未来矿山绿色高质量发展顶层规划设计研究

针对整装一体化开发的矿区高质量发展的必然需求,以矿区本底特点为基础,结合政策、规范及研究现状,提出了绿色矿区高质量发展的实现路径规划体系,并从矿区环境建设、资源开发方式、生态保护与修复、资源综合利用、矿区节能减排、绿色创新驱动、企业管理与形象等7大路径进行了宏观规划,最后给出了分阶段定性与定量目标。研究成果对矿区绿色高质量发展具有现实参考价值。

矿权重叠区煤-气协同开发走廊规划及数值模拟研究

针对新街台格庙矿区立体煤-气资源矿权重叠导致资源难以统筹规划开发的现状,通过调研检索、理论分析、数值模拟等方法研究了矿权立体重叠区的“煤-气”协同开采模式,研究结果表明“煤-气”交叉开采的不利情景主要分为井下煤层腐蚀气井管、采掘过废弃井、地面沉降管线破损和其他经济技术影响等方面,开采模式可按照时间与空间的关系归纳为先气后煤、先煤后气和协同共采交叉模式等,并据此给出了矿区天然气走廊规划布置方案。“煤-气”协同开采走廊模式下走廊保护煤柱的回收将产生孤岛工作面,孤岛工作面应力分布特征结合矿区的深部开采条件将进一步诱发动力灾害,“短-短-长”工作面布置在最后超长工作面回收时的应力调控有利于弱化煤岩动力灾害。

新街台格庙煤—气重叠区天然气井立体封堵方法

进入统筹建设阶段的国家重点特大型新街台格庙矿区,其煤炭资源与苏里格气田东部、大牛地气田北部完全重叠。针对传统天然气井封堵工艺不能满足双方的安全生产和资源回收需求,提出“五段封堵、三层阻隔、查固补注、分段用材、层层质检”的天然气井立体全井段封堵方法:套管内建立气层段、中部地层段、煤层段、淡水层段和井口的全井段封堵体系;水泥塞与机械塞搭配设置3层合理的封堵屏障;开展固井情况评估,封隔套管外环空通道;气层段封堵使用超细油井水泥,确保封堵半径的有效密封性,其余封堵段使用G级油井水泥;带压候凝、下钻探塞面和逐级试压评估封堵质量。该方案封堵实验表明,封堵质量完全合格。

台格庙矿区钻井法凿井钻进工艺可行性研究

神华新街台格庙矿区一井东部风井井筒设计成井深度857.5 m,设计净直径7.0 m,设计井壁厚度850 mm,以此为工程背景,从地质特征、工程条件、装备能力、钻井分级工艺等方面,分析了采用竖井钻机钻井法凿井钻进工艺的可行性。研究了拟建井筒穿越的地层及其岩石力学特性,基岩厚度将达到870 m,基岩占比达到99.3%;基于地质条件、井筒功能和井筒设计参数,计算得出钻井深度将达875 m、钻井直径为10.2 m,并梳理了全岩地层深大直径井筒机械破岩钻进面临的难题;对比分析了东部深厚冲积地层和西部厚基岩地层钻进分级工艺,分析确定了“一扩成井”钻进工艺具有可行性,超前钻孔直径范围为6.5~7 m,扩孔钻进直径为10.2 m。

钻井法深大直径立井悬浮下沉研究

针对新街能源钻井法深井井壁悬浮下沉设计问题,基于阿基米德浮体悬浮原理,建立了同一断面和分段变断面的井壁结构形式在泥浆中悬浮平衡表达式,探讨了井壁混凝土重量、泥浆容重、井壁厚度对辅助钢梁支撑力和辅助钢梁施加高度的影响。并分析了泥浆容重与井壁许用临界厚度相关关系,最后验算了新街台格庙风井是否满足悬浮下沉要求。研究成果表明:(1)通过井壁混凝土减重、增加泥浆容重和减小井壁厚度,可以有效减小辅助钢梁在悬浮下沉中承受的荷载,同时显著降低辅助钢梁施加高度;(2)井壁厚度过高、泥浆容重过小将导致辅助钢梁支撑力在井壁下沉过程逐渐增大,无法实现悬浮下沉工艺;(3)泥浆容重的增大可使井壁许用临界厚度增大,同时泥浆容重一定时,井壁厚度是受限制的,实际工程中应通过增大井壁材料强度来满足施加荷载需要。研究成果可为类似钻井法凿井设计及施工提供参考。

活鸡兔煤矿顶板稳定性分析与支护方案设计

为精细化研究活鸡兔煤矿2-2煤层顶板岩层稳定性并提出针对性的支护方案,采用理论分析、现场探测、数值模拟等方法对活鸡兔2-2煤层范围内岩层顶板稳定性进行了分析与计算。结果表明:活鸡兔2-2煤层巷道以Ⅰ类顶板为主,局部区域出现Ⅱ类和Ⅲ类顶板;巷道顶板整体完整性好,局部小裂隙发育;工作面回采扰动对Ⅰ类顶板巷道稳定性影响较小,对Ⅲ类顶板巷道存在有限影响。据此提出了活鸡兔2-2煤层Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类顶板条件下巷道支护方案并进行了现场试验,结果表明所提出方案能有效地维护巷道顶板稳定。

综采工作面割煤作业粉尘运移扩散规律模拟

为掌握矿井采煤工作面粉尘运移扩散规律、对井下综采工作面空间防尘系统设计提供依据,以新街台格庙矿区规划的大采高工作面为研究背景,运用Solidworks和ANSYS软件建立采煤工作面几何物理模型,结合气固两相流理论对采煤机割煤作业粉尘运动情况进行数值模拟。对比分析不同入口风速、采煤机工作方式和粉尘粒径时工作面粉尘浓度分布特征。结果表明:工作面风速在沿程方向上整体呈现低-高-低的波动趋势,在采空区至煤壁方向上逐渐增高;在采煤机下风侧滚筒截煤粉尘叠加形成长度达60 m的高浓度粉尘区,浓度超2000 mg/m^(3);采面入口风速是影响粉尘浓度的主要因素,采面粉尘峰值浓度与沿程浓度随风速增加而降低;采煤机工作方式改变使得粉尘浓度在水平高度上分布出现显著差异,造成粉尘重点防治区域变化;粉尘粒径越小,工作面呼吸带高度粉尘峰值浓度越高,粉尘颗粒漂浮现象越明显。研究结果有效掌握了大采高工作面粉尘运移扩散规律,为工作面防尘布置提供参考,对实现综采工作面的安全开采具有指导意义。

无机盐溶液对煤尘润湿性的协同增效性能研究

煤矿井下生产过程中产生的大量煤尘造成了恶劣的工作环境,不仅增加了安全事故发生率,还对煤矿工人的身体健康造成了伤害。基于多种实验方法,探究了四种不同种类及浓度的无机盐溶液对优选出的复合表面活性剂溶液的协同增效作用及润湿规律。结果显示:SDBS和Triton X-100的复合溶液与0.9 mol/L的Na_(2)SO_(4)组成的无机盐复配溶液在比例为4∶1时的协同效果最佳,并基于上述结果定量评价了Na_(2)SO_(4)复合溶液对煤体润湿性能参数的影响,发现铺展系数与Na_(2)SO_(4)浓度呈正相关变化,而黏附功和表面自由能与Na_(2)SO_(4)浓度呈负相关变化,可以推断出无机盐阴离子的加入恢复了高岭土的吸收能力,增加了煤表面的亲水位点,增加了阴-非离子复合表面活性剂在煤表面吸附的密集程度,从而增强了溶液的润湿性能。

新街台格庙矿区高质量发展规划评价研究

对矿区高质量发展水平进行评价,是矿区高质量建设的重要环节。对尚未开发的新街台格庙矿区进行了顶层规划,提出了不同阶段的高质量发展目标,并构建了矿区高质量发展评判指标体系,建立了模糊评价综合模型,通过量化指标运算获得了矿区高质量发展评价得分。评价结果显示:矿区在建设期、中期和远期均能实现高质量发展,且发展水平稳步提升。在此基础上从创新开放、集约高效、智能安全、绿色低碳4个评价维度阐述了高质量矿区的建设路径,明确了矿区建设中的重点方向。

供应链管理在煤炭企业中的应用探讨

作为资源开采型企业,在推行供应链管理过程中会遇到诸多问题。文章在构建煤炭供应链模型的基础上,分析了煤炭企业供应链管理的现状,并针对现状中遇到的问题提出了相应的对策。结果表明:有效实施供应链管理可以保证煤炭资源正常的生产供应,降低煤炭产业成本,提高管理水平和效率,实现"三流"的及时流通,最终实现煤炭企业竞争力的提高。

新时代背景下台格庙整装矿区高质量发展规划研究

为把台格庙矿区打造成为世界一流的高质量示范矿区,基于新时代推动高质量发展的背景,分析了台格庙矿区高质量开发的重要意义及其发展内涵,提出了“1358”发展战略;基于“创新、智能、高效、绿色、幸福”的高质量发展理念,从布局、智安、零碳、绿色、创新、管理、幸福等方面全方位探讨了整装配置、单一主体、一体化开发的台格庙矿区高质量发展的实现路径,研究结果对我国煤炭工业高质量发展具有重要参考价值。

大断面沿空留巷巷旁支护体力学机理和数值模拟

以某矿2714巷大断面沿空留巷为工程背景,采用有限元数值模拟分析了沿空留巷围岩变形特征和塑性区发育情况。首先,通过对不同巷旁支护体宽度下的沿空留巷进行数值模拟分析,得出巷旁支护体宽度对于围岩变形以及塑性区范围的影响呈正比关系;然后,通过合理的确定巷旁支护阻力和巷旁支护体的宽度,同时对2714巷支护系统进行数值模拟,模型中将巷旁支护体中的柔性垫层设置为弹性体进行模拟,模拟结果中顶部位移量与现场实测值相匹配,同时分析了巷旁支护体中对拉锚杆受力规律。

高应力大断面煤巷支护技术研究

为解决陕西省某矿辅助运输大巷强烈大变形、维护极差的难题,采用数值模拟方法,重点研究了不同构造水平应力、不同断面尺寸条件下巷道围岩的变形特征、塑性区及最大主应力分布情况。研究结果表明,巷道底板和两帮受开挖扰动最为明显,围岩变形量最大,且随着水平应力和巷道断面尺寸不断增大,围岩破坏范围不断扩大,且底板和帮部围岩破坏范围和围岩变形量最大。在此基础上,提出了巷道二次补强加固技术,即首先实施高强锚网索支护,待围岩产生一定变形后,采用预应力锚索对巷道围岩变形突出部位实施二次补强加固,重点加强巷道帮部及底角部位,避免巷道因局部大变形导致的整体失稳。现场试验结果表明,该支护技术应用后,巷道两帮移近量、顶底板移近量分别为121,185 mm,巷道维护效果良好。

基于费勒纽斯法的煤壁稳定性研究

为了进一步研究工作面煤壁片帮、滑帮诱因和破坏模式,基于费勒纽斯法建立了煤壁破坏的力学模型,定义并求解了煤壁的稳定性系数,根据稳定性系数对影响煤壁稳定性的因素进行分析,并给出了防治煤壁片帮的技术措施,结果表明:工作面煤壁稳定性与滑块重力、顶板压力和底板支撑力近似呈反比例函数关系,与内聚力近似呈正比例函数关系,内摩擦角则对其影响不明显。生产实践中可以通过调节工作面采高、支架初撑力、底板比压以及注浆的方式来控制煤壁的稳定性。

保德煤矿高应力综放面回采巷道超前矿压显现特征研究

为探究高应力综放工作面回采巷道超前矿压显现特征,以保德煤矿81308回采工作面回采巷道为研究对象,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,对回采巷道矿压显现特征进行了研究。研究结果表明,81308综放工作面具有来压步距短、动载矿压较强等特征;回采巷道超前应力峰值大约出现于工作面超前13.42~17.0 m;邻近采空区侧回采巷道应力水平及围岩变形量普遍大于非采空区侧。研究明晰了保德煤矿高应力综放工作面回采巷道超前矿压显现特征,为回采巷道超前支护设计与矿压治理提供了理论依据,也为类似条件回采巷道超前位置矿压治理提供了参考。

分层开采采空区下大断面切眼支护

针对采空区下大断面切眼掘进围岩变形规律及控制问题,采用FLAC数值模拟对设计支护方案进行分析,并通过工程应用及现场实测验证支护方案的合理性。结果表明:采用锚网索+金属棚+单体支柱联合支护有效降低顶板位移,以中部单体支柱为界形成一大一小两个下沉区域;支护后应力重新分布,前后表面形成鲜明对比,前表面卸压区分为一大一小半椭圆形,后表面应力分布状态与无支护条件基本一致;支护前后减沉率最大达到38.73%;现场应用监测顶板最大下沉值为12 mm,两帮移近量最大为6 mm。围岩控制效果良好,不仅为后续工作面开采提供参考依据,也为中外类似条件煤炭资源的回收利用提供良好借鉴。

短壁连采技术在中厚偏薄煤层中的应用

根据神东煤炭分公司历年房采工作面的回采现状,以及神府矿区煤层赋存及顶底板岩性等情况,结合榆家梁煤矿中厚偏薄煤层中43303房采工作面使用短壁连采技术回采的尝试及效果,简单阐述新回采工艺在安全、效率、效益方面相对于以往回采工艺所具备的优势。

煤矿斜井盾构管片壁后马格尼封堵环适应性研究

针对斜井工程地质条件进行4种不同类型的材料注浆模型试验研究,以期为煤矿斜井管片壁后填充综合技术研究提供借鉴。研究结果表明,马格尼材料浆液(不发泡)环向封堵止水效果良好,胶结体强度较高,动水条件下能满足封堵环封堵止水要求;马格尼(发泡)材料浆体的体积膨胀率大,对管片结构安全产生较大影响,不宜采用;双液浆与脲醛树脂原浆与豆砾石胶结体强度低,动水条件下无法形成有效的止水封堵,不宜采用。