渗透率降低,同时由于瓦斯解吸,煤层孔裂隙重新变大和渗透率增加,2种效应共同作用下煤层渗透率总体呈现非线性增加趋势;地应力对地面井抽采效率影响显著,两者呈现负相关关系,即随着地应力的增加,煤层中的基质孔隙率下降和裂隙趋于闭合,造成煤层渗透性下降,最终导致了瓦斯抽采量的下降。

综放工作面高抽巷抽采瓦斯布置层位研究

高抽巷现已被广泛用于治理工作面采动裂隙带及采空区瓦斯,而现场实际实施存在一定经验性,影响了高抽巷的瓦斯治理效果。针对现场高抽巷抽采流量低、工作面瓦斯易超限等问题,为提高高抽巷的瓦斯抽采效果,以余吾煤业为例,通过理论计算、现场考察、数值模拟、抽采效果分析,系统地研究了综放面高抽巷抽采瓦斯的布置层位。研究结果表明:综放面顶板冒落带高度约为18 m,裂隙带高度约为40 m,同时结合现场抽采效果分析,高抽巷宜布置在距煤层顶板40 m,与回风顺槽平距30 m处。研究结论对于综放面高抽巷的合理布置、提高瓦斯抽采效果具有一定的借鉴意义。

高瓦斯综采工作面沿空留巷充填体宽度优化

针对潞安余吾矿区巷旁充填体的沿空留巷现场充填宽度不足,导致巷道稳定性得不到保证且巷道变形较大的问题,理论分析了综放尾巷留巷巷旁充填体的受力特点和变形特征,并利用FLAC^(3D)对沿空留巷期内围岩变形特征进行数值模拟,确定了巷旁充填体的最优充填宽度。结果表明:巷旁充填体对巷道围岩的作用具有在短时间内可达到高强度、高阻力状态,并具备上佳的变形性能,从而实现非采煤帮、充填体和冒落矸石共同承但围岩压力;巷旁充填体宽度取值为1.5 m时,此时充填体宽度无应力集中向少应力集中的过度,峰值应力变化最为明显从8.3MPa增加到12.6 MPa,在此情况下,巷道围岩变形量较小,观测点实测结果显示,顶底板移近量分别为331.3 mm和280.7 mm,两帮移近量分别为225.4 mm和171.7 mm,巷道围岩变形主要以顶板下沉为主,沿空留巷段巷旁支护基本满足围岩控制要求。

瓦斯抽采过程中煤体变形演化规律实验研究

利用自行研究开发的应力场瓦斯抽采实验平台,观察分析了地应力和抽采位置两大因素在煤层瓦斯抽采过程中对煤体变形的影响,得到了实验模型中与抽采位置不同距离的各部分煤体在时间和空间上的演化规律。结果表明：瓦斯抽采过程中煤体变形经历剧烈、减慢、趋缓三个阶段;煤体变形量大小受抽采位置和地应力综合影响,当所受地应力相差较大时,煤体变形量受地应力大小所决定,当所受地应力相差不大时,煤体变形量由距抽采位置的远近所决定;钻孔抽采后期由于煤体变形量较大,抽采效果较差,需要进行增透来增加瓦斯抽采量。