地温对不同变质程度煤自燃特征影响的实验研究

地温影响煤的自燃特征,进而影响采空区煤自燃危险区域的分布。为了探究地温对煤自燃的影响,实验选取褐煤、长焰煤和1/3焦煤为研究对象,利用热重实验获得不同温度预处理煤样在燃烧过程中重量变化情况,通过TG/DTG曲线分析特征温度点,运用积分公式计算热解阶段的活化能。实验结果表明:在相同预处理温度条件下,同一特征温度随着煤样变质程度的增加而升高;相同变质程度煤样,预处理温度越高,燃烧时的特征温度越低,尤其是干裂温度、增速温度和着火点温度降低较为显著;热解阶段活化能也降低5%~30%,说明预处理温度越高,煤氧越容易达到临界着火温度,进而达到煤自燃所需的条件,加速煤自燃进程。研究结果对高地温环境开采条件下煤自燃灾害的防治具有指导意义。

多煤层重复采动回采巷道失稳机理与控制技术

戊9-10-22290工作面为平煤六矿三水平二采区的孤岛工作面,风巷外段在采掘服务期间将会受到上覆戊8及下伏五矿己组回采影响,采掘时空关系异常复杂。目的为探讨多煤层重复采动回采巷道失稳机理与控制技术,方法基于采掘工作面应力时-空演化关系,提出平煤六矿戊9-10-22290工作面风巷外段全生命周期内的围岩控制方法,并进行现场工程应用。结果结果表明:上覆近距离煤层开采后,巷道顶板出现拉剪破坏;本煤层和下伏煤层回采过程中,巷道将逐段受到超前支承压力作用;根据巷道围岩所处的扰动时-空过程和高应力环境,提出“高预应力高强锚杆+锚索+深孔爆破卸压”的抗压-让压-卸压相结合的综合围岩控制技术。现场工业性试验表明,巷道服务期间两帮最大变形量为347 mm,顶板下沉和底板鼓起均在可控范围内,能够满足矿井安全生产需求,取得较好的技术和经济效益,结论研究结果可为类似条件下的回采巷道围岩控制提供参考。

三轴加载条件下隔水岩层渗透特性试验研究

隔水岩层采动影响下的渗透性能是评估水体下采煤安全与否的关键指标。为研究采动隔水岩层渗透性演化规律,通过进行三轴加载渗流试验,研究围压、水压对不同岩性隔水岩样承压破坏过程中渗透性演化的作用规律。结果表明:(1)隔水岩样三轴加载条件下渗透性演化规律与岩石内部裂隙、空隙压实程度及新生裂隙发育演化密切相关,岩石承载压缩过程中渗透性演化对应分为4个阶段;(2)围压、水压增大的降渗效果随轴压增大而减弱,围压、水压增大对岩石渗透系数的减弱呈现出非线性的特点;(3)岩石渗透性由大至小的顺序为中砂岩、细砂岩、砂质泥岩,岩性及矿物组成是影响围压、水压对岩石渗透系数的作用效果的主要因素。研究成果可为隔水岩层采动影响下隔水性能评价提供理论依据。

泡沫凝胶稳定性及其结构演化特征研究

泡沫凝胶是一种高效的煤自燃防治材料,该材料结合了泡沫的流动性和堆积性、凝胶的耐温性等防灭火特性。本文从泡沫凝胶的形成原理、结构演化、稳定性和流动性等阐述了泡沫凝胶的防灭火特征。泡沫凝胶主要由发泡剂、交联剂和水等通过物理发泡和成胶反应后形成,其形成过程分为两个阶段:第一阶段为物理发泡,形成泡沫液;第二阶段将交联剂加入泡沫,通过胶凝反应后生成泡沫凝胶。第一阶段泡沫凝胶主要体现泡沫的流动性和堆积性,第二阶段随着胶体量的增加,泡沫凝胶体现胶体的耐温性,同时可通过交联剂的添加量控制凝胶的成胶时间。泡沫凝胶的基础结构与水基泡沫的结构相同,不同的是凝胶颗粒构成了泡沫凝胶的基础骨架,减缓了重力排液和泡沫歧化速率。泡沫凝胶结构的演化过程包括液膜破裂、成胶和骨架坍塌等,最终形成凝胶层充填遗煤裂隙。泡沫凝胶在采空区中的流动受注浆压力、重力和阻力的综合作用,横向流动速度大于纵向流动速度,其扩散前峰轮廓线为椭球形。本文研究成果为泡沫凝胶的科学应用提供了有力支撑。

巷道跨度及采动应力对围岩松动圈影响的测试与分析

巷道设计在很大程度上是支护设计,而围岩松动圈作为支护设计的依据,进行现场实测是最可靠的方法。采用地质雷达对榆树岭煤矿进行松动圈测试,探究巷道跨度、采动应力等因素对围岩松动圈的影响。测试与分析结果表明:下5煤层巷道全断面松动圈均小于2.0 m,为中等松动圈,而水平应力远大于垂直应力是顶板松动圈大于两帮松动圈的原因;巷道跨度对围岩松动圈的影响并不显著,在5.0~11.5 m跨度范围内,松动圈增幅5%~15%,因此4~8 m跨度范围内巷道采用相同支护方案时,可优化锚杆与锚索预紧力来保证巷道稳定;沿空掘巷一次采动影响后,全断面松动圈均超过2.0 m,松动圈增幅15%~22%,可作为沿空掘巷煤柱留设宽度的依据;围岩松动圈范围内的破碎区较易识别,而裂隙区的判断则需要结合经验或2种以上测试方法进行综合分析判断。

条带煤柱中沿空掘巷的可行性与煤柱稳定性研究

以淄矿集团岱庄煤矿充填法回收条带煤柱项目为背景,结合开采沉陷学和岩层控制理论,运用工程力学和数值模拟等工具,对煤柱中沿空掘巷的可行性和煤柱稳定性进行了研究。

动态推进U型采场煤自燃多场耦合数值研究

针对动态推进过程中U型采场的煤自然发火问题,建立包含采场进回风巷道、工作面与采空区的多场耦合数学模型,并通过现场实测数据验证了模型的合理性。模拟分析了采空区内温度场、氧气体积分数场随工作面动态推进的变化规律,并进一步研究了围岩温度、风流温度、工作面推进速度对采空区煤氧化自热的影响。结果表明:工作面推进过程中,采空区的进风侧温度场形成“机翼断面”形状的高温区域拖尾现象,并且高温区域在采空区的堆积压实和围岩散热作用下温度会逐渐降低;停采后采空区内继续升温但高温区域向工作面迁移;不同通风温度对采空区最高温度的影响,在开采的初期几乎无影响,而在开采的后期,通风温度越高,采空区内最高温度越高;工作面推进速度越快,采空区内最高温度越低。

膏体充填材料配比的神经网络预测研究

充填材料配比的预测与设计在膏体充填工程中具有十分重要的意义,充填材料的配比预测是一个典型的多变量、非线性系统.为了准确可靠的掌握充填材料的强度,在综合分析充填材料质量影响因素的基础上,采用粒子群算法来优化改进的BP神经网络技术建立了充填材料质量的预测模型.并用基于正交试验获得的充填材料试验数据作为学习训练和测试样本,对模型预测结果和实际值进行对比分析.研究结果表明,用人工神经网络方法预测充填材料配比是科学、可行的,为煤矿膏体充填开采的充填材料配比预测和评价探索出了一种新的方法.

“双硬”煤层综放面沿空掘巷煤柱多尺度强度与控制研究

通过实验测试,分析了不同高径比煤样试件所受载荷,得出了不同高径比煤样试件对应的抗压强度峰值拟合公式;基于榆树岭煤矿110505工作面巷道掘进具体采矿地质条件,建立了FLAC3D数值分析模型,研究了不同高宽比下煤柱内部应力、塑性区以及巷道围岩的变形规律。研究结果表明:随着煤柱高宽比增大,煤柱破坏阶段的峰值强度逐渐减小,当煤柱高宽比分别为0.26、0.31、0.43、0.85、1.70时,煤柱破坏峰值强度分别为63.26、56.50、47.32、37.70、30.03 MPa;通过对强度校核公式拟合后,确定了不同宽高比煤柱极限载荷,综合考虑矿井的经济效益,确定110505工作面与110503工作面间区段煤柱宽度为4 m。现场实测榆树岭煤矿110505巷道煤柱内部应力整体较小,应力集中系数较小,工作面掘进期间巷道整体变形较小,说明了煤柱留设宽度的合理性。

水力冲孔卸压增透技术的应用研究

为有效缓解陈四楼煤矿区域瓦斯含量高、存在突出危险等现状,对工作面煤体进行了水力冲孔卸压增透。重点对该煤矿的水力冲孔卸压增透技术试验进行了探讨,得出了试验后的单孔抽采纯量。结果表明,抽采1个月后日抽采纯量从100 m^(3)/d提高到300 m^(3)/d左右,且4个月内冲孔钻孔的抽采体积分数保持稳定在30%以上,有效提升了区域瓦斯抽采效率。

陈四楼矿掘进巷道瓦斯异常现象治理研究

瓦斯矿井局部瓦斯异常涌出,是导致瓦斯事故的重要隐患。21209轨道顺槽在掘进过程中存在局部瓦斯涌出异常。煤矿安全生产过程中,瓦斯浓度的高低从一个侧面反映了工作面的安全状态。仅仅采取降低掘进强度等被动的瓦斯治理措施不仅影响安全生产,而且直接影响到经济效益的提高和现代化矿井的有序管理。采取主动防治型瓦斯综合治理措施治理局部瓦斯异常涌出,可取得良好的瓦斯治理效果。