云冈煤矿充填开采设计与顶板覆岩变形破坏时空演化规律研究

以云冈煤矿8402工作面充填开采为背景,首先制备了5种不同配比的矸石浆,开展了泌水率、凝结时间和单轴抗压强度测试,根据使用要求和成本要求选择了合理的矸石浆配比,并进行了充填液压支架与充填开采工艺设计;考虑岩体力学参数随开采应力的变化,基于HoekBrown模型,采用FLAC3D软件研究分析了有无充填2种条件下8402工作面顶板覆岩的变形破坏时空演化规律。研究结果表明:水泥和粉煤灰用量分别为180 kg/m^(3)和210 kg/m^(3)时,可同时满足云冈煤矿8402工作面充填开采使用和成本要求;无充填条件下8402工作面周期来压步距约18~25 m,裂隙带发育高度约108 m;而85%膏体充填条件下工作面周期来压步距约36~40 m,裂隙带发育高度则约43 m;85%膏体充填下工作面向前推进120 m后,其地表最大沉降和最大倾斜基本保持为165 mm和2.62 mm/m不变,小于规范的规定要求,能够确保地面建筑的安全。

不同硬度煤样微观表面力学性质差异性研究

煤体自身力学性质对瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响,为进一步研究软煤和硬煤微观差异性,采用原子力显微镜(AFM)内置PF-QNM模式对两种不同硬度煤样表面进行扫描,结果表明:软煤和硬煤微观形貌及力学性质存在较大差异,软煤表面粗糙度明显大于硬煤,微观表面起伏较小,但波峰数量较多,可为气体吸附提供较多吸附点位。不同煤样扫描区域内表面弹性模量和粘附力均符合正态分布。受构造作用和变质程度的影响,其微观结构排列较为紧密,弹性模量整体表现为大于硬煤。不同煤样微观力学性质均表现出明显的非均质性,煤体表面具有一定的粘附力,具有突出倾向的软煤表面粘附力大多集中在0~100 nN,硬煤表面粘附力大多集中在100~400 n N,软煤的最大引力作用距离d0要明显小于硬煤。在应力扰动或压力梯度作用下,气体容易发生快速解吸,容易导致煤与瓦斯突出事故。

基于无人机遥感的矿山重建植被功能多样性研究

植被功能多样性是反映生态系统固碳能力的重要指标,估测功能多样性对于评价生态恢复成效和指导生态修复工程具有重要意义,但中低分辨率遥感数据难以实现植被功能多样性的估测。为此,本文以半干旱区某煤矿排土场为试验区域,利用无人机遥感手段获取激光雷达与高光谱影像数据,反演重建植物群落的功能多样性,并揭示不同修复模式下功能多样性的差异。研究结果表明,无人机可以快速获取高精度的植被高光谱和激光点云数据,有效估测植物群落的形态和生理性状。基于形态和生理性状,可以有效地定量描述植物群落功能多样性。生态修复初期的植被选取和配置会对演替后的植物群落功能多样性造成显著影响,乔灌混合的植物群落在演替后的植物性状和多样性水平高于纯林和草本群落。无人机遥感可以快速获取精细的群落结构和功能数据,为生态修复成效评价和植被优化提供可靠依据。

大断面特厚破碎煤层全煤巷道支护技术

通过对金庄煤业2203大断面特厚破碎煤层全煤巷道煤岩物理力学特性参数测试、理论分析、数值模拟分析,得出了该条件下科学、合理的巷道支护方案,并通过现场监测,围岩变形得到了有效控制,取得了良好的支护效果。

特厚煤层大采高综放开采提高工作面回采率技术探讨

放顶煤开采因其高产高效而被广泛应用,然而由于综采放顶煤开采技术的特点,决定了煤炭资源损失量较大。本文以大同矿区同忻煤矿特厚煤层大采高综放开采为工程背景,研究提高特厚煤层大采高综放工作面的回采率的技术措施。通过分析同忻煤矿综放工作面的煤炭损失构成,得出该矿综放工作面的煤炭损失主要集中在初采损失、末采损失、端头损失以及顶煤破碎度差丢煤损失。并从工作面参数选择、放煤工艺参数的确定、加大顶煤破碎程度、健全计量管理等方面对综放开采工作面回采率提高技术进行分析研究。

特厚综放大结构顶板强矿压区域治理技术研究

煤炭开采过程中,由于强矿压的作用会引起各种复杂的动力现象,影响采矿作业的正常进行,威胁煤矿的安全生产,探索新的技术途径控制特厚煤层开采中强矿压难题势在必行。以大同塔山煤矿为工程研究对象,运用三维计算机模拟、实验室研究和工业性试验研究,分析多煤层开采时,解放层山4#煤层采动后对3-5#煤层开采的影响,研究利用解放层开采区域治理大结构顶板强矿压技术,并分析该技术的适用条件和作用,获得基于解放层开采区域的特厚综放大结构强矿压顶板运动规律、矿压显现规律及控制措施等,为特厚煤层综放大结构顶板强矿压开采支护方式选择、巷道布置形式、支架选型以及支架控制技术参数的确定提供依据,为类似条件下的煤层开采开创了新的技术途径。

临空巷道煤柱高压水力“割-压”断顶卸压技术研究

为解决晋华宫煤矿12-2#煤层402盘区8214工作面临空巷道煤柱严重片帮问题,本文提出高压水力“割-压”断顶卸压技术,分析了临空巷道煤柱断顶卸压理论依据和技术优势,根据现场地质以及生产情况设计了施工方案,并在8214工作面2214巷进行现场实践和效果检验。结果表明:对于8214工作面顶板来说,最低割缝压力应大于50 MPa,缝槽最小起裂水压力为10.8 MPa,最小失稳水压力为11.5 MPa。高压水力“割-压”破裂断顶卸压技术可以使煤柱应力环境得到改善,临空巷道应力水平整体降低,锚杆(索)受力大幅度降低,煤柱侧片帮现象得到控制。

基于分区变权及AHP的煤层底板突水脆弱性评价

在进行煤层底板突水脆弱性评价时,往往是通过不同的模型及计算方法得到各个影响因素的常权权重,各个分区均采用此固定常权权重,忽略了不同分区中各个影响因素指标值在不同的组合状态下,其影响权重需随之调整,以反映各影响因素对于煤层底板突水相对重要性的变化问题。本文结合AHP确定的各影响因素常权权重,引入分区变权模型,调整各分区不同因素组合状态下的权重分配,改进了常权权重在不同分区评价中的不合理性,进一步提高了评价结果的精度,对安全开采具有一定的参考价值。

大同矿区双系开采上覆采空区有害气体下泄条件及致灾特征

多煤层开采中上覆采空区存在有CO、CH_(4)等有毒有害气体,该处有害气体能否发生下泄并致灾是目前多煤层开采威胁下伏煤层的安全生产需要解决的问题。论文针对大同矿区双系煤层开采上覆侏罗系煤层采空区有害气体下泄问题,应用关键层和材料力学等理论,对3-5^(#)煤层导气裂隙通道发育高度进行了理论分析,确定了石炭系煤层开采会致双系采空区间发生连通;结合多场耦合数值模拟方法,进行了侏罗系采空区有害气体下泄特征分析,确定了当双系间流场气压差大于400 Pa且裂缝通道大于0.4 m时,上覆侏罗系采空区有害气体会发生下泄现象,且可能致灾。研究成果可为相类似多煤层开采有害气体互扰防治提供理论依据。

基于遗传算法优化BP神经网络的华北型煤田矿压破坏带深度预测

为防治煤层底板水害,在总结矿压破坏带深度预测方法和理论的基础上,分析了影响矿压破坏深度的各项因素,选取华北型石炭二叠系煤田典型工作面综采条件下的矿压破坏深度实测数据;通过运用MATLAB软件对实测数据进行训练和拟合验证,构建了基于遗传算法优化BP神经网络的矿压破坏带深度预测模型。经过对比传统人工神经网络模型,优化模型与实际吻合更好,预测精度更高。基于MATLAB进一步开发了可视化预测预报系统,使得操作更为便捷。研究成果为防治煤层底板水害提供了技术支撑和依据。