2012～2013年我国煤矿死亡事故统计分析

为了更深入地认识煤矿事故发生的特点和规律,从事故类型、发生时刻、月份、地理区域等方面,统计了2012-2013年间的煤矿事故发生数据,并利用数理统计方法进行分析。分析表明：煤矿事故中瓦斯事故最为严重;20：00-23：59、12：00-15：59左右是煤矿事故发生的高峰期,16：00-19：59单起事故死亡人数最多;贵州、湖南、云南事故发生频率较高,四川煤矿事故单起死亡人数较高;3、4、5月和9、10、11月是重大伤亡事故多发期。并在此基础上分析了事故发生的原因,提出预防对策,对提高煤矿安全生产具有现实意义。

浅埋采场上覆岩层孔隙率的时空分布特征

流场分布不均常造成采场上覆岩层瓦斯易富集、抽采区域难划分及采空区后方火灾难治理等问题,而上覆岩层在垮落期间的孔隙率分布特征是导致流场分布不均的主要因素之一。根据内蒙古某矿的浅埋煤层的地质资料,利用PFC2D(Particle Flow Code)的黏结颗粒模型(Bonded Particle Model,BPM),借助弹性模量(90组试验)、泊松比(90组试验)、抗压强度(80组试验)及抗拉强度(80组试验)与岩体细观参数之间的关系,建立浅埋煤层模型。对其初次来压期间的上覆岩层的破坏过程、破坏形态、及破坏范围进行了研究,记录并分析采场动态推进过程中,顶底板岩层垂直应力的动态演化特征及孔隙率演化规律。结果表明:利用PFC软件能够很好的模拟上覆岩层垮落过程,其结果与已应用成熟的FLAC模拟相符合。

火区下近距离煤层开采有害气体入侵灾害防控技术

火区下近距离煤层开采容易导致有害气体入侵灾害的产生,严重威胁着工作面的安全回采。陕西煤业化工集团孙家岔煤矿30110工作面上部采空区自然发火严重,虽然采取了注氮、堵漏风技术进行防治,但效果均不明显。针对此问题,利用PFC2D软件建立了火区下近距离煤层开采数值模型,对3号煤层开采过程中的裂隙变化进行动态追踪,结果证明了有害气体入侵灾害的产生并判断了灾害产生的时间节点,为灾害发生前的重点监测工作以及均压通风系统的应用提供了依据。为了防止有害气体的入侵并避免新鲜风流压入火区引发灾害的扩大,对30110工作面进行均压通风技术研究,将上部火区和下部工作面的气压差控制在一个安全的范围内。通过计算确定了均压通风系统试运行期间的安全压差为296 Pa,正常运行期工作面回风风窗压差安全调节区间为(118 Pa,166 Pa)。现场应用结果证明,均压通风技术能够有效地避免有害气体入侵灾害的发生,确保工作面的安全回采。

煤与瓦斯突出能量条件及突出强度影响因素分析

针对煤与瓦斯突出机制尚不明确的问题,在前人研究的基础上对煤与瓦斯突出强度的影响因素做进一步分析。通过三维突出模型的构建和不规则突出孔洞体积的求解,得出了突出煤体释放的弹性势能,结合突出过程中瓦斯内能和突出后能量的分析,得到煤与瓦斯突出发生的能量条件模型与突出强度预测模型。在统计10次瓦斯突出事故的基础上,运用能量条件模型与强度预测模型进行计算分析,得出突出前、后能量基本相等,突出强度预测值与统计值相差无几的结论,从而验证了该模型的合理性,为从能量角度进行煤与瓦斯突出的研究提供了量化手段。利用该能量条件模型进行了中梁山煤矿和化处煤矿突出实例的突出强度影响因素分析,结果表明,煤层的地应力和瓦斯含量是突出强度的主要影响因素,坚固性系数和进尺对突出强度的影响程度相对较小;突出强度对瓦斯含量变化的敏感度大于对地应力变化的敏感度。

基于CT三维重建的煤层气非达西渗流数值模拟

为了探究煤层气非达西渗流中各参数对渗流的影响,通过CT三维重建技术,建立了从现场采集到的6种煤样的真实模型。基于建立的真实模型,进行了在30种不同压力梯度下的煤层气渗流数值模拟试验。模拟试验结果表明:(1)在微观尺度下(<100μm),模拟得到的渗流速度与压力梯度符合Forchheimer高速非线性渗流规律;(2)渗透率随有效孔隙率的增长并不是绝对的,在有效孔隙率较大时会出现局部波折的情况,在相同压力梯度下,渗流速度总的趋势随有效孔隙率、渗透率、非达西系数的增大而增大;(3)非达西系数随着有效孔隙率和渗透率的增大而减小。幂函数拟合和多元回归分析结果表明有效孔隙率对非达西系数的影响最为显著,仅考虑有效孔隙率的经验公式可更加精确的估算非达西系数。由数值模拟结果得到的非达西经验常数为0.003 171,有效孔隙率幂次为-5.387 45。

基于颗粒流理论的煤与瓦斯突出数值模拟研究

针对煤与瓦斯突出机理的复杂性,基于颗粒流离散元理论,利用PFC3D(particle flow code)软件对煤体进行340组单轴压缩及巴西劈裂试验,建立了煤体宏观参数与颗粒流数值模拟所需细观参数之间的关系。基于寺河矿煤样单轴压缩和抗拉物理实验的实测宏观参数,推算出模拟煤与瓦斯突出所需的细观参数。在PFC3D流固耦合理论的基础上,利用PFC模拟软件进行了煤与瓦斯突出的数值模拟,再现了煤体的堆积过程。研究表明:在突出准备阶段,煤壁深部瓦斯压力较高,突出孔洞附近瓦斯压力梯度较高;发动及发展阶段,平衡状态被破坏,形成口小腔大的突出孔洞,破坏范围由巷道高度的中间位置向顶底板处扩展;在突出过程中,工作面前方煤体靠近煤壁的暴露面处的最大主应力向量逐渐偏离垂直方向,且应力向量连线形成一个凸向煤壁深部的圆弧。

白庄煤矿通风系统网络解算及优化调节

应用面向对象的思想,使用C++语言设计开发了基于Visual C++10.0集成开发平台的矿井通风网络解算软件。软件采用改进的斯考特-亨斯利算法。针对白庄煤矿多水平高阻通风困难的问题,提出4种优化方案,进行网络解算,确定最优方案及风机型号,对白庄煤矿通风系统进行了优化改造,有效地解决了通风系统存在的实际问题,对其他多水平高阻矿井的优化改造具有重要的借鉴意义和推广价值。

基于不同弹性本构方程的塑性区宽度及封孔长度研究

煤层注水是煤矿开采过程中重要的增透卸压手段,而封孔长度是影响注水压裂效果的一个关键因素。为了确定出合理的封孔长度,根据Lippmann煤层失稳基本理论,选取了6种不同的弹性区本构方程,引入非线性动态瓦斯压力分布的表达式,构建了含瓦斯煤层力学理论模型,得到煤层垂直、水平应力和塑性区宽度的解析式,之后结合高家堡的现场情况,对比分析6种弹性本构方程下的煤层应力分布曲线及塑性区宽度,并进行了现场封孔试验。结果表明:封孔长度在9.5 m时孔洞漏水量小、未出现异常现象,封孔效果良好,最终确定出了合理的封孔长度为9.5 m;相对于其他3种弹性本构方程,选取第i、v、vi种弹性本构方程对封孔长度进行理论计算分析,更加符合现场实际情况。

无籽西瓜嫁接育苗稀植多果栽培技术

无籽西瓜种子发芽率低，成苗率低，制种产量低．生产技术难度大。安徽省无子西瓜研究所成功地把无籽西瓜的破壳催芽、嫁接育苗、稀植高产三大难题融汇一体．创造出一套不整枝、不打权、1棵结瓜4～5个．667m2^栽200多棵、收获5000kg，连续重茬不死苗栽培技术。

渗透压—应力耦合作用下煤体常规三轴试验的颗粒流模拟

为了研究在渗透压-应力耦合作用下围压和瓦斯压力对煤体变形破坏规律的影响,借助PFC2D软件进行了340组抗压及抗拉试验模拟,建立了煤体宏观力学参数与细观参数之间的关系。利用平行黏结模型和推导得出的细观参数,对煤体进行了不同围压和瓦斯压力条件下常规三轴试验的颗粒流模拟,并将模拟结果与物理试验结果进行对比及误差分析,对煤体宏观力学参数的变化规律进行了总结。分析结果表明,经过推导得到的宏细观参数关系,可以控制模拟结果的误差在10%之内,能较好地模拟煤体的力学特征;围压增大时,煤体的抗压强度、残余强度及弹性模量呈增大趋势,泊松比以及煤体的破裂角度变小,与物理试验所得围压对煤体的刚度和强度起增强作用的结论一致;瓦斯压力的升高会导致煤体抗压强度,残余强度及弹性模量减小,泊松比以及煤体破裂角度变大,验证了物理试验中瓦斯压力对煤体强度具有劣化作用的结论。

基于颗粒流理论的上覆岩层裂隙演化规律研究

以孔庄煤矿典型工作面为例,采用离散元数值软件PFC(Particle Flow Code)对工作面回采过程中上下煤岩体冒落过程进行了模拟,分析了上覆煤岩体裂隙产生、发展的形成过程,得到了上覆煤岩裂隙演化规律及声发射事件数。研究结果表明,工作面回采后,上覆煤岩体内产生垮落带、断裂带和弯曲下沉层带,裂隙发育最大高度为67.42 m。上覆煤岩体裂隙在采空区上方约呈45°角发展,并随工作面的前进由下向上、由后往前依次演变。

基于能量平衡模型的煤与瓦斯突出影响因素的灵敏度分析

针对煤与瓦斯突出机制尚不明确、影响因素复杂的问题,在对煤与瓦斯突出的阶段特征和能量耗散规律分析的基础上,考虑到煤岩体应力场分布和突出孔洞特征,建立煤与瓦斯突出三维结构模型,并基于该模型引入围岩弹性潜能,并根据突出后煤体的堆积状态和断裂表面能,计算得出移动功和破碎功,从而构建突出能量条件模型和突出强度预测模型,并结合突出案例进行验证。同时在突出能量条件模型基础上,采用Morris筛选法对突出影响因素的灵敏度进行分析。研究结果表明:瓦斯内能是瓦斯突出的最主要能量来源,在突出过程中起主导作用,突出能量条件模型和强度预测模型的分析结果与实际突出案例偏差较小,可作为突出灾害的预测和分析依据;中梁山矿和化处矿的突出案例中,对于突出强度、瓦斯涌出量和突出能量,吨煤瓦斯含量为主导因素,灵敏度最大,其次是瓦斯扩散系数、瓦斯压力和孔隙率,而岩石的相关参数的灵敏度接近0。

基于Mohr-Coulomb准则的含瓦斯煤层巷帮侧塑性区宽度的探讨

基于Lippmann H煤层失稳的基本理论,考虑巷帮侧瓦斯压力分布及支护阻力的作用,运用Mohr-Coulomb准则建立了适用于顶底板为岩石的全煤巷的煤层平动突出模型,并得到了含瓦斯煤层整体失稳前应力分布、塑性区及扰动深度的解析式。结合某两矿区的实际生产情况,得到了其煤层应力分布曲线,验证了该模型的准确性。在煤层平动突出模型基础上,对塑性区宽度的影响因素进行了分析和探讨。结果表明:塑性区宽度受巷道宽度影响较小,其随着巷道高度的增加而不断增大;地应力和瓦斯压力越大,参与突出煤层的长度则越大;通过提高煤体强度和优化支护方式,能够降低煤层发生冲击失稳的危险。

矿井通风网络解算软件的改进研究与实现

应用面向对象的思想,使用C++语言设计开发了基于Visual C++10.0集成开发平台的矿井通风网络解算软件。软件采用改进的斯考特-亨斯利算法。编程实践表明,当回路重选次数为3,迭代次数为100,计算精度为0.001时,网络解算的收敛性与结果的正确性和程序的运行时间能够达到一个较好的平衡。提出了一种计算节点与树根距离的"节点标记法",丰富了网络解算算法。采用Automation技术管理原始数据和解算数据,减小了软件对数据库的依赖,使得原始数据和解算数据的处理简单化、批量化、自动化。