某钨矿露地联采关键地压灾害监测预警研究

某钨矿形成了露地联采的开采局面,面临着井下群采空区与隔离间柱稳定性、露采边坡稳定性、露地相互影响等关键地压灾害问题。设计建设了最先进的66通道微震监测系统、测量机器人与边坡雷达等地压监测预警系统。文章详细介绍了一次典型的岩体失稳垮塌的成功预警案例。上述综合性的地压监测手段将为矿山安全生产提供重要的技术支撑。

基于动态蛇形-膨胀卷积模型的矿区地裂缝提取

采动裂缝是煤矿地下开采造成的破坏形式之一。针对矿区地表环境复杂、无人机图像裂缝提取方法精度较低的问题,本文融合动态蛇形卷积和膨胀卷积构建了全新的动态蛇形-膨胀卷积,并将其添加到现有分割模型的编码、解码结构,以优化整体网络模型结构;构建了矿区裂缝数据集,并在该自制数据集上进行裂缝提取精度验证。结果表明,加入动态蛇形-膨胀卷积,可使模型的分割精度(平均交并比)提高14.96%,对于实现地裂缝准确提取具有实践价值。

建筑物下条带开采煤柱矸石置换开采的研究

针对建下条采煤柱回收和井下矸石处理的重大技术难题,提出矸石置换开采。通过阐述矸石充填巷集中与分散布置对地表移动的影响、分析置换开采留设煤柱的合理宽度,最终确定在条采煤柱中央集中布置2条矸石充填巷,充填巷尺寸为4.0 m×5.0 m(宽×高)、巷间煤柱宽4.0 m;基于数值模拟方法分析置换开采留设煤柱的稳定性、条采与置换开采老顶层面上垂直应力分布,得出置换开采留设煤柱满足煤柱强度设计要求、基本顶岩层结构保持稳定的结论。并运用相关的力学理论,分析置换开采后顶板的运动和变形特征,得出基本顶不会破断,地表变形没有超过建筑物允许变形范围。设计矸石置换开采充填工艺,该研究成果已成功应用于工程实践。

地源热泵及地下蓄能系统的实验研究

采用系统能量平衡结合热传导方程建立二维温度场模型求解地下蓄能系统埋管换热器的全年动态传热特性。介绍了计算地下温度场的分布情况、单位埋管深度换热量、平均传热系数、进出地下埋管的水温和埋管换热器面积的方法。

地下开采对地表及铁路桥影响的数值模拟研究

根据某矿区铁路桥沉陷实际情况,运用有限元软件ABAQUS,对不同开采方式引起的地表沉陷和水平移动的变化规律进行数值模拟研究,通过数值模拟和理论研究,分析了地表移动的基本特征和相关特性;同时分析了该铁路桥因地表变形产生的附加内力的变化情况。该研究为采动区的桥梁保护提供了参考依据。

基于广义Hough变换的探地雷达图像地下管线提取方法

针对探地雷达图像中自动提取地下管线的问题,提出了一种基于广义Hough变换的地下管线提取算法。根据地下管线在图像上呈现双曲线且具有一定宽度和成对出现的图像特征,首先对图像进行预处理,接着采用全向跟踪法进行边缘跟踪;然后利用双曲线方程线性化后的结果进行投票计算,确定出一对双曲线的描述参数,从而提取出图像中的地下管线特征。实验结果验证了该算法对地下管线提取的有效性。

联供模式地下换热器温变及其热泵效能分析

在地下换热器G函数理论基础上,建立了地源热泵热力过程计算模型。研究了地下换热器和热泵运行的基本性能,及其单供和联供的主要差异。通过计算孔井壁面温度及地下换热器进、出口流体温度,对热泵能效比、能耗等热力参数进行了对比分析。以严寒地区和夏热冬冷地区为例,结合冷热负荷需求,研究了冷热单供与联供方式对地下换热器温变和热泵效能的影响作用。

山区地表移动与变形规律的研究

本文通过对大量现场观测资料的综合分析,研究了山区煤矿地下开采引起的地表移动与变形规律。文章首先应用叠加原理探讨了采动滑移与地形的关系,然后对采动滑移机理和滑移向量进行了分析,提出了典型地貌等影响开采的滑移变形模型,讨论了非典型地貌和非等影响开采滑移变形的分布规律,最后建立了新的山区地表移动预计数学模型,并给出了计算实例。本研究成果可用于山区地表移动预计及煤柱留设与压煤开采设计。

煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”这一科学命题,基于冲击地压“三因素”机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义“三因素”(“物性因素”、“应力因素”及“结构因素”)理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道“三级”吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流“横切纵断”防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。

突出煤层群井上下联合抽采防突模式与关键技术

我国煤层具有地应力大、渗透率低、瓦斯压力大、瓦斯含量高等特点,煤与瓦斯突出灾害严重。因此,需采取有效瓦斯治理措施,而单一井上瓦斯抽采技术容易出现抽采盲区,导致抽采效果不佳;单一井下瓦斯抽采技术工程量大、周期长,难以在短时间实现煤层消突。通过将井上与井下瓦斯抽采技术相互联合,实现井上下联合防突,是保障煤炭安全开采的关键技术之一。而在煤层群矿井中,需针对煤层间距离的远近采用不同的井上下联合防突模式,实现煤层群快速消突。对此,基于井上与井下联合抽采瓦斯技术优势,阐明了井上下联合防突“时空转换-优势互利”的内涵。井上地面井长时间、广覆盖抽采瓦斯实现煤层降突,换取井下作业空间,实现“时间换空间”;井下钻孔在井下作业空间内,精准抽采目标区域瓦斯实现目标区域快速消突,缩短目标区域消突时间,实现“空间换时间”,提升煤层瓦斯治理效果。针对近距离煤层群层间采动影响大等特点,提出了近距离煤层群“孔群覆盖-协同抽采”井上下联合防突典型模式,实现了瓦斯突出治理的超前规划、提前施工、整体消突。针对远距离煤层群采动卸压范围小等特点,提出了远距离煤层群“强化增透-递进抽采”井上下联合防突典型模式,实现了瓦斯突出治理的强化卸压、递进消突。自主研发了近远距离煤层群井上下联合防突关键技术,并以沙曲一矿与朱集西矿作为近远距离煤层群矿井典型案例进行应用效果分析。应用效果表明:在近距离煤层群沙曲一矿中释放抽采达标煤量约80万t,高效抽采瓦斯量约420万m^(3)。远距离煤层群朱集西矿中井下钻孔工程量减少约60%,抽采达标时间缩短约40%。

侧向荷载下组合孔爆破参数优化取值试验研究

随着浅部资源开采逐渐进入深部,深井高地应力问题愈发严重。为研究深部金属矿山回采过程中由于采切工程带来的单侧高地应力问题,通过理论分析推导了深部无限岩体内炸药爆炸压碎圈半径、裂隙圈半径的扩展公式,认为初始地应力对炸药爆破裂隙具有抑制作用,且对裂隙圈半径扩展的抑制作用更明显。不同单侧围压下组合孔爆破模型试验结果表明:随着单侧围压加大,组合孔爆破漏斗体积减小,炸药单耗增加,单侧围压加大对组合孔爆破同样呈抑制作用。在理论分析和模型试验的基础上,采用LSDYNA软件建立了赞比亚谦比希铜矿井下采场三维模型,开展了单向围压15 MPa下采场组合孔爆破参数(孔距、抵抗线)优化研究。研究表明:当抵抗线W=1.8 m、孔距a=2.4 m时,即W=23.68Ф、a=31.58Ф(Ф为炮孔直径)时,爆破漏斗体积得到最大值,此时可取得最大的炸药能量利用率。研究结果对于矿山现场爆破参数优化具有一定的参考价值。

深层承压水降水回灌规律研究

以上海地铁某车站为工程背景,利用MIDAS数值计算软件,针对上海地区第二层承压水的抽取与回灌引起的地下水水位变化及地层沉降进行数值分析,分析中主要考虑的影响因素为承压水含水层厚度及回灌井滤管长度,采用双井降压双井回灌来模拟抽取与回灌共同作用效果。分析结果表明,回灌有利于保护地下水位减小沉降。在一定的抽灌井规格下,回灌保护区域内随着承压含水层的厚度增加,降压后的地下水位呈现先增大后减小的趋势,相应地层沉降则表现为先减小后增大;随着回灌井滤管长度的增加,地下水位单调增大地表沉降则单调减小。本文的成果对研究承压水抽取与回灌对环境的影响因素有较高指导价值。

中深层地热能供暖地埋管换热器传热分析

介绍了中深层地热能套管式换热器的结构和工作原理,建立了换热管内循环流体及钻孔周围岩土介质的能量控制方程。以某地源热泵工程项目为例,分析了钻井深度、循环液流量及大地热流对地埋管换热器名义取热量的影响,以及循环液进出口温度的变化、地埋管换热器的热影响半径、钻孔壁的温度分布,揭示了项目运行时取热量、循环液及地下岩土相关参数的变化。

露天削坡对地下采场地压显现影响的数值模拟

某露天地下联合开采矿山上盘矿体为露天开采,下盘矿体采用浅孔留矿法与无底柱分段崩落法开采。地下采场局部地压显现较为严重,顶板冒落、矿柱下沉和支护结构纵向开裂等问题频发。为了保障地下采场的安全,本文采用数值模拟方法,分析了地下采场高应力的来源以及地压显现的特征,提出了对上盘露天矿边坡削坡来实现地下采场卸压的技术方案,并通过数值模拟验证该方案的可行性。研究结果表明:地下采场地压与上部残余矿柱有直接关系,在采用无底柱崩落法开采平行矿脉的过程中,地压逐渐提高。若对上盘露天矿边坡进行削坡卸压,随着削坡方量增加,地下采场矿柱下方的应力集中情况将得以有效缓解,采场地压显著降低。以上结论对该矿山地下采场的地压控制具有重要参考价值。

晋城矿区地面压裂与井下抽采时空衔接关系研究

晋城矿区煤层瓦斯含量高、渗透率低,单一的地面或井下抽采已难以满足矿井安全高效生产的需要,为此开展了"地面压裂+井下抽采"立体抽采模式的探索。为掌握地面与井下瓦斯抽采工程在时空上的合理衔接关系,首先利用离散元软件进行了地面水力压裂数值模拟分析,得到压裂裂缝扩展规律及计算公式,并在赵庄煤矿试验验证了其适用性,为预测压裂影响范围提供了量化方法;通过在赵庄、成庄煤矿的现场试验考察,提出了晋城矿区低透气性煤层地面压裂与井下抽采的合理时空衔接参数。提出合理时空衔接关系量化确定方法,可充分发挥"地面压裂+井下抽采"模式的联合抽采优势,为其在全国同类条件矿区的推广应用提供技术支撑。

和尚桥露天铁矿地下水疏干方法研究

和尚桥铁矿是一个大型露天磁铁矿,由于矿区的特殊位置,建设生态矿山、最大限度地减少矿山生产对环境的扰动势在必行。矿山工业布局、独特的水文地质环境和安全生产需要,均给矿山地下水疏干提出新要求。根据该铁矿露天采矿场不同地段的地质、水文地质和工程地质条件,提出了地表和地下联合疏干的方法。利用所建立的地下水疏干预测模型,模拟该方案疏干矿坑地下水的可能,为矿山安全生产、地下水综合利用提供决策依据。

榆次地裂缝成因探讨

根据物探、钻探、地貌等资料证明了王湖—北田断裂和郭家堡—南沟隐伏断裂的存在及其活动性 ,并从地裂缝的分布及其活动特征、地震、地下水、地貌、地形变等诸方面论证了榆次地裂缝是由于断裂活动间接所致 ,属于构造成因。同时地震活动、地下水超采加剧了地裂的发展。

地面压裂井衰竭期井下接替抽采时空衔接关系研究

为了利用地面压裂形成的有利抽采条件进行地面压裂井衰竭期井下钻孔接替抽采,形成“地面压裂井超前治理+井下钻孔接替抽采”的井上下接替抽采模式,开展了地面压裂井衰竭期井下接替抽采的合理时空衔接关系研究。通过地面压裂井压裂裂缝展布规律分析、地面压裂增透促抽效果井下考察及煤储层参数变化规律数值模拟等工作,掌握了潞安矿区地面压裂井的影响作用及有效影响范围,采用数值模拟方法分析确定了井下接替钻孔与地面压裂井的最优空间布置关系;基于地面压裂井排采曲线,并结合衰竭期井下钻孔接替抽采的需求,探讨了地面压裂井衰竭期的定义和划分方法,提出了地面压裂井衰竭期的判别指标及关键时间节点。研究结果表明:潞安矿区地面压裂井的有效影响范围为井周80 m,在该区域内储层压力可以下降50%左右,透气性系数可以增加0.77~1.40倍,井下接替钻孔单孔抽采纯量平均值可达53.68~131.67 m^(3)/d,提升了井下钻孔的抽采效率;当地面压裂井沿钻孔轴向上的位置固定时,则井下接替钻孔与地面压裂井的法向距离越短,抽采效果越好,当地面压裂井与接替钻孔的法向距离不变时,地面压裂井位于接替钻孔轴向中部位置时井下接替钻孔的抽采效果最好;将地面压裂井的产气速率作为衰竭期评判指标,潞安矿区地面压裂井衰竭期的判别指标临界值为产气速率200 m^(3)/d,对应的衰竭期时间节点为8~10 a。

井上下联合抽采瓦斯技术浅析

井上下联合抽采瓦斯是一项煤矿瓦斯治理的新技术,具有减少煤矿瓦斯灾害和节约利用资源的优点。本文介绍了地面、煤矿井下以及井上下联合抽采瓦斯技术,对各种抽采瓦斯的方法进行了简要的论述。井上下联合抽采瓦斯的应用结果表明:采用地面压裂和井下联合抽采技术,克服了低渗煤层地面压裂效果差的缺陷,降低了抽采成本和瓦斯治理费用,为中小煤矿瓦斯抽采和区域治理提供了有效手段,同时释放了突出矿井产能。因此,具有一定的综合效益,是煤炭与煤层气开发的发展趋势。

晋城矿区井上下联合瓦斯抽采工艺及现场应用

为了实现寺河矿瓦斯的高效治理,本文提出了针对晋城矿区煤层瓦斯赋存特点的井上下联合抽采技术。开展了晋城矿区井上下联合瓦斯抽采技术的现状分析,并分析了煤层瓦斯的赋存特点,基于煤炭开发时空接替规律,将矿区划分为煤炭生产规划区、煤炭开拓准备区与煤炭生产区3个区间,在时间上体现为煤矿规划区实施地面井预抽、煤矿准备区实施井上下联合抽采、煤矿生产区实施井下瓦斯抽采。以寺河矿为背景开展现场实践,最终消除了煤与瓦斯突出危险性。