煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸−转−固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67%,底鼓量降低了77.2%。而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重。由此可得,围岩控制效果显著。该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果。

基于FLAC3D结构单元的联合支护效果数值模拟研究

为探究复杂地质条件下采场底部出矿结构的稳定性,以某高地应力、软破碎矿体开采为实例,采用理论分析和数值模型研究方法构建了典型尺寸采场的数值模型,分析回采过程中应力卸荷对底部结构的影响,以及底部支护结构在开采过程中的稳定性变化情况。研究表明:随着矿体的回采,应力重分布过程中逐渐向底部结构转移,出矿进路两侧出现最大主应力达17 MPa;联合支护方案显著改善巷道围岩应力分布,使矿房底部结构应力分布更为均匀;在矿房回采的不同步骤中,由于应力的释放导致应力分布发生变化,应加强巷道中部的应力释放的控制措施和靠近拉底巷道部分的顶板支护。研究结论可为采用类似采矿方法的矿山优化采场结构参数和支护方案设计提供参考。

高应力软弱厚煤层沿空巷道矿震风险控制

矿震是深部高应力回采巷道失稳的重要原因,以余吾煤业N2106回风巷为例,开展了高应力软弱厚煤层沿空巷道矿震风险控制研究,研究结果表明:(1)巷道对回采扰动的敏感性极强,最大影响范围为397 m。(2)大能量微震事件密集分布于巷道煤柱帮侧围岩,巷道底煤和两帮是容易出现破坏的部位。(3)巷道失稳破坏的临界应力条件为18.41 MPa,单位长度巷道煤体释放能量为2.29×10^(6)J,顶板释放最大能量为8.6×10^(7)J。(4)提出采用应力和能量的协同控制策略对矿震进行防治设计。

底侧卸式矿车外动力卸载设施的研究与应用

大型有轨运输矿车设有专用卸载站,站内矿车沿卸载曲轨运行。针对矿车通过卸载站时电机车无法产生驱动力,导致矿车无法稳定通过卸载站问题,从矿车通过卸载站机械能变化情况出发,以塞尔维亚某铜矿卸载站为例,分析矿车卸载过程中速度变化情况,并通过设置外动力设施控制卸载运行速度,使大型有轨运输矿车卸载平稳可靠,对生产系统自动化起到了极大促进作用。

基于深海矿车-稀软土相互作用的矿车触底过程分析

多金属结核赋存在深海5.0 km左右的平原区域,该区域的稀软沉积物含水率高、承载力低。深海采矿车在触底过程中,矿车下方稀软沉积物受到冲击后易发生扰动破坏,从而极易引发矿车沉陷,这将严重影响矿车的正常作业,甚至会导致停机。矿车是否沉陷与其触底后的应力分布形式密切相关,但尚无理论对其进行分析。通过开展采矿模型车不同触底速度下的触底试验,揭示了矿车触底后下方土体竖向应力随时间的变化规律及分布范围。在传统理论基础上,推导并验证了一种考虑履齿影响的竖向应力值的理论公式。研究发现,触底后下方土体的应力值会快速增长并趋稳定,且达到稳定应力值所需时间与触底速度成反比。随着触底速度增大,矿车下方应力泡形状会从平滑单峰向单峰两侧有平台的形状变化,车体正下方的应力传播得最远。相对于平板,履齿板应力影响深度显著增加。经误差分析,改进的理论公式比传统理论与试验结果吻合效果更好,提升了深海矿车触底后应力计算精度。文中研究围绕矿车触底后的海床应力分布进行了一系列讨论,可为深海矿车低扰动、防沉陷设计提供理论参考。

块煤防破碎螺旋溜槽技术在新田煤矿的应用

新田煤矿由于井底煤仓内原煤落差大,易导致块煤破碎,造成块煤损失率高。针对新田煤矿煤质特性以及井底煤仓的结构特点,提出在井底煤仓加装防破碎螺旋溜槽的方案,介绍了螺旋溜槽防破碎原理及在新田煤矿的应用效果和取得的技术经济效益。

熊耳山矿集区小河流域水体及底泥重金属污染评价

这是一篇矿山环境领域的论文。河流是矿产资源开发过程中产生的重金属最主要的迁移途径和汇聚地,熊耳山矿集区矿产资源开发对河流的影响程度尚不清晰。为准确掌握熊耳山矿集区矿产资源开发对河流重金属的影响,以矿集区内小河流域的水体和底泥为研究对象,分析了小河干流及其主要支流水体和底泥中Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg重金属含量特征。用单项污染指数和内梅罗综合污染指数法对水体重金属污染程度进行评价;用地质累积指数法和质量基准法对河流底泥中重金属累积程度和污染程度进行评价。结果表明,小河流域水体中6种重金属平均含量在0.08~289.86μg/L之间,污染程度As>Hg>Cd>Pb>Cu>Zn,主要重金属污染物为As、Hg,主要污染河段分布于矿业活动强烈区,矿产资源开发是引起河流水体污染的主要因素。Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg在小河流域河道底泥中累积效应显著,重金属污染程度严重,质量基准法评价结果显示,小河流域底泥中Pb、Cd、Cu、Zn、As、Hg所有样品均严重污染,综合地质累积指数法和质量基准法评价结果,小河流域河道底泥污染程度:Pb>Cd>Cu>Zn>As>Hg,其中Pb、Zn、Cu、Cd是主要污染元素,Hg,As是次要污染元素。研究认为:熊耳山矿集区矿产资源开发是引起小河流域水体、河道底泥重金属污染的主要因素,已经对河流水体和底泥造成不同程度的重金属污染,加强矿产资源开发全过程的源头治理和监管,是保护和改善小河流域重金属污染的根本手段。

铜矿峪矿530m中段4~#EE矿体开采技术方案研究

受矿体形态、赋存条件和矿岩可崩性等因素影响,金属矿床地下开采须经过科学严谨的论证,选择安全性高、可行性强、经济效益好的开采方案。铜矿峪矿主要采用自然崩落法开采,为充分回收矿产资源,主矿体开采范围以外的530中段4~#EE矿体,根据矿体赋存条件,充分论证比较后选择了“上部‘预摘’+下部自然崩落法+侧翼有底柱分段崩落法”的联合开采技术方案。本方案兼顾了不同崩落法采矿工艺的优点,降低了矿体形态复杂、规模相对较小,以及可崩性差等不利因素影响,技术可靠性大幅提升,回采率显著提高,经济效益大幅提升,实现了安全、经济、高效开采。本次联合开采技术方案的成功运用,对于类似特点的金属矿体地下开采具有很强的借鉴意义,并且文中提到的“预摘、预裂爆破、废石分出”等扩大自然崩落法适用范围的技术措施值得推广和借鉴。

煤矿底板突水的影响因素及防治技术研究

煤矿采煤过程中,突水现象时有发生,严重危害了煤矿企业的安全生产。以山西省平口煤矿为例,结合现场钻孔观测数据和经验公式计算了煤层底板导水破坏带高度,对地层压力、地质构造、开采参数及含水层压力等是影响煤矿底板突水的主要因素进行了分析,采用了煤层底板注浆和采煤方式优化等技术措施提高含水层采煤的安全性,有效降低了平口煤矿底板突水的可能性。

疏放条件下新生界底部含水层数值模拟及排泄量评价

我国东部隐伏矿区煤层开采会引起新生界底部含水层(简称“底含”)地下水间接补给基岩面下砂岩含水层,这不仅会导致地面沉降,同时也增加了矿井排水量,排泄量的确定为矿井水害防治和沉降量的预测提供了一定的依据。以淮南煤田板集矿为例,通过对9煤顶板砂岩含水层疏放导致与上覆“底含”补给关系的分析,构建了“底含”数值模型,获得了其水文地质参数,采用水均衡原理计算并评价其排泄量。结果表明:研究区“底含”可划分为5个水文地质单元区块,渗透系数为0.433~0.824 m/d,弹性释水率为1.8×10^(-6)~3.6×10^(-6)m^(-1);在砂岩水疏放条件下,不同阶段“底含”排泄量约占疏放水总量的1/4,其来源主要为侧向补给和静储量消耗;因此,通过基岩风化带的注浆,封堵“底含”与煤层顶板之间的水力通道,是治理“底含”水补给砂岩水的有效措施。

音频电透视与瞬变电磁法联合探测唐家会煤矿底板奥灰水的应用效果

煤矿工作面底板突水严重威胁了安全高效生产,如何准确有效地预先探明底板隐伏异常含水体是煤矿防治水的关键。大量现场经验表明,单一的工程物探方法因其客观存在的局限性,往往难以满足复杂的生产需求。综合物探法具有数据丰富、方法互补等优点从而得到广泛应用,对煤矿防治水具有重大意义。以唐家会煤矿62103工作面为例,提出了矿井瞬变电磁法和音频电透视相结合的综合物探方法,对62103工作面底板地质情况进行了综合勘察分析,并利用定向孔钻进技术进行了验证。综合物探法探测到的工作面1号和2号低阻异常平面位置基本一致,分析认为1号低阻异常反应为煤层底板下岩性富水性较强所致、发育深度在底板下0-80m范围内,2号异常区域为裂隙较为发育所致、发展深度集聚于底板下侧的0-40m左右。定向孔钻遇1、2号异常体均存在出水量异常增大的现象,表明综合物探法探测结果具有较高的准确度。矿井瞬变电磁法和音频电透视相结合的综合物探法为煤矿安全高效生产提供更为准确的水文地质参数,是未来煤矿防治水安全的重点发展方向。

胡底煤矿底抽巷快速掘进技术研究与应用

为解决胡底煤矿高瓦斯高突出矿井采掘接替紧张的问题,开展了底抽巷快速掘进技术研究及应用工作。根据胡底煤矿的地质条件,分析了围岩破坏及稳定性的控制机理,优化了掘进支护参数,改进了掘进工艺和施工工序,在显著提升巷道掘进速度的同时保证了巷道支护的效果。现场应用结果表明,1307底抽巷月掘进效率同比提高了47%,同时巷道围岩变形得到了有效控制,对于类似采掘接替紧张的高瓦斯矿井的治理提供了参考。

基于DEM的露天煤矿坡顶线与坡底线的提取研究

以黑岱沟露天煤矿0.5 m分辨率DEM为例,运用ArcGIS软件,提出一种基于高分辨率DEM的露天煤矿坡顶线与坡底线提取方法。通过计算DEM中坡顶和坡底的平面曲率,利用矿山DEM在坡顶、坡底的平面曲率与坡面、平盘的平面曲率存在差别,从而分离坡顶线和坡底线。该方法操作简便,精度较高,为我国露天煤矿地理信息生产提供了技术支持。

近距离重复采动煤层底板破坏深度微震监测研究及应用

带压采面底板突水事故是矿井常见的生产事故之一,预防底板突水有效方法是进行底板破坏深度探测。针对平煤股份十矿近距离重复采动煤层存在隔水层被二次破坏、底板破坏深度叠加、底板易涌水突水等实际问题,通过采用矿井微震动态监测和理论计算两种方法,对重复采动煤层底板破坏深度进行对比分析,绘出非常接近正态分布的微震事件底板破坏深度区间分布图,得出了精确的底板破坏深度发育范围,为提高煤矿水害预测能力和安全管理水平奠定了基础。研究表明:微震事件优势发育时间段为08:00-15:00的检修班期间内,主要集中在采线前方150 m范围内,顶板微震事件发育最高到己17煤层顶板96.67 m,底板微震事件发育最深到己17煤层底板84.78 m,取置信度为95%情况下确定工作面底板破坏深度的发育下限为40 m,且破坏深度处于理论分析范围内(35.02~42.96 m),验证了微震动态监测应用于探测底板破坏深度的准确性。

煤炭综采工作面薄煤层液压支架抬底机构研究

为解决工作阻力在8 000 kN以上的薄煤层液压支架前行人通道宽度与抬底机构布置形式及抬底量之间的矛盾,将杠杆机构引入抬底机构中,在分析了该种抬底机构的位置及组成基础上剖析了其关键技术。实际应用效果表明,该机构可以很好地解决行人通道与抬底形式及抬底量之间的矛盾,为工作阻力在8 000 kN以上的薄煤层支架抬底机构形式提供了一种参考。

深部极近距离煤层群开采底抽巷层位布置研究

以平煤八矿深部极近距离煤层群为工程背景,对深部极近距离煤层群开采条件下底抽巷的合理布置层位展开了研究;采用FLAC^(3D)数值模型,模拟了底抽巷顶板与己_(16-17)煤层不同净岩距离下煤层的塑性区、应力场和位移场演化规律。结果表明:当净岩距离为3、5 m时底抽巷上方煤层受到采动影响可以分为卸压区、应力集中区和原岩应力区;净岩距离为8~15 m时,上方煤层受到采动影响可以分为卸压区和原岩应力区;底抽巷的最优布置层位为保留净岩距离8~10 m;底抽巷掘进后,位于其正上方的位置卸压效果最好,该区域煤体充分变形,瓦斯治理较为容易,有利于后期煤巷的支护与维护,是布置煤巷的最佳位置;现场监测有效验证了底抽巷在该净岩距离下治理深部极近距离煤层群工作面瓦斯突出危险性的可靠性。

协同锚固技术在大采深构造带区域巷道支护中的应用

为有效控制26轨道下山在大采深临近构造带附近时,受到地应力作用产生的巷道变形加剧现象,通过研究分析协同锚固理论,优化支护方案,增加巷道底板施工槽钢+注浆锚索的加固措施,实践表明:采取加固措施后,底板变形移近量为13.4 mm,相较于未采取底板加固措施的31.2 mm,减小17.8 mm的移近量,协同加固方案取得显著加固卸压效果。

煤矿防治水作业中定向钻探技术研究

煤矿井下积水会增加井下气体浓度,影响井下作业安全,防治水可以及时排除井下积水,保障井下作业人员的生命安全。主要利用定向钻探技术,探查煤矿内老空积水现象、探测煤炭作业面底板承压、顶板水的探测技术、定向探水钻孔、开展注水耐压试验,保证煤矿防治水作业更顺畅,保障了井下安全生产和地面地下水环境的安全。

综放回采巷道支护方案设计及工程实践应用

为解决综放回采巷道在断层破碎区域导致其对应地质条件越发复杂,对应支护难度较大导致影响生产效率和安全性的问题,以1193综放工作面为例在分析其基本条件和支护现场的基础上,制定监测方案对当前支护方案的支护效果进行评价;结合监测结果提出支护方案的优化措施,最后对优化后支护效果进行综合评估。

Optimizing Non-Ferrous Metal Value from MSWI Bottom Ashes

The bottom ashes resulted annually from the incineration of municipal solid waste in Europe contain about 400,000 tonnes of metallic aluminium and 200,000 tonnes of heavy non-ferrous metals, such as copper and zinc. Efficient recovery of this non-ferrous metal resource requires state-of-the-art separation technologies and a continuous feedback of laboratory analyses of the metal products and the depleted bottom ash to the operators of the bottom ash treatment plants. A methodology is presented for the optimization of the production of non-ferrous metal value from Municipal Solid Waste Incinerator bottom ash. Results for an incineration plant in the Netherlands show that efficient recycling can have a significant impact on value recovery as well as on non-ferrous metal recycling rates, producing up to 8% more revenue and 25% more metals from the ash.