超高水材料在残区开采灭火中的应用

针对易自燃发火煤层边角残采区域压力大、过老硐频繁、漏风大等特点,结合徐州矿务集团有限公司三河尖煤矿的实际情况,选取了经济实惠、易于操作的超高水充填材料对老硐进行全断面充填,不仅解决了防灭火问题,同时也解决了回采过老硐的问题,确保了工作面的安装和回采,取得了良好的效益。

矿井残区资源回收通风系统的优化

随着矿井的衰老,庞庄煤矿进入残余煤柱开采。为提高残区开采的安全可靠性,采用了综采技术回收采区上山煤柱、大巷煤柱和采空区残块。由于地压大,巷道变形严重,维护困难,造成矿井通风阻力大、环节多、漏风大,必须进行通风系统的优化。介绍了-620 m西二采区残区资源回收通风系统优化方案,以满足安全生产需要。

关于残区开采的地应力问题

本文从主观和客观两方面分析了三河尖煤矿东四采区东半部分的4次巷道冒顶的原因,对7411小面切眼发生冲击矿压事故、7409采空区老底集聚高能量释放的原因进行了介绍,阐述了残区开采地应力的特点及影响规律,对区域采掘活动提供指导和参考。

晋西黄土残塬区不同植被恢复类型土壤的碳含量和稳定性

晋西黄土残塬区不同植被恢复类型下土壤有机碳组分及其稳定性的深入研究,可为生态脆弱区植被恢复工程提供更丰富的数据支撑,同时也为黄土高原地区双碳目标的评价和实施提供科学依据。以黄土残塬地区4种不同植被恢复类型(油松人工林、刺槐人工林、侧柏人工林和天然次生林)为研究对象,测定生长季内不同土层(0~10,10~30,30~60,60~90,90~120,120~150,150~180和180~200 cm)的各组分碳质量分数和土壤密度、pH值、含水率、全氮、全磷和全钾质量分数,采用主成分分析、相关性分析和网络相关分析等统计方法,探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳组分及其稳定性变化规律。结果表明:1)在长期植被恢复过程中,0~200 cm土壤总碳储量由高到低依次为油松人工林>天然次生人工林>侧柏人工林>刺槐人工林,其土壤总碳储量分别为0.51、0.44、0.35和0.31 t/hm^(2),其中,油松人工林和天然次生林的碳储量更高。2)天然次生林在0~30 cm土层内的活跃有机碳组分中的土壤轻组碳和土壤颗粒有机碳及稳定有机碳组分土壤重组有机碳和土壤矿物质有机碳质量分数最高,在30~200 cm土层内则是油松林地最高;而侧柏和刺槐人工林则没有明显的变化。3)4种林地的土壤各碳组分与土壤pH值、土壤密度和全钾质量分数具有负相关性,与土壤总氮质量分数、水溶性有机碳、总磷质量分数和含水率具有正相关性,土壤全氮、全磷质量分数和水分对于土壤有机碳组分的积累有积极影响。4)通过对0~200 cm土层的4种不同植被恢复类型的土壤碳质量分数分析,发现在晋西黄土残塬区的天然次生林地和油松人工林土壤碳库及其稳定性最好,有更好的水土保持固碳效益。从长期来看,该研究区植被恢复应以自然恢复为主,人工恢复方式应以油松林作为主要树种。本研究结果可为生态脆弱区植被恢复和水土保持实践提供科学参考与建议。

煤矿不规则残采区沿空巷道煤柱留设及支护研究

为更科学合理地留设不规则残采区沿空巷道煤柱与有效控制巷道围岩,本文基于山西某矿3306工作面工程概况,通过进行数值模拟与进行现场实测,确定出了沿空掘巷煤柱合理宽度;优化了巷道支护方案,采用了高强度高预应力锚网索进行联合支护,应用该联合支护方案后,该巷道的顶底板移近量变小,两帮移近量也大幅变小,符合了矿井安全生产要求,取得了较好的巷道支护效果,有效控制了巷道围岩变形,更好地保障了矿井安全生产。

残采区群柱遗煤资源绿色开采与地下空间开发技术挑战

残采区遗留煤柱群(后文简称“群柱”)分布广泛,储量可观,且多为稀缺优质资源,具有良好的开采价值与潜力。残采区群柱遗煤资源长期滞留极易自然发火,污染环境、危害健康且加剧碳排放。残采区群柱遗煤资源受内在特征及外部环境影响可能会发生链式失稳,引发覆岩垮落、地表沉陷、动载矿压、瓦斯涌出、涌水溃砂(泥/煤泥)或火区扩展等多元灾害,并威胁安全绿色开采。残采区群柱遗煤资源开采还会形成大体积的采动空间,也是潜在的可开发“资源”,用于储CO_(2)、储氢、储油、储水等。残采区群柱遗煤资源开采面临的主要技术挑战包括:赋存状况如何精准勘探、附近积水如何超前处理、自然发火如何有效防控、周边积气如何充分处置、开采方法如何科学选择、围岩如何针对性控制等。群柱遗煤资源开采涉及到地下空间的“充填主动开发”与“注浆被动改造”,面临的技术挑战有:关键域充填/注浆位置在哪里、关键域充填/注浆材料用什么、关键域充填/注浆技术参数优化、关键域充填/注浆地下空间稳定运维等技术难题。上述研究有望为残采区群柱遗煤资源绿色开采和空间资源的高效开发提供科学指导与决策依据。残采区群柱遗煤资源的安全绿色高采出率开采与地下空间开发任重道远,需要严格遵守《煤矿安全规程》和地方各级政府部门制定的技术规范与要求,综合考虑精准勘探、积水处理、发火防控、积气处置、方法选择、围岩控制及其他隐患治理等,因地制宜开展群柱遗煤资源开采与地下空间开发的“安全论证-方案设计-理论突破-技术攻关-装备研制”,力争实现残采区群柱遗煤资源的绿色开采与地下空间开发基础理论与关键技术的突破,助力我国煤炭工业的高质量发展。

不规则残采区沿空巷道煤柱留设与支护探讨

为了确定不规则残采区沿空巷道煤柱宽度,以大阳煤矿3306工作面顺槽为工程实例,采用数值模拟和现场实测等方法探讨沿空掘巷煤柱宽度合理尺寸;分析表明,沿空掘巷过程中采用的煤柱宽度越宽,巷道两帮的围岩更加稳定;煤柱宽度在6 m以下巷道围岩顶底板和两帮变形量较大,沿空掘巷煤柱尺寸范围在6~10 m可保障巷道围岩稳定,最终选用8 m宽的煤柱。现场观测表明,留设8 m煤柱时,在优化(补强)支护方案,即采用高强度高预应力锚网索联合支护后,巷道顶底板和两帮移近量满足安全生产要求,支护取得效果良好。

残采区复采矿压显现规律模拟研究

残采区复采与正规开采相比,影响因素多,技术难度大,矿压显现规律对残采区复采具有重要的指导意义。以腾晖煤矿2号煤层残煤复采区为研究对象,通过UDEC数值模型软件模拟复采工作面过采空区和空巷推进过程采场中岩层的位移和应力变化,对矿压强度进行分析。研究发现:复采工作面上分层存在采空区时,复采工作面推进57 m时,推进至残留煤柱中部,垂直应力达到最大,约为1.3 MPa.当复采工作面推进65 m过煤柱后,应力递减明显,垂直应力约为0.8 MPa.当复采工作面推进至上分层煤柱下方中部,工作面的压力达到最大,继续推进至煤柱后部时复采工作面的压力逐步变小。

基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法

镜像铣加工装备及其加工工艺是蒙皮零件加工的有效手段,其特殊工艺对加工刀轨提出了等步距、无交叉、无抬刀且无残留等特殊要求。针对蒙皮零件加工特征的复杂形状,在满足等步距、无抬刀、无交叉的条件下对加工残留区域进行刀轨优化是一个难题。为解决以上难题,本文提出了一种基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法。该方法基于特征将蒙皮零件的工艺信息与几何信息相关联,自动提取加工特征的加工面及其对应的刀轨,将刀轨分割成若干段子刀轨,并构建子加工区域,再利用布尔并运算得到最终可加工区域。然后对加工面区域与最终可加工区域求布尔差识别出加工残留区域,并根据加工残区位置自适应生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的优化刀轨。以典型复杂蒙皮零件验证本文提出的方法,结果表明,基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法可自动识别加工残区,并生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的加工残区优化刀轨,为提高蒙皮零件数控编程效率提供技术支撑。

白家庄煤矿垮落法残采区上行开采相似模拟实验研究

针对白家庄煤矿垮落法残采区上覆煤层开采问题,通过室内相似模拟实验研究发现,受两次采动影响,上行开采层间岩层出现了裂隙产生、扩展甚至贯通的过程,导致其层间岩层发生了结构性变化。掌握了垮落法残采区上行开采层间岩层的应力传递规律,再现了垮落法残采区上行开采层间岩层受两层煤开采共同影响作用下的移动变形全过程和岩层结构演化过程,揭示了垮落法残采区上行开采层间岩层存在块体梁-半拱结构控制层的结构机理与其力学特性。

垮落法残采区上行综采技术条件判定理论及方法

针对垮落法残采区上方遗弃煤层综采问题,分析了现有上行开采可行性判定方法的不足,从层间岩层结构的角度,提出垮落法残采区上行综采存在层间岩层控制层的思想,并给出了控制层的具体判别方法。充分考虑上下煤层开采对控制层的影响,根据上行综采底板岩层不同区域受影响程度及其变形形态的不同,划分了上部煤层直接底板变形盆地中央区与四周区,并分别给出了中央区与四周区上行综采可行性的判定公式,形成了垮落法残采区上行综采可行性判定理论及方法。用本文提出的方法判定白家庄煤矿垮落法残采区6号煤层上行综采可行,经工业试验检验,矿压显现不明显,开采情况正常。

残采区多形态废巷注浆综合治理技术

针对海天煤业井田范围内存在大量废巷问题,通过现场调研、钻孔窥视、理论分析等方法研究了废巷的存在形式,依据废巷的特点将其归纳为完整型与冒落型两种形式。基于此研究了治理方案,提出针对完整型废巷的地面建站注浆充填工艺与针对冒落型废巷的井下移动式注浆加固工艺,并分别提出与之相适应的注浆材料,即粉煤灰基材料与新型双液材料。工程实践表明:地面建站充填工艺治理完整型废巷效果较好,系统制浆能力可达60 m3/h,并能够实现自动化控制。井下移动式治理工艺对于冒落型废巷具有较强的适应性,可以解决冒落区的成孔难与漏浆问题。通过对以上两种类型废巷注浆治理后,工作面推进均较为顺利,没有出现影响工作面正常生产的顶板、瓦斯问题。

“上柱-下垮”复合残采区中部残煤开采可行性评价

针对白家庄煤矿"上柱-下垮"复合残采区中部残煤的安全开采问题,采用实验手段研究了多重采动影响下中部残煤采场岩层的垮落特征、应力分布规律及塑性区分布范围,结合弹塑性力学理论分析了上下煤层开采造成的损伤破坏范围,对中部残煤开采可行性进行了研究。研究表明:(1)上下煤层的采动影响并未破坏中部残煤的宏观连续性,且在中部残煤开采过程中,上覆岩层结构相对稳定;(2)采场岩层的支承压力与塑性区的分布范围基本一致,二者皆可以评价上下煤层开采后层间岩层的损伤破坏范围,其损伤范围包含整个上位层间岩层和下位层间岩层的局部范围;(3)中部残煤主要受上部煤层开采影响,处于上部煤层开采损伤破坏范围之内,因此在中部7号残煤开采过程中,其采场顶板稳定性较差,应采取合理有效的顶板控制措施保证安全生产。

黄土残塬区人工降雨条件下坡耕地水蚀研究——Ⅲ.坡耕地小麦休闲期秸秆覆盖的防蚀效应

采用室内径流冲刷和野外人工降雨模拟试验相接合的方法，对隰县黄土残塬区坡耕地小麦休闲期秸秆覆盖的阻延流速、增加糙率，以及减少土壤侵蚀量的作用和影响作了探讨与研究。结果表明：秸秆覆盖具有阻延流速（可达６～２５ｃｍ／ｓ）和增加糙率（可增加０．０２～０．０３）的功能，能够延缓起流时间，降低洪峰流量和沙峰值，减少泥沙含量和控制土壤侵蚀（可减少５０％～８０％），但其效果随坡度的增加而减弱，随覆盖厚度的增加而增加。

晋西黄土残塬区退耕还林(草)地鼠类天敌资源及其利用与保护

通过对晋西黄土残塬沟壑区退耕还林(草)地鼠类天敌的资源调查,查明鼠类天敌22种,隶属3纲4目7科。食性分析表明,在这些天敌的食物中,鼠类占蛇类食物的63.64%,占猛禽鸟类食物的59.62%,占中小型食肉哺乳类食物的71.43%。同时,对部分天敌的食量进行了测定,对天敌的灭鼠作用进行了评估,并针对当地情况,提出了对天敌的保护利用措施,为提高天敌数量,发挥自然界中天敌对鼠害的控制作用奠定基础。

晋西黄土残塬区水土保持生态建设模式探讨

立足于晋西残塬区水土保持生态建设的实践进行模式优化设计 ,在设计内容上 ,以水土流失治理为基础 ,水资源高效利用为“轴线”,粮食增产和农民增收为“目标”,初步形成水土资源高效利用 ,粮食高产 ,优质林果生产与畜禽养殖 ,多元庭院开发等技术体系 ,构建了以农、林、果、牧四大产业系统为“纵线”和塬、坡、沟、庭院四大系统为“横线”的高效生态经济复合网络系统 ,为晋西黄土残塬区水土保持综合治理 ,黄土高原环境改善 ,资源利用 ,经济开发 。

晋西黄土残塬区人工集流场形式优化设计

在黄土残塬地区,旱井作为解决当地农业用水的一种有效途径,已被越来越多的人所认同。而在旱井集雨系统中,旱井集流场所汇集的降雨径流及其含沙率的多少,又直接关系到工程效益的发挥和寿命的长短。该文利用人工降雨试验,并辅以天然降雨观测,系统分析了旱井系统中人工集流场的产流量、产沙率、集流效率与下垫面材料、坡度、雨强的关系,最终遴选出适合当地条件的最优坡度及下垫面材料。研究认为在经济、便捷与高效的原则下,采用5°左右坡的裸露夯实黄土面,可有效利用当地有限的雨水资源。

黄土残塬区人工降雨条件下坡耕地水蚀研究——Ⅱ.以积水为依据的细沟分类及其侵蚀

在人工降雨条件下，研究了黄土残塬区坡耕地（≤１５°）细沟形成的机制和产流产沙特征，提出了积水是影响细沟侵蚀的重要因子，认为坡面薄层均匀流汇集和洞穴灌入水均是积水的特殊形式，并根据积水形成与汇集特征将细沟划分为漫流汇集型、积水渗漏汇集型、洞穴积水诱发型、积水穿洞汇集型和积水溢流汇集型５类，分析了不同细沟类型的侵蚀特征及其对坡面侵蚀总量的贡献。同时指出积水受多种因素的控制，主要是降雨特征、坡度和耕作措施。

黄土残塬区荒坡地林草优化组合治理模式研究

针对荒坡地不同坡度的生境特点,研究提出了以兼用型速生优质饲草——艹律草为先行草种与核桃、刺槐、沙棘等乔灌林木优化组合的治理模式,解决了工程措施后当年大面积裸露地表水土流失严重的问题,形成了当年、短期和长期持续稳定的综合治理模式,达到生态、社会、经济效益的协调统一;同时为当地舍饲畜牧养殖业的发展提供大量优质饲草,实现山川秀美与畜牧业发展双赢。对于广阔的西部地区的荒坡治理与开发具有重要的借鉴价值和应用价值。