活性磁化水改善无烟煤煤尘润湿性能的研究

为了提高活性磁化水抑制无烟煤尘的性能,分别测定了4种表面活性剂溶液的表面张力,进而选取最佳浓度表面活性剂溶液.测定了不同磁化参数下的最佳浓度表面活性剂溶液的表面张力,以确定最优磁化参数.同时分别测定矿井静压水、最佳浓度表面活性剂溶液、最佳活性磁化水与无烟煤的接触角.结果表明,质量分数0.10%尘克C&C溶液可使矿井静压水的表面张力下降43.83%.质量分数0.10%尘克C&C溶液的优磁化强度为300 mT,磁化时间为50 s.相较于矿井静压水,质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水接触角减小了79.11%,表面张力减小了47.04%,铺展功及浸湿功分别提升了97.35%、87.01%,极大提升了溶液的铺展能力和浸湿能力.现场应用试验结果表明,使用质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水作为采煤工作面的喷雾降水,降尘效率提高了37.53%.

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。

浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳机制

工作面前方遗留煤柱群(后文简称“超前煤柱群”)在采动影响下会发生链式冲击失稳,诱发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距离煤层安全开采的根本前提。本文实测分析了元宝湾煤矿房式采空区下伏6107工作面开采的覆岩移动规律,发现了超前煤柱群的回弹变形现象,开展了房式采空区下伏煤层开采的物理模拟实验,研究了房采煤柱群-覆岩的变形破坏特征,分析了采动影响下超前煤柱群回弹冲击失稳的动态过程,揭示了浅埋近距离煤层开采超前煤柱群的冲击失稳机制。结果表明:(1)浅埋柱采区近距离下伏煤层开采过程中工作面前方覆岩呈现出“先短暂回弹后剧烈下沉”的运动特征,即首先存在极短时间的覆岩回弹变形现象,之后出现了部分覆岩的整体破断与垮塌。由此,反推出采动影响下超前煤柱群也发生了回弹变形。(2)柱式采空区下伏煤层开采过程中关键柱在覆岩沉降和超前支承压力的作用下最早出现斜切破坏,引起载荷的转移,加剧邻近部分房采煤柱群的应力集中程度,进而发生链式斜切破坏。在此过程中,覆岩持续沉降,裂隙也不断发育,形成剪切贯通断裂面,发生破断回转,促使超前煤柱群回弹变形与冲击失稳,引发层间岩层的全厚切落,带动更大规模房采煤柱群的链式失稳,并造成下伏工作面动压灾害的发生。(3)浅埋近距离下伏煤层开采“煤柱群-覆岩”的失稳垮塌过程可以细分为:关键柱斜切破坏阶段、关键柱邻近部分煤柱群破坏阶段、超前煤柱群回弹冲击失稳阶段、覆岩垮塌与层间岩层切落致灾阶段。(4)浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳是“煤柱群回弹变形”与“覆岩联动垮塌”共同作用且互馈影响的动态过程。该研究可以解释柱式采空区下伏近距离煤层开采超前动载矿压的显现原因,有望为超前动载矿压的预测和控制提供理论指导,并进一步保障近距离煤层群的安全绿色高回收率开采。

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。

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。

基于高中数学核心素养命题设计与应用的研究——以“函数与导数”为例

自2014年颁布《关于全面深化课程改革落实立德树人根本的意见》文件以来,关于在课堂教学中如何渗透与培养核心素养能力的研究越来越多,但对核心素养下命题设计与应用的研究比较少.本文以新教材中函数与一元函数的导数这章节内容的教学与命题设计为例,阐述核心素养的内涵,通过举例说明各类数学核心素养能力的命题设计思路与实践,为一线教师命题提供参考依据.

光学瓦斯检测虚拟仿真实验设计

为了解决《安全检测与监控技术》教学中煤矿瓦斯检测实验缺乏现实条件且具有危险性的问题,设计一个光学瓦斯检测虚拟仿真教学平台。通过该平台,教师可安排学生预习、讲解实验过程、指导学生实验和批改实验报告,学生可利用该平台进行概念认知学习、仪器原理分析和虚拟实验操作。

基于FLAC3D多煤层开采下大巷底鼓控制技术研究

随着煤炭资源需求量的不断增加,单一煤层资源急剧减少,多煤层开采越来越普遍。较单一煤层不同,多煤层开采导致的巷道围岩变形更严重、规律更复杂。为研究多煤层开采下大巷围岩的变形规律及控制技术,以山西省沙曲一号矿为工程背景,运用FLAC3D软件从围岩结构及岩石力学性质的角度分析了多煤层开采下大巷底鼓量变形规律,根据其变形规律设计支护方案,并对3种支护方案进行了优选,得出最优的底板支护方案,大巷两侧底角开槽泄压,现场监测效果证实了该设计方案的可行性。

02号煤层蹬空区域可采性研究

为了判别屯兰煤矿02号煤层蹬空区域的开采可行性,利用比值判别法、围岩平衡法和数理统计分析法分别计算了02号煤层采动影响倍数、围岩平衡高度、蹬空开采必要层间距,理论判别了02号煤层蹬空区域的可采性;采用FLAC3D数值模拟软件,模拟2号煤层回采后上覆岩层的破坏规律,结果表明:2号煤回采后,02号煤位于2号煤回采后形成的破坏区域内,如果在02号煤被蹬空区域内布置工作面,其危险性大,不具备开采可行性。

基于高中数学核心素养命题设计与应用的研究

高中的数学教学活动,基本目标是传授学生数学知识.在实现这一目标的过程中,要注重培养学生形成一定的数学能力,这其中就包括学生的数学核心素养.如果命题设计者在命题的设计中,能够以“培养核心素养”为命题的指导方向,精准把握其内涵,精细而谨慎地设计命题,就能为学生的学习和教育者的教学指引方向,引导他们加强数学能力的培养.而在高中数学现有的命题中,存在过于直白化、区分度和难度不够科学、不重视知识网络形成过程等情况,本文就这些现有的命题情况进行讨论,并基于核心素养对命题设计提出几点建议,从而通过数学命题设计培养学生数学能力.

近距离突出危险煤层群卸压瓦斯抽采技术研究

近距离煤层群赋存分布较为广泛,开采条件下工作面回采期间瓦斯涌出来源多,瓦斯运移规律较单一,煤层开采更为复杂,亟需采取有针对性的技术措施。针对近距离突出危险煤层群开采时面临的“一层采动,多层卸压”和瓦斯治理困难等问题,本文以屯兰煤矿2号煤层为工程背景,利用FLAC3D软件模拟了工作面回采时的围岩应力场、位移场和塑性区分布情况,并以此为依据确立了上邻近层定向长钻孔的施工方案。研究成果表明,O形圈的宽度随煤层开挖的增加而增大。当屯兰2号煤层工作面开采进尺达到30 m时,O形圈范围已达15 m。卸压瓦斯大量解吸,且垮落带和裂隙带沟通了上覆煤层,并对上邻近层定向长钻孔抽采效果进行了考察,定向长钻孔瓦斯抽采量由最低的0.35到最高的1.03增加了65%、上隅角最高处浓度为0.58%相较最低处的0.16%下降了72%,由此可知,上邻近层定向长钻孔可有效减少上邻近层卸压瓦斯向采场空间涌出,实现煤与瓦斯高效安全共采。

综采工作面煤层注水降尘试验研究

为降低综采工作面空气粉尘浓度,减小粉尘对矿工及设备的危害,在西山煤田3号煤层开展煤层注水试验。通过测量固定测点粉尘的质量浓度及分散度,分析煤层注水的效果及其对综采工作面粉尘浓度和粒径分布的影响。结果表明:试验煤层单孔设计注水量440 m^3条件下,煤层内在水含量平均增加1.02%,外在水含量平均增加了2.21%;注水后煤尘粒径分布范围变窄,平均粒径减小,整个工作面空气中全尘浓度平均降低28%,呼尘浓度平均降低32%。

高瓦斯厚煤层采动裂隙发育区瓦斯抽采技术

针对高瓦斯厚煤层开采过程中采动裂隙发育区瓦斯涌出量大的问题,通过现场观测得知采空区瓦斯和邻近层瓦斯占工作面全部涌出瓦斯的50%以上,并确定了工作面裂隙带高为15.68～28.68m。基于此,提出了在传统本煤层瓦斯抽采和邻近层瓦斯抽采的基础上,在采动裂隙发育区采用高位钻孔抽采瓦斯的方法进行瓦斯抽采,并确定了瓦斯抽采的相关参数。实践表明:裂隙带邻近层高位钻孔瓦斯抽采效率大于本煤层瓦斯抽采和单纯邻近层瓦斯抽采效率,工作面瓦斯抽采率达53%。

常温下煤吸附甲烷的研究

从Gibbs关于吸附的定义出发,结合Langmuir Freundlich(L F)方程描述了甲烷吸附的超临界吸附等温线模型,将模型应用于30℃下静态容积法测试的煤吸附甲烷的吸附等温线数据回归,模型对实验数据的拟合的相关系数R在0.9986以上.并分析了煤表面自由能的形成过程和特点,进一步根据表面化学的原理计算了煤的表面自由能。

顶板离层检测的二维地质雷达正演数值模拟

为了能够识别顶板中的隐藏离层信息,从而为预防顶板事故的发生提供判断依据,运用GprMax地质雷达(GPR)模拟软件对顶板中的离层进行二维正演模拟,并研究顶板离层的地质雷达图像特征。基于时域有限差分(FDTD)原理,建立了不同频率、不同离层厚度、不同介电常数和不同离层深度的四类几何模型并进行正演模拟。最后通过对这四类模拟结果的图像特征进行分析,证明地质雷达正演模拟方法用于顶板离层检测是可行的。

基于分源预测法的瓦斯抽放关键参数研究

在对试验区域实测的各煤层瓦斯体积含量的基础上,应用分源预测的方法计算了其瓦斯涌量,并根据试验区域不同煤层和不同瓦斯涌出源的实际情况,兼顾抽采率和抽采负压大小,提出了分源分系统抽采方案,同时重点分析了瓦斯抽采量和抽采规模等瓦斯抽放关键参数,实现了有针对性的强化抽采,以充分发挥瓦斯抽放高、低负压系统的抽采能力,使之为瓦斯治理发挥重要的作用。抽采出的高、低浓度瓦斯采用不同的利用方式,有利于提高瓦斯能源的利用率和经济效益。

顶板离层检测的地质雷达物理模拟衰减分析

利用地质雷达(GPR)对顶板离层物理模型进行检测,根据菲涅耳公式在边值关系条件下求出入射波、反射波和折射波的振幅关系,理论推导得出离层区的衰减大于非离层区的结论。通过物理模拟实验并对输出的地质雷达时间剖面图像进行特征分析,得出在离层界面的反射信号强烈造成了更大的衰减的结论。同时对接收的电磁波信号进行低通滤波,通过对信号的振幅分析得出非离层区反射信号能量大于离层区反射信号能量的结论,验证了理论推导的正确性,同时也证明地质雷达对顶板离层进行检测是可行的。

基于MATLAB的小波去噪方法研究

通过对小波阈值化去噪的原理介绍,运用MATLAB中的小波工具箱,对一个含噪信号进行阈值去噪,通过实例验证理论的实际效果,证实了理论的可靠性。

基于分水岭算法的金相图像分割

为了实现对金相图像的区域分割,采用了基于分水岭算法的阈值分割算法,并且通过伪彩色技术显示出来,从而得到了金相图像内部的各种组织结构,结果有助于更微观和更清晰的了解金相图像。

安全工程《岩土工程测试技术》课程教学改革模式研究

岩土工程测试技术既是保障岩土工程质量的关键前提,也是衡量项目安全投入与经济效益的重要因素。近年来,伴随岩土工程在复杂施工区域的大规模开展,建设项目所需获取的工程数据和安全信息日益增多,对监测监控理论、信号采集方法、数据传输手段与装备平台研发等技术提出了更高的要求。为更好地服务社会,太原科技大学安全工程教学团队在深入剖析岩土工程测试技术课程特性的基础上,以教学环节优化为切入点,围绕课堂教学、试验教学和实践教学对该课程进行了有针对性的系统改革。实践表明,教学改革效果良好,毕业生从事岩土工程领域工作的适应性与竞争力得到了显著提高。