西部典型生态脆弱矿区采损地表植被盖度演化规律与退化机制

生态本底脆弱的西部矿区已成为我国煤炭资源的主产区,采动影响下矿区生态环境日趋退化,其中最直观的体现就是对地表植被的影响。为揭示采矿扰动区地表植被变化状况,以枣泉煤矿为研究靶区,选取了10景连续的SentineL-1A雷达影像数据和93景SentineL-2A光学数据,基于小基线集差分干涉测量技术(SBAS-InSAR),结合一元线性回归分析和相关系数,研究了工作面开采过程中地表下沉特征,分析了工作面开采沉陷区与非沉陷区植被NDVI时序演化特征,评估了采矿扰动下矿区植被覆盖度时序演化趋势,并对采损植被退化机制进行了剖析。研究表明:2014—2021年枣泉矿区地表植被NDVI呈物候性周期变化趋势,矿区植被覆盖度总体呈改善状态;工作面开采当年地表植被开始出现退化,退化程度较低,在采后2~3 a退化最为明显,随后逐渐缓慢恢复,总体经历了轻微退化期、显著退化期以及逐渐恢复期等变化过程。土壤有机质、含水率是影响矿区植被发育的重要土壤理化性质因子,采矿扰动区地表下沉、裂缝发育引起有机质、全氮、全磷等地表土壤理化性质的改变以及采动影响下地下水位下降是造成工作面植被退化的重要原因,温度和降雨量也对矿区地表植被发育状态有重要的影响。研究成果为西部生态脆弱矿区采损植被生长状况的科学诊断、矿区植被修复时机的确定提供了理论与数据支撑。

碱渣改良矸石胶结充填材料力学性能试验研究

基于固废碱渣排放量大、处理成本高和污染环境的背景,探讨利用碱渣改良矸石胶结充填材料力学性能的可行性;通过测试碱渣基本物理力学特性,研究碱渣掺量和养护龄期对胶结充填材料力学性能的影响规律及其强度机理。结果表明:随着碱渣掺量在0%~12%范围内逐渐增大,充填体早期强度、中期强度和后期强度均呈现出先增强后降低规律;碱渣胶结充填材料的最佳配合比为碱渣∶粉煤灰∶石灰∶水泥∶矸石∶旧集料=6%∶34%∶10%∶2.5%∶24%∶23.5%,材料早期强度和后期强度增幅高达449%和187%;碱渣胶结充填材料料浆体系中C-S-H胶凝与N-A-S-H胶凝共存,N-A-S-H胶结性能更强,减少了孔隙的连通性,适量的碱渣掺量能够有效提高材料强度;碱渣制备胶结充填材料能够实现节能减排,其技术、经济与社会效益显著,具备良好的工程应用价值。

众维煤业绿色矿山建设思路及成效

绿色矿山就是坚持可持续发展战略,坚持科学发展观;走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、土地资源得到有效保护的现代化绿色矿井。论述了众维煤业历经7 a多的发展过程提出的以生态环境保护为目标的开采新模式,阐述了矿山绿色开采、生态保护、采空区环境治理、生活区污水处理、节能减排、矿井有毒有害气体的治理等可持续发展的一系列有效方法。

锦界煤矿浅埋煤层31112综采工作面矿压实测分析

为掌握工作面矿压显现规律与支架适应性,通过对锦界煤矿31号煤层31112工作面支架工作阻力的实测分析,揭示了锦界煤矿浅埋煤层综采工作面矿压显现规律,并分析了当前支架的适应性。结果表明,工作面基本顶周期来压较明显,来压步距16. 6 m,周期来压期间动载系数为1. 55;工作面中部较两端来压剧烈,且主要分布在30～150号支架之间。实测结果对同类条件工作面矿压显现规律研究与现场指导具有重要意义。

侧限压缩条件下矸石变形破碎规律及声发射特征研究

通过侧限压缩试验与声发射试验,对相同级配的泥岩、灰岩及砂岩3种岩性散体矸石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明:在加载初期,散体矸石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,并且在此阶段,不同岩性矸石在相同时间内的应变相同;根据岩石的应变特征及弹性模量变化特征将岩石的压缩变形过程划分为压缩阶段、强化阶段及稳定阶段,在应力水平足够大的情况下,较为软弱的散体矸石反而拥有更大的弹性模量;在不同阶段散体矸石的累计计数曲线及累计能量曲线均表现出不同的变化特征,在稳定阶段,砂岩的累计计数曲线表现为直线上升,砂岩的累计能量曲线及其余2种岩性的累计能量曲线及累计计数曲线均表现平稳缓慢增长,并逐渐趋于水平;压缩后,散体矸石的级配曲线表现出阶段性变化特征,并且强度越大的矸石,其大颗粒破碎越不充分。

水玻璃改性聚氨酯用作矸石黏结剂的性能研究

为了提高矸石聚氨酯充填材料的力学和热稳定性,采用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚丙二醇(PPG)为原料,添加水玻璃(硅酸钠的水溶液)及催化剂,通过一步混合法制备出了聚氨酯/硅酸钠复合黏结剂(P/S),通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对样品进行表征,探究了IPDI和PPG添加比例及水玻璃的添加量对复合黏结剂的固化时间和强度性能的影响.实验结果表明,当m_(IPDI)∶m_(PPG)为7∶3,水玻璃添加量为3 g时制备的复合黏结剂的固化时间最短,为11 min;当m_(IPDI)∶m_(PPG)为4∶1,水玻璃添加量为10 g时制备的材料硬度最大,为63.2 HD,与河南永城城郊矿泥岩煤矸石混合后制成试样的抗压强度为6.36 MPa.结合表征结果进行机理分析,推测水玻璃的添加导致聚氨酯分子中引入了水玻璃水解生成的硅醇键,形成了性能优异的硅氧键结构.

西部典型矿区采动地下水流场演变特征与工作面涌水控制技术

西部矿区煤炭资源大规模开采过程中,面临顶板水害威胁。本文以受直罗组巨厚砂岩含水层影响较大的枣泉煤矿为研究对象,构建了矿区含水层富水性评价模型,确定了矿区弱、较弱、中等、较强和强共5类富水性分区及矿区安全、预警、危险和非常危险共4类突水危险性分区;探究了富水性分区和开采方式对地下水流场演化规律及工作面涌水量的影响,提出了基于工作面涌水量控制的开采布局设计方法,并在枣泉煤矿130203工作面进行工程应用,验证了预测结果的准确性和工作面布局的合理性。研究结果为西部矿区井下防治水提供了理论指导,对井田顶板水害防治和水资源保护提供了科学的决策依据。

新型矸石聚合物材料制备及其性能分析

为了提高矸石聚氨酯充填材料的力学和热稳定性能,以蒙脱石为原料,分别以(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(KH550)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和KH550与CTAB联用为改性剂制备具有高活性的黏土,并采用原位插层聚合法制备合成聚氨酯/蒙脱石(PU/MMT)纳米复合材料。探究采用不同改性方法改性后的蒙脱石对矸石聚合物充填材料力学和热稳定性能的影响。采用傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和热重等分析手段研究了蒙脱石的层间距、蒙脱石的微观形貌和PU/MMT纳米复合材料的热稳定性,利用微机控制电液伺服压力机研究所制备样品的力学性能。结果表明:CTAB改性后使蒙脱石层间距增大,KH550改性对蒙脱石表面进行修饰,CTAB和KH550联合改性既可以增加蒙脱石层间距也起到对其表面进行修饰的作用;KH550和CTAB联用改性PU/MMT时,材料的抗压强度较PU提高了7倍,且材料的热稳定性有所提高,中心降解温度从410.73℃提高到411.16℃,残余量从9.146%上升到9.751%;矸石聚合物的抗压强度是700 kPa。

唐口煤矿千米深充填采煤工作面矿压显现规律研究

为了研究唐口煤矿9301千米深充填采煤工作面矿压显现规律,应用FlAC^(3D)数值模拟软件,模拟分析了不同开采深度、不同采煤方法和不同采空区充实率对深部充填工作面矿压显现规律的影响。结果表明:深部充填工作面矿压显现随采深的增加呈"整体增大,后期趋缓"的特点,采深为500～700m时,为快速增大阶段,采深为700～1100m时,为后期趋缓阶段;深部充填开采采场围岩位移变化和垂直应力分布变化幅度比深部垮落法开采时更小;当充实率大于80%时,深部充填工作面基本顶保持完整,有利于控制工作面覆岩移动和地表沉陷。现场实测数据与数值模拟结果基本吻合,验证了研究成果的可行性。