Top coal caving mining technique in thick coal seam beneath the earth dam

It is important to study the mining technology under structures for raising the coal resources recovery ratio. Based on the geological and mining conditions, the top coal caving harmonic mining technique in thick coal seam beneath the earth dam was put forward and studied. The 5 factors such as the panel mining direction, panel size, panel location, panel mining sequence and panel advance velocity were taken into account in this technique. The dam movement and deformation were predicted after the thick coal seam mining and the effects of mining on the dam were studied. By setting up the surveying stations on the dam, the movement and deformation of the dam were observed during mining. By taking some protective measures on the dam, the top coal caving mining technique in thick coal seam beneath the earth dam was carried out successfully. The study demonstrates that harmonic mining in thick coal seam is feasible under the dam. The safety of the earth dam after mining was ensured and the coal resources recovery ratio was improved.

循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。

山区高速公路总体路线方案设计与比选

针对山区高速公路沿线建设条件较为复杂,路线方案存在许多复杂和矛盾性因素,本文结合建设交通强国发展需求和辽宁省山区高速公路设计经验,提出“以人为本、绿色公路、品质工程、智慧工程”的项目理念,从地形、地质、可持续发展和经济等角度总结路线方案选线思路,并以赤峰至绥中高速公路(G4515)凌源(蒙辽界)至绥中段项目为依托,对临近自然保护区、煤矿和水库大坝段的线位进行方案设计和比选,确定最优方案,为打造出一条平安、绿色、品质的高速公路奠定基础。

煤矿地下水库平板型人工坝体抗震性能分析

煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于大柳塔2-2煤层煤矿地下水库基本情况,利用相似模拟实验、数值分析等研究方法,分析了不同地震(1~15 m/s^(2))作用下煤矿地下水库平板型人工坝体稳定性特征。相似模拟结果表明:煤矿地下水库平板型人工坝体可以抵抗10烈度以上(12 m/s^(2))地震作用,在由小到大地震循环加载作用下产生的最大位移为0.19 mm;人工坝体产生应力集中的位置主要在坝体底部,应力变化规律为底部>腹部>顶部,同一地震波作用下坝体反面应力峰值约大于正面10%,整个震动过程中人工坝体未出现裂隙发育情况,说明人工坝体始终保持弹性工作状态;顶部压力逐渐增加和循环地震作用过程中,人工坝体内应力急剧增加,坝体水平方向位移与非加压阶段相当,未表现出明显增加现象,但煤柱坝体在此过程中逐渐产生裂隙,最终裂隙贯通造成煤柱坝体垮落破坏。基于力学模型分析及模拟结果表明:大柳塔2-2煤矿地下水库坝体(煤柱+人工)在地震作用下未出现较大塑性变形,位移变化以垂直巷道方向最大,但变化范围均为毫米级,水库坝体在地震作用下保持较好的稳定性;由于人工坝体和煤柱坝体基础性质(强度、密度)不同,震动引起的加速度不同,造成人工坝体作用过程中加速度大于煤柱坝体(差值为1.14倍),导致坝体连接处剪切应力集中,是煤矿地下水库易发生破坏的关键位置。

煤矿地下水库煤柱坝体失稳机理及前兆信息

煤矿地下水库是解决西部矿区水资源保护利用的关键技术之一,维持水库安全运行的基础是工程安全,而水库坝体是保证工程安全的核心。针对煤矿地下水库煤柱坝体安全稳定问题,从煤柱坝体受到的顶板岩层压力(垂向应力)、储水高度(水平应力)角度出发,基于力学模型、相似模拟和数值计算等方法,综合分析煤柱坝体破坏时应力变化(垂直应力和水平应力)、裂隙发育及扩展情况、位移变化等多参量变化规律,研究煤柱坝体破坏时各参数变化特征,提出煤柱坝体破坏前兆关键信息,为现场煤矿地下水库安全运行监测预警提供基础。研究结果表明:煤柱坝体在垂直应力作用下,上覆岩层应力造成煤柱坝体破坏的位置首先为煤矿地下水库侧的坝体顶板处,煤柱尺寸越小越容易产生应力集中,承载的应力越大发生破坏的可能性越大,基于此得到了煤柱坝体破坏临界点;水平应力作用下,煤柱坝体共经历弹性阶段、初始破坏阶段和破坏增加等3个阶段,煤柱坝体在达到极限强度后才显现较明显的位移,煤柱坝体受到损伤,在水平应力降低后位移有回弹趋势,但煤柱坝体不适宜再继续储水;分析了引起煤柱坝体发生失稳的主要因素,垂直应力和水平应力共同作用下,煤柱坝体发生失稳的部位主要在临库侧小尺寸坝体顶板、底板及中间位置,以上湾矿为例,得到了15 m煤柱坝体能承载最大水头高度为50 m,但此时煤柱坝体已经发生破坏,即使降低水位煤柱坝体整体稳定性也受到不可恢复性破坏;综合研究煤矿地下水库煤柱坝体发生失稳的特点和规律,结合位移变化及煤柱坝体物理力学性质,得到了煤柱坝体破坏前兆信息,即在外力作用下达到极限强度前应对水库进行安全处理措施,建议在现场监测预警时重点监测水库侧尺寸较小的煤柱顶板应力变化信息,保障煤矿地下水库安全运行。

地下储水空间复合坝体力学性能实验研究

针对神东矿区地下储水空间的应用现状,为了更加深入地了解复合坝体的稳定性,通过现场取样与实验室制样,制备了煤柱+人工复合坝体试件,研究了不同含水率下复合坝体试件弹性模量、抗压强度及抗拉强度的变化关系。结果表明:煤柱+人工复合坝体试件的吸水率随浸水时间的增加而变大;弹性模量主要与坝体试件的结构有关,浸水对其影响较小,浸水对复合坝体试件的抗压强度和抗拉强度影响较大,且从浸水初期就低于自然养护的试件;随着含水量的增加,复合坝体试件的弹性模量和抗压强度总体均呈现降低趋势,抗拉强度上升趋势不明显。

水浸煤体周期应力承载特征研究

针对地下水库煤柱坝体长期在水浸-周期应力作用下渐进损伤问题,以陕西某矿地下水库工程为背景,通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法分析了工作面末采阶段煤柱坝体所受应力环境,探究了周期应力以及水浸对煤体的破坏规律。结果表明:煤柱坝体形成前受采动影响存在诸多次生裂隙,形成以后受水浸以及相邻工作面的采动影响,应力呈多次循环加、卸载特征;煤体单轴压缩时抗压强度为18.40 MPa,破断载荷为36.11 kN,循环加卸载1、2、3次的破坏载荷分别为35.27、29.15、27.45 kN,表明周期应力有加剧煤体损伤的作用;随着水浸时间及加卸载循环次数的增加,煤体强度逐渐降低,无水浸加卸载1次条件下煤块强度为17.97 MPa,水浸21 d加卸载3次时强度为10.78 MPa。

某熔炼系统生产模式优化实践

某企业熔炼系统采用双底吹炼铅工艺,该系统具有运行稳定,适应能力强等优点,目前该系统投料量约36t/h,底吹还原炉渣铅指标约1.5%,指标以及床能均存在不同程度欠缺,具有继续优化可能。结合该系统基础设备,通过理论分析、设备改进及生产结构改变,实现系统床能提升以及指标优化,从而使整条熔炼系统优化,有效确保单位时间内生产效率提升以及成本降低。

巷道内瓦斯爆炸状态下人工坝体的力学响应研究

当矿井发生瓦斯爆炸时,爆炸冲击波会破坏储水坝体,导致采空区储水大量涌出,甚至造成瓦斯与水耦合灾害,因此,人工坝体在极端条件下的稳定性对矿井安全具有重要意义。针对当前对井下人工坝体随瓦斯爆炸冲击波传播的力学响应特性研究较少的问题,利用LS−DYNA软件模拟了巷道内瓦斯爆炸对人工坝体力学性能的影响,研究了迎爆侧、黄土夹层及背爆侧受力状态、形变和应力特征,分析了巷道内瓦斯爆炸冲击波作用下人工坝体的动力响应过程。人工坝体表面载荷分布分析结果表明:当巷道内部发生爆炸时,人工坝体迎爆面的爆炸荷载为不均匀分布,同时在井下各结构相交区域,反射超压因反射冲击波的汇聚和叠加作用而产生明显的增强效应;随着爆炸能量的快速释放,迎爆面中心测点的冲量加载时程曲线表现为三阶段变化特征,当瓦斯体积为200 m3时,在起爆500 ms内,迎爆面中心测点的最大冲量可以达到0.04 MPa·s。人工坝体表面形变和应力分析结果表明:在0~500 ms内,迎爆面中部始终处于受压状态,中心节点的最大横向位移为0.319 mm,由于掏槽的作用,人工坝体四周受拉应力,在此处出现了最大拉应力及剪切应力;黄土夹层动力响应依次为“受压−压实−塑变−传压”,在该过程中黄土起到缓冲作用,最大位移为0.0675 mm;背爆侧墙体由于受到黄土夹层的挤压而发生力学响应,但应力都较小,外侧墙体基本处于安全状态。

浅埋高强度采动巷道围岩松动圈演化规律研究

为研究浅埋采动巷道围岩松动圈演化规律,保证煤矿地下水库的安全运行,以补连塔煤矿典型浅埋高强度综采面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场实测等方法对采动影响下的矩形巷道受力变形特征进行了分析。研究表明:浅埋高强度采动巷道松动圈主要集中在两帮呈"凸"型发育,受采空区残余支承压力影响程度大于工作面超前支承压力,巷道煤柱侧松动范围较工作面侧严重;巷道在二次采动阶段受一次采动和回采稳定的叠加影响破坏最严重,为保证遗留煤柱长期稳定性提出了锚网喷联合支护方法。研究成果为煤矿地下水库安全运行及类似条件下巷道围岩控制提供了科学依据。

水库坝体下厚煤层放顶煤协调开采技术

为解放水库坝体下压煤,提高煤炭资源采出率,采用理论分析、模拟计算和现场观测等方法,提出水库坝体下厚煤层放顶煤协调开采技术。首先考虑工作面推进方向、开采尺寸、位置、开采顺序和推进速度等5个因素,提出了水库坝体下厚煤层放顶煤五因素协调开采模型;在此基础上,分析计算了厚煤层放顶煤开采的两带高度、放顶煤协调开采后水库坝体的移动和变形值,研究了水库下放顶煤开采的安全性和坝体采动影响程度;并在水库坝体上建立地表移动观测站,对堤坝进行动态监测。研究结果表明:五因素协调开采模型应用于水库坝体下采煤是可行的,实现了水库坝体下厚煤层放顶煤安全开采,水库坝体未出现拉伸变形裂缝。

固化粉煤灰加高灰坝若干问题的探讨

研究了固化粉煤灰的性能特点 ;从防渗体系、抗滑稳定和防止不均匀沉陷等方面研究探讨了固化粉煤灰加高灰坝的工程措施与设计要求 ;结合工程实践 ,探索了施工技术要求、养护要点 .进行了技术经济效益和环境效益分析 ,证明利用固化粉煤灰加高灰坝技术可行、经济合理 。

关于加强非煤矿山安全监管工作的研究与思考(一)

用大量详实的统计数据全面介绍了我国非煤矿山安全生产的现状,在此基础上,从政府监管、企业管理、社会中介服务3个层面系统分析了我国非煤矿山安全生产工作中存在的问题,并针对这些问题提出了对策措施。

西部某水库大坝坝基保护煤柱范围的确定

西部某水库是一座具有供水等功能的大型水库,其下部埋藏大量的煤炭资源。大坝位于某煤矿井田北部勘探区范围内。按照概率积分法反演计算了三种工况的保护煤柱宽度,依据规范并结合开采地表沉陷规律,采用零沉降反演计算保护煤柱宽度,确定了大坝南侧保护煤柱宽度平均值;采用煤层群采动效应的数值模拟方法,对采动影响区地表变形和上部岩体应力和导水裂缝带高度进行了初步研究;为保证大坝安全,综合研究成果,最终采用2.5倍的安全系数划定煤矿禁采区的范围。

土石坝压煤开采对水库安全运行的影响

以某水库土石坝下的压煤开采工程为背景,结合其他矿区压煤开采的实测结果,应用概率积分法的数学模型进行了开采沉陷变形预计,研究了土石坝由于地下开采而引起的变形和破坏特征以及对土石坝的安全产生的影响。通过数值模拟以及水文计算的结果分析,开采沉陷变形对水库的防洪安全产生了很大的影响。

煤矿地下水库煤柱坝体宽度设计

地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下水库煤柱坝体的稳定不仅与埋深、采动应力、地质构造等工程地质条件有关,也与水作用下的弱化作用密切相关。为研究煤矿地下水库煤柱坝体在水作用下强度弱化规律,选取西部矿区麻地梁矿5煤为研究对象,开展煤样无损浸水试验和不同含水率及反复浸水条件下单轴压缩试验。研究得到:不同含水率的煤样在0～20 h内,含水率快速增长; 20 h之后,含水率增长变缓,在20～70 h,含水率慢速增长;在70～140 h,煤样含水率增长接近稳定;煤样含水率随着浸水时间的增加而增加,但增幅逐渐减少,最终趋于稳定;随着含水率(浸水次数)的增多,煤样单轴抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐增大,弹性模量逐渐降低。相较于干燥煤样,初次饱水煤样、浸水3次煤样单轴抗压强度分别降低了27.1%,50.0%,弹性模量分别降低34.6%,58.5%。结合实验室试验结果,运用弹塑性力学理论探讨了煤柱坝体在不同含水率下破坏区、塑性区宽度,开展了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度设计研究,并结合麻地梁矿的工程地质条件,对其地下水库坝体的宽度进行了设计。同时,进一步分析了煤柱坝体宽度的影响因素,得到含水率、埋深、煤层采厚均对煤柱坝体宽度有很大影响。

煤矿地下水库煤柱坝体极限水头值研究

安全煤柱坝体所能承载的极限水头值大小对煤矿地下水库系统安全运行有很大影响。以李家壕煤矿为例,综合运用数值模拟,理论分析研究了水库稳定性与煤柱坝体所能承载的临界水压的关系。二者对于煤柱稳定性的影响相反,最后利用煤柱所能承载的极限水头值与塑性区宽度之间的函数关系对安全煤柱的极限水头值进行了预测。

黄陵煤矿采煤中弃矸流失及其防护工程设计

黄陵煤矿在建设和采煤期间大量排弃矸石、渣和破坏森林植被，将可能产生严重的水土流失。根据设计暴雨洪水分析，设计了两座拦矸坝和两座拦矸堰及其它防护设施，以控制弃矸流失，保护矿区生态环境。

煤矿地下水库人工坝体安全多层次模糊综合评价研究

基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因素,建立坝体安全综合评价指标体系,采用层次分析法计算各层级因素的权重,建立比较判断矩阵并满足一致性检验;根据坝体安全评语集,以模糊理论为基础结合专家调查表,确定评价因素隶属度、评价矩阵并综合评价。应用该模型对神东矿区大柳塔矿地下水库人工坝体安全现状进行评价,结果表明坝体处于安全状态。