冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析

为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。

成庄矿综放工作面过空巷技术

针对成庄矿3311综放工作面前方2条空巷为平行空巷和顶板空巷的特点以及在连续过空巷时工作面超前支承压力重叠、矿压显现剧烈及顶板垮落等突出问题,确定空巷充填为过空巷的合理方式。利用数值模拟,对比分析了不同强度充填体支撑下巷道围岩的破坏情况,确定空巷充填满足支撑条件的充填体强度不得低于2 MPa,确定高水材料选用水灰比为3∶1。结合现场实际情况,为工作面连续过2条顶板空巷设计合理空巷注浆接替方案,并进行了工业性试验。结果表明,工作面过空巷阶段与正常回采阶段无明显差别,未出现明显片帮、冒顶等现象。

回采工作面上隅角水力压裂切顶技术及其应用

针对部分回采工作面上隅角难以及时垮落的难题,提出一种控制上隅角及时垮落的新方法即定向水力压裂法对上隅角顶板进行预裂切顶,使上隅角能够及时垮落。研究表明,该方法通过在工作面上隅角上部岩层中分段定向多次水力压裂使顶板产生多组裂隙,在工作面回采动压及煤柱支承应力的双重作用下上隅角顶板发生破裂从而实现及时切落。试验结果表明,采用定向水力压裂切顶后上隅角顶板能够及时垮落,最大悬顶面积均小于10m^2;同时,周期来压时机头支架工作阻力最大可降低27.6%,周期来压步距平均降低24.8%,有效降低了工作面上隅角的管理难度。

煤与煤层气共采技术在晋煤集团的应用研究

介绍了煤与煤层气共采技术的形成与发展,阐述了煤与煤层气共采技术的内涵与外延,并以晋城煤业集团经验及成果为例对实现煤气共采的技术进行了详细论述,对今后煤炭开采与煤层气开发的紧密结合提出了建议。

数值模拟在松散煤层大断面巷道支护设计中的应用

采用数值模拟的方法,对赵庄煤矿松散煤层大断面巷道锚杆支护进行设计,通过现场实施、综合监测、信息反馈证明,将数值模拟应用于锚杆支护设计,从技术和经济方面均收到了良好的效益。

超高松软巷道锚杆支护应用研究

赵庄煤矿由于煤层松软、巷道断面较大,支护比较困难。文章通过采用数值模拟的方法,对赵庄超高松软巷道进行优化设计,选取了较优的设计方案,并在现场实施,通过综合观测,优化支护参数,收到了良好的实际应用效果。

无机注浆材料性能改进试验研究

为满足大采高工作面中深孔注浆加固端头三角区的需要,改进无机注浆材料的凝结时间和胶结强度性能,通过试验研究,得出了水料比、石膏和石灰比以及速凝剂对无机注浆材料的凝结时间和胶结强度性能的影响规律,确定了无机注浆材料的改进方案。

采空区瓦斯涌出来源量化判识方法——以寺河矿为例

为准确量化和动态反映工作面采空区瓦斯涌出来源,以沁水盆地寺河矿为研究区,采集煤体解吸瓦斯,测试分析了3号煤层及其7层邻近煤层解吸瓦斯组成成分,CH4,C2H6,CO2稳定碳同位素值,CH4氢同位素值及其分布特征,建立了基于稳定碳氢同位素和组分平均值的采空区瓦斯分源计算模型,实现采空区沿走向推进时各煤层瓦斯来源的量化分源计算,并完成了与传统分源预测计算结果的对比分析。研究表明,寺河矿主要煤层解吸气组分和稳定碳氢同位素值在横纵向均存在差异,总体表现为瓦斯中甲烷体积分数随煤层深度增大而增大,瓦斯碳氢同位素随深度增大出现偏重的特点,5302工作面采空区沿走向瓦斯涌出动态变化过程可以分本煤层涌入主体阶段、近邻近层涌入过渡阶段、动态平衡稳定阶段。随工作面推进,采空区内3号煤瓦斯涌出占比逐渐下降,最终稳定在20%~25%,近邻近层呈现先升后降并趋稳的特征,最终稳定在20%~25%,远邻近层9和15号瓦斯涌入主要在滞后工作面110 m后逐渐上升后趋稳,9号煤瓦斯最终占比20%~25%,15号煤瓦斯最终占比30%~35%。与传统分源预测结论相比,稳定碳氢同位素量化分源可以反映采空区内各煤层瓦斯涌出的动态演化过程,相比分源预测结论更有利于指导工作面生产实际。

厚层坚硬顶板工作面沿空留巷技术

针对凤凰山煤矿厚层坚硬顶板条件下工作面沿空留巷难度大,留巷变形严重的情况,结合顶板移动规律,采用顶板预裂爆破技术,利用采场周期来压沿空切顶,形成上覆基本顶岩梁的支撑结构,控制基本顶的回转和下沉变形,实现卸压作用。结合154307工作面沿空留巷工艺特征,分析了坚硬顶板条件下沿空留巷充填系统工艺流程、顶板预处理手段、留巷内辅助加强支护方式,并对留巷期间围岩移近速度等活动规律进行观测分析。留巷后巷道断面8 m2以上,巷道顶板完整稳定。

新型无机注浆材料加固破碎围岩技术

为分析新型无机注浆材料的性能及其在破碎围岩中的应用效果,采用实验室试验的方法研究了水灰比对浆体的流动度、凝结时间和抗压强度3个指标的影响,并对试验巷道围岩变形量及围岩破碎情况进行观测。结果表明:水灰比越大,流动度就越大,当水灰质量比为0.7∶1.0时,浆体的扩展度为265 mm,满足要求;抗压强度随水灰比增大而减小,水灰质量比大于0.9∶1.0时,抗压强度不能满足要求,因此,水灰比应为(0.7~0.9)∶1.0。注浆后煤体内部的裂隙得到充填和固结,钻孔内浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状,空隙得到压实,煤体完整性和稳定性增加。

锚网带支护在综放切眼施工中的应用

介绍了赵庄矿井1301综放工作面的地质概况,阐述了该工作面切眼锚网带的支护设计、施工工艺、综合监测,分析了该工作面切眼锚网技术的经济效益。

支护阻力对软岩巷道围岩变形控制作用的研究

本文研究了围压对软岩峰后软化特性的影响 ,根据三轴压缩试验的应力—应变曲线 ,运用 Hoek提出的由主应力圆包络线确定粘聚力和内摩擦角等效值的方法和曲线拟合的方法 ,研究软岩的宏观物性参数峰后应变软化规律 ,建立了峰后应变软化数值模型。对软岩巷道的数值计算研究表明软岩巷道中支护阻力使巷道周边围岩由二向受力状态转变为三向受力状态 ,产生一定的围压 ,从而提高其残余强度 ,并减小其强度随塑性应变增大而衰减的速度 ,从而实现了对围岩破碎区范围的控制 。

孤岛工作面高应力区域沿空掘巷强力支护技术

针对成庄矿孤岛工作面高应力区沿空掘巷巷道围岩受力大、支护特别困难等问题,对高应力区沿空掘巷巷道围岩的变形情况及变形的原因进行了详细的调查与分析,运用数值模拟等手段分析了该巷道采用强力锚杆锚索支护系统巷道围岩的变形情况。结果表明高预应力强力锚杆锚索支护系统能控制巷道围岩的大变形;根据数值模拟的结果,将强力锚杆锚索应用到4310放顶煤工作面的4220副巷,巷道变形得到有效控制,顶板下沉量控制在200mm以内,两帮移近量控制在500mm以内,保证了巷道的安全,提高了经济效益。

大采高工作面端头无机注浆加固技术研究

提出了无机注浆加固技术进行工作面端头围岩的控制方案,采用新型无机注浆材料替代高分子注浆材料。现场工业性试验结果表明,采用无机注浆加固技术以后,大采高工作面片帮量大大减少,达到了防止煤壁片帮的要求,端头围岩破碎状况得到显著改善,技术与经济优势显著。

长平矿软硬复合煤体高效钻进技术研究

为解决长平矿煤层钻进成孔深度较浅的问题,进行了软硬复合煤体高效钻进技术研究。结合软硬复合煤层特点,提出运用中高速宽叶片高螺旋复合钻进技术进行钻孔施工的工艺。在研究螺旋钻具排渣机理的基础上,设计制造了Φ110/63.5 mm螺旋钻杆+Φ120 mm三翼合金钻头和Φ95/60.3 mm螺旋钻杆+Φ110 mm三翼刮刀PDC钻头2种不同的钻具组合;改进了ZDY6000LR钻机的高转速动力头;使用ZDY3000LG、ZDY6000LR钻机与设计制造的钻具组合进行钻孔施工,完成3期现场工业性试验,形成了以中高转速螺旋机械排渣为主、风力排粉为辅的螺旋复合钻进技术,使得长平矿孔深大于150 m的煤层钻孔达到了52%,进一步提高了长平矿软硬复合煤体顺层钻孔效率。

成庄矿综放工作面放煤工艺研究

为了提高综放工作面的总体效益,提高资源利用率,在成庄矿进行了放顶煤工业试验研究,采用1刀1放双口追机放煤,取得了显著效果。通过加强顶板控制,调整工作面推进方向及放顶煤支架选型的合理性研究,提高顶煤的放出率。

基于电流观测与重复控制的逆变器多环控制策略研究

提出一种基于电流观测与重复控制的单相逆变器多环控制策略。内层双环控制器采用输出电压和电容电流反馈,通过电容电流观测器实现了电流内环最小拍控制,可实现系统的快速动态响应,解决了负载突增时电压跌落的问题。基于此又增加了外层重复控制,采用FIR数字滤波器替代传统二阶低通滤波器作为重复控制补偿器,不仅简化了设计过程而且提高了系统稳态精度和抗非线性负载扰动能力。试验结果表明该策略可兼具动态响应快、稳态波形精度高和鲁棒性强等特性,适用于交流稳压器等需要高性能电压输出控制的场合。

煤巷锚杆支护安全问题探讨

从煤巷锚杆支护设计方法和锚杆施工质量等方面对影响锚杆支护安全的有关问题进行了分析,并有针对性地提出了提高锚杆支护质量的具体措施。

基于混合煤综合性能评估指数的混煤方案

用晋城赵庄煤、长平煤与神华烟煤进行混合实验,并对混合煤进行喷吹特性分析及综合性能评估。分析结果表明:(1)安全性都能满足高炉喷吹要求,赵庄煤混合煤的爆炸性和着火点的变化幅度更大;(2)输送性都能满足高炉喷吹要求,长平混合煤的流动性和喷流性稍高;(3)反应性都随着烟煤比例增加而增强,赵庄混合煤要优于长平混合煤。基于权重计算了混合煤的综合性能评估指数C值,推荐采用70%的赵庄煤与30%的神华烟煤进行混合喷吹。

以无烟煤代替部分焦炭生产锰硅合金的应用

介绍了通过成分、电阻率和反应性等参数对比无烟煤与焦炭特性,进行了无烟煤代替部分焦炭生产锰硅合金的工业试验。结果表明使用晋城无烟煤能够降低电耗,提高生产能力,以15%的无烟煤代替比例效果最好。