弱固结地层特厚煤层综放开采覆岩破坏及水害防控研究

为解决多重含水层下弱固结特厚煤层水害防治问题,本文采用类比分析法、数值模拟法和相似模拟法,研究了灵东煤矿采空区下Ⅱ3特厚煤层顶分层开采的覆岩破坏特征,分析了导水裂缝带发育特征,提出了“物探+钻探”的方式提前疏放导水裂缝带内含水层的控水采煤方法。研究结果表明,位于Ⅱ3特厚煤层上覆的Ⅱ2特厚煤层回采时,覆岩破坏呈现“阶梯式”垮塌特征,Ⅱ3特厚煤层顶分层回采时,在工作面初次来压后,覆岩呈现出与Ⅱ2-1煤层层间岩层同步协调弯曲下沉的现象;预计导水裂缝带未波及Ⅱ2-1煤层采空区,采用“音频电透视+瞬变电磁”探测得出一含、二含(1)的采空区的富水异常区,重点针对富水异常区进行钻孔探测,兼顾非富水异常区,最终实现了首采工作面的安全回采。

“释水—断面流”法在矿井涌水量预测中的应用——以鄂尔多斯盆地南缘核桃峪煤矿为例

我国煤炭生产重点逐步西移,西部鄂尔多斯盆地地区既面临水资源短缺问题,又面临严重的矿井水害威胁。在煤矿采掘过程中,能够精准、动态预测矿井涌水量,是预防矿井涌(突)水事故的关键。目前,煤矿最常用的一些矿井涌水量预测方法,如水均衡法、解析法、相关分析法、水文地质比拟法等,因其局限性导致预测误差较大。在前期研究发现,矿井涌水通常由冒裂二元结构体自身释水与其四周外侧边界对称断面释水叠加而成,释水(冒裂含水层自然疏干)持续时间相对较短,随顶板冒裂周期性发生,是间歇性的;边界过水断面汇(渗)水通常是持续的。核桃峪煤矿8号煤开采导水裂隙带直接向上发育能够导通洛河组下段含水层而导致承压水涌入矿井,成为矿井涌水主要威胁。为了精准、动态预测其矿井涌水量,基于前期研究推导的矿井涌水量预测“释水-断面流”公式,充分考虑矿井采掘以及顶板覆岩移动特征,根据顶板岩层冒裂规律对鄂尔多斯盆地南部核桃峪煤矿矿井涌水量进行动态预测。预测结果与实测涌水量相比,其相对误差为11%~23%,较传统解析法的计算精度显著提高。研究成果可为工作面回采过程中不同阶段矿井涌水量的动态预测提供方法基础,为矿井防治水工作开展和合理配备防排水设施提供依据。

煤矿瓦斯抽采巷小直径TBM转弯位姿控制研究与应用

当前TBM在隧道岩巷中转向仍需依靠驾驶员人为控制转角,常常导致隧道岩巷超挖、欠挖,严重时会导致TBM卡机。针对小直径(直径小于6 m)TBM在煤矿瓦斯抽采巷中的转弯与位姿调控问题,提出了一种TBM位姿控制方法,通过AMESim仿真平台与ADAMS动力学软件搭建了TBM推进系统的联合仿真模型,结合参数化表征抽采巷的设计轴线对推进系统使用主从控制方法,以刀盘的倾覆角与横摆角为参变量设计PID控制器,实现对刀盘位姿的实时控制。通过仿真分析验证了该位姿控制方法的有效性,该方法能够较好地解决小直径TBM在煤矿瓦斯抽采巷的转弯位姿控制问题。

孔隙砂岩电动化学注浆试验研究

鄂尔多斯盆地南部诸多百万吨以上矿井,主采煤层为侏罗系延安组。由于煤层厚度大,煤层导水裂隙带高度导通了煤层上覆巨厚白垩系洛河组砂岩孔隙裂隙含水层,造成矿井涌水量巨大,严重威胁矿井生产。为了对厚层顶板水进行有效控制,该地区开展了一系列顶板注浆堵水工程试验,但由于常规水泥注浆仅对较大裂隙填充效果明显,因此开发了电化学注浆试验加强对砂岩中微细孔隙裂隙的封堵效果。选取宁正矿区洛河组砂岩作为研究对象,利用河沙及水泥根据洛河组岩石类型比例制作了砂岩模型材料,采用CaCl_(2)和Na_(2)SiO_(3)浆液在砂岩模型材料中进行了2组电动化学注浆试验,浆液在阴极注入,各次注浆采用的电压均为40 V,浆液注入速度保持恒速,约10 mL/min,试验运行时间均超过了2 h。该试验验证了电动化学注浆在裂隙孔隙砂岩中的可行性。研究发现:相比胶体态的Na_(2)SiO_(3)浆液,溶液态的CaCl_(2)浆液更适宜应用在孔隙砂岩电动化学注浆过程中;CaCl_(2)溶液中的Ca^(2+)离子在电场作用下迁移发生化学反应,在砂岩微细孔隙中形成了胶体;单位体积CaCl_(2)溶液注浆需要的能耗为0.09(kW·h)/L;金属电极在注浆过程中损耗严重,且会对含水层造成Fe污染,未来需针对如何选择环境友好且损耗较小的电极开展研究。

等值反磁通瞬变电磁法在煤矿水文地质勘查中的应用

为了研究煤矿地下煤系地层与含水层之间的水力联系,以甘肃庆阳宁正矿区为例,根据主采煤层底板平均埋深在700~1000 m之间、顶板洛河组地层为主要的含水层、地质构造发育程度中等的条件,在分析研究煤矿地质及物性特征的基础上,选用等值反磁通瞬变电磁勘探法替代常规瞬变电磁法,根据电性值差异推断出断裂或地质体边界构造,判断其相互间的水力联系,最终圈定煤系地层与洛河组含水层之间的含(导)水通道,并通过钻孔验证其有效性。

综掘工作面粉尘分布规律及通风除尘优化研究

为了确定通风方式对综掘工作面粉尘分布的影响,并探究综掘工作面不同通风方式下的降尘效果,以隆德煤矿209综掘工作面为研究对象,利用FLUENT软件模拟压入式通风方式下巷道中粉尘分布情况以及抽、压组合式通风方式下粉尘分布规律及降尘效果,并通过现场实测验证数值模拟的准确性。分析结果表明:压入式通风方式下工作面巷道中粉尘污染严重,粉尘影响区域较大且沉降缓慢;模拟结果与现场实测粉尘浓度变化规律基本相同,验证了数值模拟结果的可靠性,进而说明了建立的数学模型及其参数设置的合理性;通过对比长压短抽式及短压长抽式通风方式的降尘效果得出,压风筒出风口距离工作面5m的长压短抽式通风方法降尘效果最好,粉尘浓度可快速降低至6mg/m^3以下。

韦伯-费希纳定律在含水层富水性评价中的应用

将韦伯-费希纳定律用于含水层富水性评价中,以"富水性指数法"所提出的影响含水层富水性的指标体系为基础,根据韦伯-费希纳定律的基本原理,构建出新型含水层富水性评价的模型,并以某矿煤层含水层为例进行分析研究。

断层容量维在华北型煤矿底板突水中的应用

为解决断层量化的难题,提高底板突水评价的精准度,把分形分维思想引入断层量化中,并以典型的华北型煤田为例进行分析研究,结果表明,断层容量维很好地反映了断层的客观存在以及给底板突水所带来的影响,预测结果与突水点的拟合较好。

灰色聚类法在同里古镇水质评价中的应用

在论述灰色聚类法基本原理的基础上,根据2012年3—8月同里古镇4个监测点水质的监测结果,选取COD、COD_(Mn)、BOD_5、TP、TN和NH_3-H等6个指标,利用灰色聚类法对其水质进行评价.结果表明:同里古镇4个监测断面的水质等级全部为Ⅴ级,水质较差;与模糊综合评判法所得结果一致,但是经过实例分析发现灰色聚类法的评价结果综合了所有参数对水质的影响,而且考虑了系统的灰色性和白化程度,评价结果比较合理、客观.

基于组合赋权法的煤层顶板突水危险性评价

传统的富水性评价中往往采用单一的赋权方法,为准确评价煤层顶板直接充水含水层的突水危险性,提出了一种组合赋权法。首先,在充分分析矿井水文地质资料的基础上,选取岩芯采取率、渗透系数、含水层厚度、脆塑性岩厚度比、砂泥岩互层特征作为富水性评价指标,通过拉格朗日乘子法将层次分析法与熵权法得到的各评价指标权重进行优化组合,得到其组合权重,引入富水性指数法构建基于组合赋权法的富水性评价模型;其次,根据类比法和相似材料模拟法综合确定导水裂隙带发育高度;最后,借助ArcGIS平台将研究区煤层顶板突水危险性划分为危险区、过渡区和安全区。结果表明:研究区大部分为危险区,过渡区和安全区分布范围较小。根据煤层顶板突水危险性分区图,提出了“疏危、监过、采安”的总体控水原则,为今后煤层顶板直接充水含水层的水害防治提供了新思路。

熵权-双基点法在矿区地表水评价中的应用

为了更好地了解矿区地表水质的变化情况,把双基点思想引入到水质评价中,根据水质评价基础指标体系以及结合研究区的实际情况,筛选出最能反映矿区地表水质状况的代表性水质评价指标,并以宜昌市夷陵矿区为例进行分析研究,选取总磷、化学耗氧量、硫化物、氯化物和矿化度五个最能反映水质状况的水质评价指标,应用熵权-双基点法,建立夷陵矿区地表水水质评价模型,最后得出肖家沟河水质最好,店子河、万家沟河和粟林河水质依次降低,万家沟与西冲交汇处的水质最差.通过对比夷陵矿区地表水质评价结果和矿区地表水实际情况,结果表明,运用熵权-双基点法所得到的水质评价结果与矿区地表水实际情况相吻合,而且此方法简单,排除了人为因素的干扰,评价结果更加精准.

灰色聚类法在地下水水质评价中的应用

在论述灰色聚类法基本原理的基础上,以宁夏中卫美利纸业工业园区为例,选取TDS、COD_(Mn)、Fe、挥发酚、NO_2—H、NH_3—N等6个主要因素作为水质评价指标,运用灰色聚类法得到4个监测井水质的评价结果,结果表明:4个监测井的水质等级全部处于Ⅲ级以上.并对比运用模糊综合评价法所得的地下水水质评价结果,表明运用灰色聚类法所得到的水质评价结果与运用模糊综合评价法所得的评价结果基本一致,而且经过实例分析发现灰色聚类法的评价结果综合了所有参数对水质的影响,而且考虑了系统的灰色性和白化程度以及各污染因子的综合影响而进行聚类加权,其权重的确定方法比较合理,客观.

基于AHP-CRITIC-TOPSIS法的含水层富水性评价模型

为了准确评价含水层富水性,解决传统评价方法单一赋权及权重分配不均的问题,降低评价过程中人为因素的干扰,提出一种基于AHP-CRITIC-TOPSIS法的富水性评价模型。以新庄煤矿先期开采地段含水层为例,在考虑矿井资料与含水层富水性影响因素基础上,选取单位涌水量、含水层厚度、岩芯采取率、脆塑性岩厚度比、渗透系数作为评价指标,利用CRITIC法与AHP法分别得到评价指标权重,运用拉格朗日乘子法进行优化组合得到耦合权重,进而结合TOPSIS法得到含水层的富水性系数值,最后借助ArcGIS软件绘制研究区含水层富水性分区图。结果表明:研究区中部富水性最强,向两侧逐渐变弱,评价结果与实际情况相符,采用AHP-CRITIC-TOPSIS法评价含水层富水性是可行的。

灰色聚类法在地表水环境评价中的应用

以夷陵矿区地表水为例,选取总磷、化学耗氧量、硫化物、氯化物和矿化度五个指标,运用灰色聚类法对夷陵矿区地表水水质进行综合评价。结果表明肖家河和店子河的水质等级为Ⅰ型,西岔河的水质等级为Ⅱ型。通过对比夷陵矿区地表水质评价结果和矿区地表水实际情况,运用灰色聚类法所得到的水质评价结果与矿区地表水实际情况相吻合。通过实例分析发现灰色聚类法的评价结果综合了所有参数对水质的影响,而且考虑了系统的灰色性和白化程度以及各污染因子的综合影响而进行聚类加权,其权重的确定方法比较合理,客观。

基于GIS和层次分析法的岩溶塌陷危险性预测评价

在充分论述GIS和层次分析法(AHP)原理的基础上,以北京奥林匹克公园为例,选取岩溶含水层富水性、第四系结构、第四系厚度、溶洞发育程度、地下水位与基岩的距离等5个主要因素作为岩溶塌陷危险性评价的指标,建立岩溶塌陷危险性评价模型.研究结果表明:基于GIS和AHP的危险性指数法的岩溶塌陷预测结果与实际情况相吻合.

低温氧化过程中氧浓度对煤体自由基反应特性的影响

为了探究矿井采空区不同氧浓度对煤低温氧化过程的微观特性影响规律,利用自主搭建的煤体低温氧化模拟实验系统模拟煤体在采空区不同深度下的自然氧化状态;基于电子自旋共振波谱仪(ESR)技术,分析不同氧浓度下煤低温氧化过程中自由基变化规律,并测定了煤体氧化过程中气相产物的释放规律。结果表明:在温度节点130℃左右,由缓慢变化转为快速变化,煤体由缓慢氧化进入快速氧化阶段,但g因子在2.001 41~2.002 034,变化不大;随着氧气浓度的升高,各参数随氧化温度的变化趋势不变,但整体变化量逐渐增大;当氧浓度≤9%时,在低温阶段,自由基反应较慢,CO产生也出现了明显的滞后;当氧浓度>9%,煤氧复合几率变大,温度的提高更容易激发自由基反应,CO浓度呈指数增长。

钢材销售渠道建设的探讨

当前我国钢铁企业处于高成本、低盈利水平的运行状态，钢铁企业只有通过调整产品结构、节能减排、加强管理、对标挖潜等方式来实现经济效益提高。因此，开拓建设钢铁产品的销售渠道，成为提高适应市场能力重要一环。本文从目前我国钢铁企业产品销售模式着手，提出钢铁企业应着力建设钢材现货直销渠道、密切与终端用户联系。

曙光煤矿2号煤自燃氧化气体指标实验研究

采用程序升温方法分析不同粒径实验煤样在自燃氧化过程中的气体发生发展规律,从而确定自然堆积松散煤体(由不同粒径组成)的自燃气体指标及其临界值,为建立曙光煤矿2号煤层采空区遗煤自然发火的预测预报气体指标体系提供实验依据。实验结果表明:CO气体的出现显示煤体进入自燃氧化状态,当温度超过80℃后,CO浓度呈现指数型增长,且粒径越小CO浓度越大;C_(2)H_(4)、C_(3)H_(8)气体的出现可以作为煤体进入到快速氧化阶段的重要判定指标,CO/CO_(2)、C_(2)H_(4)/CH_(4)值可以作为煤自燃高温阶段的辅助判定指标,研究结果为曙光煤矿2号煤层采空区遗煤自燃氧化状态的预测预报及主动防控提供了理论依据。

半固结砂岩含水层下多煤层重复采动突水溃砂危险性分析

针对半固结砂岩含水层下的多煤层安全开采问题,分析了多重含水层分布特点、半固结砂岩力学参数,研究了多重煤层重复采动覆岩破坏高度,给出了相应安全煤岩柱的留设尺寸,分析了多煤层采动影响受多重含水层的充水溃砂影响。从导水通道、含水层水压力、工作面排水能力3个方面出发,提出“采前疏降、顶疏结合、疏采相辅”的控水采煤技术。研究发现半固结砂岩弱化了导水裂缝带发育程度,重复采动过程中导水裂缝逐渐波及Ⅱ2a煤层采空区,即Ⅱ3煤层顶板含水层水、Ⅱ2a煤层采空区积水对工作面开采具有充水溃砂影响,一含与二含对工作面开采具有充水影响。

熵权-双基点法在地表水水质变化评价中的应用

如何准确地评价地表水水体质量日益成为学科研究热点.利用水质评价基础指标体系,结合评价地区的实际情况,筛选出具有实际代表性的水质评价指标,应用熵权-双基点法,建立起评价模型,根据计算得到的权重来评价水质变化状况.客观计算所得的权值,排除了人为因素的干扰,从而使最终评价结果更加精准.最后运用上述评价模型,对太子河辽阳段中3个断面所测得的水质数据进行分析,并把所得结果与实际水质情况进行对比,验证了该评价模型的合理性及精准性.