缓倾斜煤层斜梯形巷道沿空煤柱宽度及围岩控制研究

为探究缓倾斜煤层斜梯形沿空巷道煤柱留设尺寸合理值和留巷围岩控制技术,以任楼煤矿72510N工作面为工程背景,应用考虑煤层倾角的内外应力场理论、数值模拟和现场试验展开研究。理论计算确定72510N工作面内应力场的宽度为13.4 m,煤柱尺寸合理值应不大于8.4 m,结合模拟计算结果确定煤柱尺寸合理值为7 m。在分析控制缓倾斜煤层斜梯形沿空掘巷围岩变形难点的基础上,结合研究结果,提出采用非对称支护对围岩进行控制,支护方式为“高强锚杆+顶板高强长锚索+煤柱帮斜拉锚索+锚网”,并在现场进行了应用。现场试验结果表明,煤柱留设尺寸7 m及采用非对称支护技术沿空巷道围岩大变形可得到有效控制,实测顶板右中、顶板左中、煤柱、实体煤和底板测点在掘进期间观测最大位移量分别为121,105,96,90,82 mm,回采期间观测最大位移量分别为389,363,346,335,325 mm,满足了现场生产需求。

打造采矿工程专业新文化,构建人才培养新模式

华北科技学院采矿工程专业是学校成立之初设置最早的专业之一,采矿工程因应急而变革,立足国家能源发展需求,培养具备采矿专业技能和安全素养的应用型高级专门人才。研究认为需要通过一系列工作提高人才培养水平:按照培养目标的要求,通过四个方面的有机结合合理配置教学资源;培养方案、课程的持续改进方面注重课程体系的持续修订,教学环节的持续改进;强化教师队伍建设,注重中青年教师培养;注重学生培养工作,通过增强专业认同感,做好科技创新指导工作,做好职业规划指导与就业指导和毕业生跟踪反馈,做好人才培养模式的持续改进。

极近距离煤层叠加煤柱合理布留研究

沙曲二号矿井现有工作面煤柱布留方法严重制约着矿井安全高效回采,以沙曲二号矿井4#、5#煤为研究对象,采用理论分析和计算得出煤柱合理宽度;采用UDEC数值模拟,对极近距离煤层不同叠加煤柱结构关联巷道进行模拟确定5302轨道巷布置方式;采用工程试验对不同试验段进行现场矿压观测。研究结果表明:5302轨道巷前段合理煤柱宽度61.4 m,5302轨道巷后段合理煤柱宽度12.8 m;5302轨道巷前段采用小错距内错式布置方式,内错4302轨道巷5 m,5302轨道巷后段布置在距巷旁充填体12 m位置,条带煤柱对巷道围岩垂直应力影响较大,巷道顶板和两帮是围岩控制重点;5302工作面回采巷道顶底板移近量最大286 mm,两帮移近量最大95 mm,巷道支承压力在巷道掘出后逐渐趋于稳定,巷道围岩塑性区范围不大,巷道围岩控制效果较好。

无巷旁充填支护沿空留巷顶板断裂位置研究

针对葛泉矿1528工作面无巷旁充填沿空留巷顶板控制难题,通过建立煤层界面应力力学模型和留巷煤体塑性区演化数值模型对基本顶断裂位置进行了力学解析和数值计算,结合基本顶断裂位置影响因素关键性分析,提出了无巷旁充填沿空留巷强力切顶支架围岩控制技术。研究结果表明:距留巷煤壁2.4 m位置基本顶开始塑性破坏,且剪应力达到最大值,数值模拟结果与基于煤体弹塑性交汇位置计算得到的基本顶断裂位置基本吻合;基本顶断裂位置关键影响因素为煤层厚度、开采深度、煤层界面力学性质及应力集中系数;沿空留巷采空一侧由π型钢梁和单体液压支柱构成的强力切顶支架改变了基本顶的切落位置,卸压作用显著,保障了无巷旁充填沿空留巷的安全稳定,为地质生产条件相似矿井提供给了技术借鉴。

沿空煤巷过断层破碎带围岩控制技术研究

以钱营孜煤矿W3_(2)20机巷为工程背景,基于采空侧煤体内外应力场分布特征及护巷窄煤柱的极限平衡理论,结合矿井具体地质条件,确定窄煤柱合理留设宽度;采用FLAC^(3D)数值模拟软件分析相邻工作面回采及掘进沿空煤巷穿越断层破碎带条件下的不同剖面位置围岩应力分布状态和塑性破坏响应特征,明确窄煤柱沿空煤巷过断层破碎带围岩控制的难点与巷道支护对策,并针对性地提出“超前注浆加固+高强度高预应力锚杆+顶板补强长锚索+KTM4钢带+菱形钢筋网”联合支护技术。研究发现:基于理论计算与现场实际,确定缓倾斜中厚煤层沿空煤巷过断层破碎带护巷窄煤柱宽度留设的合理范围为5.2~7.1 m;模拟开挖沿空煤巷穿越断层时,巷道断面发生改变,应力发生较大调整,实体煤侧与煤柱侧不再有应力集中现象,煤柱受力极弱,煤巷围岩塑性破坏范围进一步扩大,巷道发生剧烈挤压变形。工程实践表明,支护完成36 d后巷道收敛变形趋于稳定,煤柱侧顶板、实体煤侧顶板、煤柱帮及实体煤帮最大变形量分别为66、62、59、47 mm,且本工作面回采期间,沿空煤巷整体变形量较小,没有影响工作面的正常回采,6 m窄煤柱和强力联合支护技术保证了沿空煤巷过断层破碎带围岩的稳定。

基于有限变形理论的大采高综放煤壁塑性区宽度研究

针对大采高综放面煤壁片帮控制难题,结合顶板岩梁弹塑性有限变形认识基础,综合现场调研、相似模拟、力学推导及算例分析等方法,得出顶板弹塑性有限变形约束条件下煤体垂直应力表达式,并采用直接配点法对煤壁前方塑性区宽度进行描绘。

中厚煤层窄煤柱沿空掘巷围岩稳定性研究

以恒源煤矿487工作面窄煤柱沿空掘巷为工程背景,基于该矿工程实况采用理论计算、数值模拟等手段综合确定487工作面回风巷最优护巷煤柱宽度为5m;基于数值模拟分析了487工作面回采后沿空掘巷超前段顶板、实体煤以及煤柱内围岩应力分布、围岩变形与塑形区演化特征,针对性提出了高强锚杆索组合非对称支护技术,并分析了巷道支护应力场的合理性。工程实践表明:工作面回采动压影响下沿空掘巷围岩剧烈扰动范围存在于超前工作面30m内,顶底板及两帮移近量最大分别为574mm、759mm;超前工作面30m后巷道围岩变形趋于稳定,顶底板及两帮移近量平均分别为190mm、315mm,5m护巷煤柱和高强锚杆索组合非对称支护技术有效控制了沿空掘巷围岩变形。

超音速气射流破煤机理及其影响因素研究

气射流破煤是高压气体经喷嘴加速,在空气中自由发展,最终冲击破煤的连续综合过程。基于空气动力学与岩石力学理论,利用气射流破煤的连续过程机理。制取4种不同强度的试块进行的气射流破煤影响因素研究,分析不同恒定条件下,高压气射流冲击形成的冲蚀坑深度和面积的影响。存在最优靶距为30mm、最优喷嘴规格为2.75Ma和3.5Ma以及冲蚀坑深度随着喷嘴入口压力的不断提高总体呈不断增大的趋势,冲蚀坑面积亦呈现随着喷嘴入口压力提升而增大的趋势。

深部高水平应力巷道协调控制技术研究

以朱集西煤矿11煤轨道大巷为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方法,结合现场实际条件,提出了“注浆加固与高强度高预应力锚杆及钻孔卸压相结合”的协调控制技术并在现场应用。结果表明,轨道大巷围岩变形受最大剪应力为主,对大巷围岩稳定性的影响从大到小为:构造应力、巷道埋深、支护密度、支护长度。将优化后的大巷加固方案进行数值模拟验证,大巷垂直应力最大为23.73 MPa,锚杆索受力明显降低,大巷帮部和底板的塑性区范围减小,进行钻孔卸压后,应力集中带转移至钻孔周围,最大应力降低为22.5 MPa,围岩稳定性较好。结合现场试验结果表明,所提出的修复加固方案能够有效地控制住围岩形变。

综放支架固液两相严重故障同步检测原理与应用

针对综放支架回采过程中固体构件损伤和液压系统泄漏导致的端面煤岩体冒顶片帮问题,综合现场调研、理论分析、模拟试验、现场应用实测等方法,结合共因失效计算模型,提出综放支架固液两相严重故障同步检测技术,系统研究了综放支架固体构件超声相控阵无损探伤原理和液压系统YHX型无损检测原理。综放支架固液两相严重故障同步检测技术在同忻煤矿8107综放面试验成功,故障检测维修后,端面冒顶片帮事故得到有效控制。

基于断面尺寸效应的矩形巷道围岩稳定性研究

为研究断面宽高比对矩形巷道表面位移、剪切方位和破坏模式的影响,采用理论建模分析、数值模拟计算和现场工程应用的研究方法,对不同最大主应力方向条件下断面宽高比对矩形巷道的围岩稳定性进行了系统研究。结果表明:最大主应力为水平应力时,较大宽高比有利于矩形巷道稳定性控制,巷道顶板剪切破坏范围和两帮变形量均较小;当自重应力成为最大主应力时,矩形巷道两帮剪切破坏程度较高,顶底板和两帮表面位移较大,较小宽高比更有利于巷道稳定性控制。针对沙曲矿最大主应力为水平应力的工程实践,对宽高比为1. 76的矩形巷道进行现场矿压观测,顶板最大下沉量134 mm,两帮最大相对移近量195 mm,围岩控制效果良好。

高瓦斯薄煤层采动裂隙演化规律及瓦斯抽采技术

为了研究高瓦斯薄煤层采动裂隙演化规律,以鸡西矿区杏花矿薄煤层现存在工作面瓦斯难排问题为研究对象,运用了理论计算分析及数值模拟相结合的研究手段,研究结果表明:薄煤层工作面顶板环形裂隙圈的宽度较小,且在采动过程中不能使上部亚关键层破断,致使亚关键层及以上岩层中不能发育贯通裂隙而富集瓦斯。因此该采动裂隙演化规律用于指导现场瓦斯抽采工程方案的设计,现场采取了顶板抽采巷道及高位近水平钻场结合抽采方案,大大降低了工作面及回风巷的瓦斯浓度,保证了安全的生产环境,提高了矿井生产能力。

特殊条件下巷道锚索支护结构与参数研究

现场采集五家沟矿5#煤层及顶板煤岩试样,实验室测定其力学参数。运用数值模拟方法,研究简式桁架锚索与单体锚索不同组合结构围岩控制效果,得出厚煤顶块裂煤巷简式桁架锚索关键支护参数。结合工程类比法设计5#煤层辅运大巷简式桁架锚索与单体锚索"交错布置"组合支护方案。实测顶底板相对移近量152 mm、两帮移近量125 mm,围岩控制效果良好。

基于尖点突变理论的大采高综放煤壁片帮机理研究

基于大采高综放工作面煤壁上方顶煤破坏特征和运移趋势,将煤壁简化为下部刚性固支、上端自由受压的等直细长压杆,通过压杆模型尖点突变标准势能函数的理论推演,得出大采高综放工作面煤壁片帮力学条件判据,明晰煤壁片帮控制关键技术措施。

悬臂式掘进机机载支护作业平台的研发与应用

为实现煤巷机械化快速掘进与架棚（U型钢）支护协调配套的技术要求,研发了悬臂式掘进机机载支护作业平台,确定了该作业平台总体结构方案及技术参数,作业平台采用＂分级控制,顺序伸缩＂的操纵方式,将人工架设顶梁升级为机械挑梁,缩短了架棚支护时间。该作业平台在林南仓矿煤巷掘进中进行了工业性试验,现场测试表明：作业平台与悬臂式掘进机配套使用,架棚支护时间缩短22.2%,掘进日进尺由原来的6.3~7.0 m增加到7.7~8.4 m,掘进进尺平均提高20%。

大采高综放面支架—围岩系统失稳的模糊事故树法研究

基于同忻矿大采高综放面支架—围岩系统失稳机理,探究影响综放面稳定性的因素,建立了大采高综放面支架—围岩系统失稳事故树;运用三角模糊函数和布尔代数法求出顶事件发生的模糊概率,评价系统的安全性;对基本事件的模糊重要度进行排序,从而确定导致综放面支架—围岩系统失稳的主要因素。

伪斜面刮板输送机防滑三维立体分析

针对担水沟煤业有限公司4101伪斜工作面刮板输送机普遍存在的下滑问题,通过惯性力解析解的推导、刮板输送机下滑趋势的判断和伪斜工作面三维立体模型的建立,求解出了伪斜工作面刮板输送机不下滑条件不等式。运用数学分析方法对刮板输送机不下滑条件不等式进行了深入的探讨,提出了伪斜工作面刮板输送机防滑的技术措施。

桁架锚索与单体锚索不同支护结构研究及应用

通过五家沟煤矿5203综放面开切眼顶板岩性分析,结合桁架锚索闭锁型支护结构的力学计算求解,研究顶板岩层中性轴位移规律及桁架锚索与单体锚索支护结构的区别。数值模拟确定5203特大断面开切眼桁架锚索支护关键参数,结合五家沟现场地质生产条件设计桁架锚索与单体锚索平行布置联合支护方案。研究及试验结果表明:①桁架锚索支护巷道,顶板岩梁中性轴位置整体下移,使顶板更大范围煤岩体处于三向压缩应力状态,改善了顶板岩梁力学特性,提高了顶板岩梁承载能力,支护结构更为合理;②单体锚索不能提供水平支护力,单独布置时支护范围有限,但适用于局部区域的加强支护;③桁架锚索与单体锚索平行布置可充分发挥两种支护结构自身的优点,总体支护结构更合理。

煤柱影响下被保护层开采应力演化特征数值模拟研究

为探究煤层群开采过程中,煤柱对被保护层开采应力演化特征的影响规律,以良村煤矿1801工作面为工程实际,应用FLAC3D应变-软化模型对煤柱影响下被保护层工作面开采时支承压力和三维应力的演化规律进行了数值模拟。研究结果表明:被保护层工作面除煤柱影响区之外整体处于卸压状态。支承压力演化规律与被保护层工作面开采进度紧密相关。当工作面推进位置处于煤柱影响区时,支承压力值突增至原岩应力的1.25倍,曲线呈快速上升态势。距离保护层的层位越高,垂直应力值越小,当层位距大于26m时,三维应力分布基本不再受煤柱的影响。煤柱影响下被保护层工作面范围可分为煤柱影响区、煤柱影响扩界区和卸压区,以此提出了瓦斯突出分区防治策略,在该工作面实施了高位穿层钻孔、采空区埋管瓦斯抽放、网状穿层钻孔和大直径卸压钻孔的综合措施,累计抽放瓦斯90余天,抽放瓦斯64805m3,效果检验指标均不超限,实现了安全回采。

奖励性期中测试对大学新生学习效果影响研究

为改善大学新生对新学习方式适应性,课题组采取了"奖励性期中测试+针对措施"组合方式,即抽取部分学生进行期中测试,根据测试结果采取针对性教育措施,经对比得出结论:奖励性期中测试有利于学习预警与教师针对性的指导,有利于学生自我定位并及时调整学习状态和学习方法。