声悬浮高温小球轴向稳定性研究

针对驻波声悬浮高温小球的轴向稳定性,建立了声−热−流−重力场耦合的物理模型,采用有限元方法计算了高温小球周围空间的不均匀温度场和声场,分析了驻波声场中直径2 mm的氮化硅小球在300~2000 K温度区间的轴向悬浮稳定性,并通过常温下声悬浮实验验证了仿真模型的准确性。结果表明在初始悬浮间距满足谐振并保持不变的条件下,随着悬浮小球的温度升高,小球的平衡位置降低,并且存在能保持稳定悬浮状态的温度最大值。在小球升温的过程中,通过反馈调节发射端−反射端间距和发射端激励电压,可以在一定程度上保持高温小球的轴向悬浮稳定性。

覆岩采动裂隙空间形态反演方法及在瓦斯抽采中的应用

如何实现工作面采空区瓦斯的高效抽采一直是煤矿安全领域亟待解决的重要难题。覆岩采动裂隙作为采空区瓦斯储运的主要空间,其演化过程与覆岩运动密切相关。通过掌握采动覆岩运动演化特征,反演出覆岩采动裂隙空间形态,从而提出精准的瓦斯抽采技术方案,是解决上述难题的根本途径。为此,结合山西某矿深部高强度开采条件,采用地面钻孔全柱状原位监测方法,研究了工作面开采过程中覆岩运动的演化过程,揭示了覆岩关键层运动的分段特征;在此基础上,反演得到了覆岩采动裂隙空间形态发育特征,即采动覆岩瓦斯卸压运移“三带”、“O”形圈裂隙区、覆岩移动“横三区”的具体范围,提出了包括钻孔布置层位、伸入工作面水平距离和抽采最优时段的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术方案。试验结果表明,深部开采条件下覆岩运动经历了煤壁支撑影响阶段、低位岩层破断运动阶段、破断覆岩快速回转阶段、上部覆岩向下重新压实阶段、采动影响衰减的整体运动平稳阶段等变化过程,其中,在低位岩层破断运动阶段和破断覆岩快速回转阶段内,覆岩的离层空间与破断裂隙快速发育并相互贯通而形成导气裂隙带,为采空区瓦斯的聚集与运移提供了空间,是抽采采空区瓦斯的有利时机;基于采动裂隙空间形态反演的顶板定向长钻孔抽采瓦斯技术,使工作面采空区瓦斯抽采率平均提高了57.5%,有效保障了工作面的安全开采。

矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术进展及应用

覆岩内部岩移原位监测技术具备适应深井高承压水特厚煤层开采复杂地质条件、多层位动态监测、高精度远程实时在线传输等技术特点,可为矿山企业开展顶板灾害防控提供有效的数据支撑。从煤炭开采应用实践背景出发,系统回顾了采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展历程、技术进展和应用效果。结合我国矿压理论及岩移监测技术发展历史,全面介绍了矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的重要阶段,阐述了该技术在多维实时协同监测、无人在线监测和深部岩移监测3个方面所取得的理论创新与技术突破。结合补连塔煤矿、同忻煤矿、高家堡煤矿等矿井监测工程实例,展示了采动覆岩内部岩移原位监测技术在实际工程应用中的有效性,并探讨了该技术在不同类型矿区、不同研究领域的应用前景。指出矿山采动覆岩内部岩移原位监测技术的发展趋势为精确化、智能化和集成化,即通过优化传感器性能和布置方案等提高监测精度和准确性,利用人工智能、大数据和物联网技术实现自动化分析和预测,将原位监测技术与其他技术相结合以形成完整的监测系统。

煤矿全生命周期绿色开采研究展望

煤矿绿色开采理念提出20 a来,理论研究与技术实践取得了重大创新进展,但在精确量化预测、提效降本控制等方面与生产实际需求仍然存在差距。阐述了煤矿全生命周期绿色开采技术框架,提出了煤矿绿色开采需要深入研究的若干方向和建议。在基础理论方面,应遵循关键层理论的“全地层”学术思想,深入研究采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层移动的影响,建立自下而上涵盖煤层直至地表的全地层移动时空动态模型,实现采动应力、裂隙与沉陷的定量预测,最终形成不同地质开采条件下岩层移动的数字孪生模型。在技术方面,需充分利用岩层移动规律,研究发展适应煤矿高效生产的低成本绿色开采技术,具体而言,重点攻关方向之一是“一注五减”绿色开采解决方案,针对绿色开采中采动损害控制领域面临的煤矿充填材料不足问题与“双碳”目标,研发“煤矸石+粉煤灰+CO_(2)”覆岩隔离注浆充填绿色开采技术,实现减沉(减少地表沉陷)、减漏(减少地下水漏失)、减震(减少应力集中与矿震)、减排(减少固废排放)、减碳(减少CO_(2)排放)等“五减”绿色开采效果。另一个需要重点攻关的方向是采动破坏含水层的修复技术,特别是在西部生态脆弱矿区(尤其是浅埋煤层),需给予充分重视,建议借鉴采后土地复垦,通过相关技术与标准研究将含水层修复列为必备环节,进一步落实全生命周期绿色开采。

松散承压含水层水位变化与顶板来压的联动效应及其应用研究

结合祁东煤矿松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治问题,开展松散承压含水层水位变化与顶板来压联动效应的实测与实验研究。结果表明:松散承压含水层水位下降超前于工作面压架突水,且水位下降速度基本保持不变。水位下降幅度和下降速度与工作面来压强烈程度密切相关,水位下降幅度和下降速度越大,工作面来压越强烈,压架突水危险性越大。覆岩关键层的不同破断运动形态是导致水位变化与顶板来压存在上述联动效应的主要原因。当关键层逐层破断时,覆岩缓慢回转下沉,水位降幅和降速较小,不会发生压架突水灾害;而当关键层复合破断时,关键层结构易产生滑落失稳,短时间内大量采空体积传至基岩顶界面,水位出现大幅度快速下降,存在压架突水危险性。利用松散承压含水层水位变化与顶板来压的联动效应,提出将水位下降速度作为预警指标对压架突水灾害进行预警的方法,并基于地下水动力学原理导出工作面压架突水时的水位降速临界预警值计算公式,指导祁东煤矿6130工作面压架突水灾害防治实践。

走向煤柱对近距离煤层大采高综采面矿压影响

为了掌握走向煤柱对近距离煤层6.3 m采高综采面矿压的影响规律,基于补连塔煤矿32301工作面矿压实测结果,从覆岩结构变化的角度对煤柱作用机理进行了分析。结果表明,走向煤柱区域下初次来压和周期来压步距为39和19 m,均大于上煤层采空区下的初次来压和周期来压步距32和17 m。在上煤层采空区域下,周期来压阶段支架平均载荷比初次来压大4%,动载系数大11.7%,差异明显,而走向煤柱区域下差异均很小。下煤层开采时上覆岩层中是否仍存在完好的承载结构是导致来压步距、支架载荷和动载系数出现差异的主要原因。

主关键层结构稳定性对导水裂隙演化的影响研究

针对部分矿区采动导水裂隙异常发育的问题,采用模拟实验和工程探测的方法,就主关键层结构稳定性对顶板导水裂隙演化和含水层水位的影响进行了深入研究。结果表明:当主关键层与煤层间距小于7～10倍采高时,顶板导水裂隙会发育至基岩顶界面,但主关键层上部的导水裂隙会随主关键层结构稳定性的变化呈现出两种不同的演化形态。当主关键层结构稳定运动时,主关键层上部导水裂隙经历"产生—发育—闭合"的过程;当主关键层结构滑落失稳时,主关键层上部导水裂隙形成后难以随采动闭合消失。现场工程探测结果验证了上述主关键层结构稳定性对导水裂隙演化的影响规律。提出了采用高阻力支架来控制主关键层结构不发生滑落失稳的措施,使导水裂隙可以随采动逐步闭合,含水层水位逐渐恢复,进而实现保水采煤的目标。

顶板导水裂隙高度随采厚的台阶式发育特征

传统导水裂隙发育高度预计方法对顶板岩性进行均化,忽略了具体条件关键层结构差异所造成的影响,认为导水裂隙的发育高度随采厚是呈近线性增大的,有时会导致较大的判别误差。针对该问题,采用理论分析、现场探测等方法,研究了关键层结构影响下顶板导水裂隙发育高度随采厚的变化特征。结果表明,导水裂隙的发育高度同时受到采厚和覆岩关键层结构的影响。在覆岩关键层结构的控制作用下,导水裂隙的发育高度随采厚呈现台阶式突变而非连续的近线性变化。关键层厚度及其所控制的岩层厚度越大,导水裂隙高度随采厚变化时的台阶落差越大,突变越明显。一定关键层结构条件下,如果采高变化范围没有超出导水裂隙高度产生台阶的范围,则采高变化并不导致导水裂隙高度的变化,也就是说此时降低采高并不能减少导水裂隙高度,增加采高也并不会增大导水裂隙高度。研究结果得到了亭南煤矿导水裂隙高度实际探测结果的验证,在二盘区206工作面开采条件下,采厚7.5和9.0 m时对应的导水裂隙高度分别为140.2和148.3 m,均发育至宜君组底界,采厚在一定范围增加并未引起导水裂隙高度的明显变化,该工作面在保证导水裂隙高度不明显增大的前提下,最大采厚理论上可以达到14 m。基于研究成果形成了考虑关键层结构的洛河组砂岩含水层下合理采厚确定方法,指导了亭南煤矿二盘区综放工作面洛河组砂岩水防治实践。根据亭南煤矿207工作面附近钻孔柱状的关键层结构,以导水裂隙高度不直接沟通洛河组为限,提出207工作面在设计采厚7.5 m基础上,可以将顶煤全部放出的方案。工作面实际总采厚平均达9.0 m,多放顶煤1.5 m,多回收煤炭资源约71万t,有效提高了采出率。

关键层移动对地面瓦斯抽采孔的影响及防护孔对策

为揭示卧龙湖煤矿8101工作面地面瓦斯抽采钻孔受采动影响后破坏引发突水事故的原因,采用理论分析、工程实测手段对覆岩关键层运动特征、抽采钻孔结构、工作面涌水量、钻孔破坏窥视等信息进行了综合分析。结果表明,厚硬关键层破断后其所控制的大范围岩层整体运动造成钻孔套管多段拉伸破坏,抽采钻孔成为直接沟通K3砂岩含水层与下部导水断裂带的主通道,是引发8101工作面持续大量突水的主要原因。地面瓦斯抽采钻孔破坏防护应从采前设计、钻孔施工、采动控制三阶段考虑,采取采前损害预判、钻孔强化防护、采动协调减损的措施,以实现抽采钻孔的长期稳定。

以创新人才培养为导向的采矿工程毕业设计改革方法探讨

本文在分析目前采矿工程毕业设计现状及存在问题的基础上,结合目前行业形势及发展趋势,提出了以创新人才培养为导向的采矿工程毕业设计改革建议。并结合采矿工程的专业特点,提出了毕业设计实施形式应注重优化分组和合理选题,内容设置上突出新度、深度、高度,考核方式上注重"四轻四重"等建议。

地质雷达在东山隧道二衬检测中的应用

以张承高速公路东山隧道二衬检测为例,阐述了采用地质雷达对隧道进行检测的原理及方法,对实例检测得到的波形图进行解释并得出结论,以此作为二衬质量评价的依据;再对隧道同一部位采用钻探取芯法进行复测,结果两种方法吻合较好。说明地质雷达检测结果具有较高的可信度。

活鸡兔井沟谷地形下初次来压规律分析

通过活鸡兔井21306工作面初次来压实测资料与地表地貌特征的对比分析,得出浅埋煤层沟谷地形下的初次来压规律。中下部初次来压步距34.5m,来压强度与持续长度均较大;中上部来压有所延迟,约41.5m,来压相对缓和。上煤层遗留的走向煤柱与沟谷的分布特征是造成工作面内呈现分段初次来压的主要原因。

新疆兵团工业化阶段的判断及推进对策研究

本文结合相关理论,从人均GDP、三次产业结构、就业结构、工业结构、城市化率等5个方面对兵团工业化发展阶段进行分析判别。研究表明,兵团目前正处于工业化初期阶段的后期向工业化中期阶段的初期过渡的阶段,兵团工业化水平较低。在上述研究的基础上,本文提出推进兵团工业化进程的对策与建议。

教学中重视学习体验的重要性及实现途径

重视学生体验是贯彻"以学生为中心"这一教学理念的关键。基于目前在校大学生的基本个性特点和学习特征,分析本科教学中重视学生学习体验的重要性,从五个方面提出了增强学生学习体验和调动其学习积极性的途径。

部分充填采煤技术的研究与实践

对煤矿充填开采而言,如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持续深入研究的问题。结合煤系层状覆岩移动特点和控制要求研发的部分充填采煤技术,为上述问题的解决提供了一条重要途径。在对我国充填采煤技术发展进行综述的基础上,系统总结了部分充填采煤技术的研究进展,包括:部分充填开采的概念与技术框架,覆岩隔离注浆充填、短壁冒落区嗣后充填、长壁墩柱同步充填等3种部分充填采煤技术的原理、设计方法、适用条件和应用情况。实践证明,部分充填是一种高效低成本充填采煤技术,尤其是覆岩隔离注浆充填,其吨煤充填成本仅为30~60元,单面充填采煤能力可达60~100万t/a,已在淮北矿区得到推广应用。

浅埋煤层覆岩关键层结构分类

以神东矿区浅埋煤层开采为工程背景,对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究.结果表明,浅埋煤层覆岩关键层结构类型可分为单一关键层和多层关键层结构;单一关键层结构又分为厚硬单一关键层结构、复合单一关键层结构、上煤层已采单一关键层结构3种类型.单一关键层结构是导致浅埋煤层特殊采动损害现象的地质根源,浅埋煤层单一关键层结构采动破断运动不仅对工作面矿压产生影响,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉陷.关键层破断块体结构承担的载荷层厚度大而不能满足砌体梁结构不发生滑落失稳的条件,从而导致关键层破断块体滑落失稳,这是导致神东矿区浅埋煤层单一关键层结构工作面易出现台阶下沉和压架出水等采动损害问题的力学机理.确定了神东矿区浅埋煤层覆岩关键层结构类型的判别方法.

覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响

采用理论分析、模拟实验和工程探测等方法,就覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响进行深入研究。研究结果表明:覆岩主关键层位置会影响顶板导水裂隙带高度,当主关键与开采煤层距离较近并小于某一临界距离时,顶板导水裂隙带将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度明显大于按我国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称"规程")中的顶板导水裂隙带高度确定方法得到的结果。对导水裂隙带高度产生影响的主关键层与开采煤层临界距离主要与煤层采高、顶板碎胀压实特性、主关键层破断块度等因素有关,可以粗略按7～10倍煤层采高计算该临界距离。当覆岩主关键层与开采煤层距离小于7～10倍采高时,不能按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度;当覆岩主关键层与开采煤层距离大于7～10倍采高时,仍可按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度。上述结果能很好地解释部分煤矿顶板异常突水灾害的发生机制,并指导神东矿区补连塔煤矿顶板突水灾害防治实践,取得显著的经济效益。

覆岩主关键层运动对地表沉陷影响的钻孔原位测试研究

通过神东矿区补连塔煤矿31401工作面内部岩移的地面钻孔原位观测与地表沉陷观测的对比研究,就覆岩主关键层运动对地表沉陷的影响进行实测研究。研究结果表明:厚47.01 m的粉砂岩主关键层控制了上覆基岩直至地表的移动变形,上覆岩层的运动随主关键层破断出现周期性跳跃变化;受主关键层的控制作用,地表沉陷测站观测时间间隔长短显著影响了测点的下沉速度曲线,观测时间间隔越短,其对应的下沉速度曲线呈现的周期跳跃性变化越强;观测时间间隔越长,其对应的下沉速度曲线更为均化。因此,在浅埋煤层开采中,为了准确反映地表下沉的动态过程,应该缩短观测时间间隔,才能正确掌握采动覆岩内部移动与地表沉陷的内在联系,推动开采沉陷预计的发展。

近距离煤层工作面出倾向煤柱动载矿压机理研究

针对中国神华能源股份有限责任公司神东煤炭分公司大柳塔活鸡兔井21305工作面过上部倾向煤柱时的动载矿压问题,通过煤柱上方关键块体结构的稳定性分析以及模拟实验,对工作面出煤柱阶段动载矿压发生的机理和规律进行了研究。结果表明:出煤柱阶段煤柱上方两关键块体形成的三铰式结构是不稳定的,两关键块体会随下部岩层的下移而发生相对旋转运动,最终导致下煤层关键层断裂块体上覆载荷过大而失稳,这是造成此阶段工作面动载矿压发生的根本原因;两关键块体的回转角通常情况下无法达到维持其结构稳定的极限条件,这决定了出煤柱阶段工作面动载矿压的普遍存在;当煤柱边界上方关键块体结构断裂线外错于煤柱边界时,下部岩层对其支撑力的力矩最小,因而下煤关键层承受的载荷也就最大,故而最易导致下煤层工作面动载矿压的发生。

我国水体下保水采煤技术研究进展

针对我国水体下保水采煤的理论与实践,就采动覆岩导水裂隙演化规律,以及在此基础上形成的保水采煤技术研究进展进行了综述和展望。结果表明:导水裂隙作为地层含水层破坏与地下水漏失的主要根源,其动态发育与发展直接受控于覆岩关键层的破断运动;因而,可按具体开采条件下覆岩关键层的赋存情况进行导水裂隙带高度的确定,从而科学指导水体下保水采煤对策的制定。依据水体下保水采煤所包括的4个层次的内涵,分别从顶板突水灾害防治、含水层原位保护、采动破坏含水层的再恢复、采动漏失水资源的转移储存与利用等4个方面,进行了相关保水采煤技术研究进展的论述,在此基础上提出了今后的研究方向。