基于CESE方法的煤矿风井泄爆全过程模拟与消波增效研究

为揭示煤矿风井泄爆过程、探寻增强泄爆效果方法,针对现行泄爆方法和多种改进泄爆方法,建立了系列全尺寸三维仿真模型,利用LS−DYNA软件的CESE求解器,进行了全过程流固耦合模拟分析。结果表明:现行防爆门在泄爆过程中会引发较强烈的反射冲击波且不能快速有效地予以消弱,致使风硐中先后出现可对风机造成二次冲击的2道冲击波;去除防爆门立壁结构对提升泄爆效果作用不明显,但可使防爆门受到的冲击明显减弱;在一定范围内,减轻防爆门质量对提高泄爆效果的作用较为有限,且会使防爆门吸收的爆炸能量明显增加;在增量不大的情况下,增大防爆门到风井和风硐交岔点的距离即能有效改善泄爆效果;侧向和正向先行泄爆方法均能明显增强泄爆效果,并对防爆门有显著的减冲和保护作用,在算例条件下,最优可使反射波超压峰值下降49.4%和28.3%;防爆门开启时间、泄爆面积和防爆门到风井/风硐交岔点的距离是影响泄爆效果的重要因素;风井达到良好泄爆效果所需要的开启时间比现行防爆门要短得多;仅在井口设置防爆门存在不能消减风硐中第1道冲击波超压峰值的局限性。基于对风井泄爆过程、机理和方法的新认识,提出了以“两区域多通道”泄爆为特征的主辅防爆门协同泄爆方法,以系统提升风井泄爆效果和防爆水平。

工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术

针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。

煤矿超高大主井井塔设计

目前我国很多大中型矿井、尤其寒冷地区矿井,井筒提升系统多采用井塔提升,井塔是矿井生产重要的工业建构筑物。通过对塔然高勒矿井主井井塔体系布置、结构整体分析、基础设计、结合实际设计及建设经验,介绍主井井塔设计要点及设计注意事项,特别是为在人工快速解冻冻融土地基上建设井塔提供了设计参数和经验,为煤炭矿井主井井塔设计提供参考和帮助。

煤矿斜井施工安全技术研究

为提升煤矿斜井施工安全性,通过案例分析的方式,以神东煤炭布尔台煤矿副斜井(三段)井筒砌碹延深工程为例,对煤矿斜井施工安全技术进行研究。研究表明:煤矿斜井施工时应注重断面施工、支护施工、掘进施工、运输系统、通风系统及其他等方面安全控制,可见煤矿单位只有根据煤矿特点设计出合理的斜井施工方案才可提升煤矿开采安全性。

煤矿竖井井筒装备安装技术与安装质量管控探究

本文通过深入分析井筒装备选型与设计原则、安装方案设计要点与考虑因素等方面,揭示了煤矿竖井井筒装备安装质量管控的难点。研究发现,规范化安装流程与操作指南、加强设备选型与设计优化等措施对提升煤矿竖井井筒装备安装质量具有显著效果,旨在为我国煤矿竖井井筒装备安装质量的提升提供理论支持和实践指导。

煤矿立井四角罐道动力响应测试方法及结果分析

为探究煤矿立井四角罐道的力学特征,自主设计了一种适用于四角罐道的动力响应监测方法。通过增设加速度传感器与应变片及其动态测试系统,获取煤矿立井提升容器在多工况运行条件下,四角罐道结构所受水平位移时程数据信息。分析监测结果发现,停罐卸煤过程中四角罐道的水平位移随提升终端荷载的增大而增大;箕斗的下盘滑靴作用四角罐道时,引起的水平位移峰值为主井实测发生水平位移的峰值最大值位置;在静止工况下,四角罐道的水平位移峰值大于其在运行工况中的水平位移峰值;提升容器与四角罐道的相互作用力为低频冲击荷载。

基于BIM技术的煤矿井巷工程成本精准估计研究

为了提升煤矿井巷工程成本估计精度,提出了基于BIM(建筑信息模型)技术的煤矿井巷工程成本精准估计方法。以某项工程为依托,基于BIM技术的网格生成方法和三角剖分方法建立煤矿井巷工程的地质模型,投影主井、副井、风井空间数据,综合构建出煤矿井巷工程的演进模型。对影响工程成本的影响因子进行分析,将分析所得的影响因子数据代入到演进模型中,得出不同施工阶段的过程成本估计数据。研究结果表明,该方法的估计成本与实际成本一致度达到99.9%,估计结果较为精准,满足煤矿井巷工程施工的现实需求。

煤矿井筒机械安装技术分析

煤矿井筒内的作业风险较高,做好井筒机械安装过程的质量控制至关重要。基于此,简述煤矿井筒常见的安装方法,对一次安装法、分次安装法的优缺点进行对比分析,根据煤矿井筒机械安装技术流程,从井筒装备安装线点测量精度的控制着手,深入探究煤矿井筒机械安装技术的应用要点,以期为煤矿井筒机械安装实践提供一些参考。

煤矿提升绞车中间轴装置结构改进优化设计研究

JC-300绞车适用于许多工况环境的场所,尤其在煤矿中应用广泛,绞车可以调度装卸煤炭物料,也可用于搬运重物。但由于JC-300绞车中间轴承载的力矩较大,制造工艺的偏差导致公差配合尺寸确定,在啮合过程中容易发生滑块与中间轴小齿轮之间的过顶现象,使滑块卡死,而中间轴小齿轮无法正常转动。基于工程中出现的实际问题,提出在绞车中间轴小齿轮和滑块中分别增加导轮,并在方案可行性分析后,利用ANSYS软件对导轮轴进行强度分析。研究成果表明了设计改进的合理性,为绞车中间轴结构优化设计提供了依据。

采煤机扭转轴参数化设计研究

为了提升采煤机扭矩轴可靠性,通过对扭矩轴进行模拟分析,分别从静力学及动力学两个方面分析扭矩轴应力变化情况,发现在1倍电机额定功率下,扭矩大剪切应力分别为304.07 MPa和610.5 MPa,此时扭矩轴起到过载保护的作用.同时对不同卸荷槽圆弧半径下静力学特性及扭矩轴的疲劳特性进行分析,发现最佳的卸荷槽圆弧半径为24 mm,此时的扭矩轴能够克服材料疲劳损伤,满足正常运转.

采煤机截割部的扭矩轴强度和优化

以MG900/2210GWD型采煤机为例,介绍一种采煤机截割部扭矩轴优化设计,基于ABAQUS有限元分析软件,结合扭矩轴基本结构,构建扭矩轴有限元仿真模型,并以此为基础,从静力学仿真和模态仿真两个角度实施扭矩轴强度仿真分析。根据分析结果确认扭矩轴受力薄弱点后,介绍三种扭矩轴优化设计,再通过有限元仿真分析获取最佳设计,将最佳设计应用于工程实践,确认可有效提高扭矩轴综合性能。

采煤机摇臂惰轮轴疲劳特性分析

采煤机摇臂减速箱惰轮轴长期运行在交变载荷和重载工况下,容易引发惰轮轴疲劳损伤,导致采煤机服役性能下降,甚至引发安全事故。为了保障采煤机安全稳定运行,需要对惰轮轴进行疲劳特性分析,评估其疲劳寿命;对惰轮轴进行受力分析,明确影响结构疲劳特性的作用力及其计算方法;建立惰轮轴三维有限元模型,通过静力学分析得到惰轮轴的变形和应力分布特性;在nCode DesignLife软件中融合有限元力学信息、实测载荷数据和材料疲劳特性,对惰轮轴进行疲劳分析。结果表明:轴肩部位易发生疲劳损伤,若采煤机每天工作16h,则惰轮轴的疲劳寿命约为5.5a。研究结果可为惰轮轴的优化设计和采煤机摇臂结构运行状态的健康监测提供基础。

煤-热共采模式下矿井地热水开采及智能调度技术研究

为响应我国“碳达峰、碳中和”战略目标,实现能源绿色清洁转型,开发深部矿井地热资源具有重要意义。以平煤十矿为背景,利用热储体积法,评价了矿区地热水开发潜力,结果显示矿区地热水蕴藏热能7.63×10^(17)J,折合标煤26.1 Mt,动态地热流体可采量折合标煤1.01 Mt/a,具有较高开发潜力。基于此,在煤-热共采理论及框架的基础上,提出了矿井地热水开采方法,并提出了一种基于地面热负荷的地热水开采智能调度技术。通过计算矿区热负荷,设计了矿井地热水开采方案,并进行了现场工业性实验。实验结果表明,开发利用矿井地热水可满足平煤十矿矿区17万m^(2)的冬季供暖及7000余名职工日常洗浴,同时可减少燃煤约10327 t/a,折合CO_(2)排放量2.69×10^(4)t/a,为企业带来693.8万元的经济效益。因此,深部矿井地热水开采具有良好的安全效益、经济效益、社会效益与环境效益,可为我国“双碳”目标的实现贡献力量。

煤矿井筒防冻清洁技术现状及展望

对煤矿井筒防冻清洁技术进行分析,总结各种技术适用范围。从技术特点出发,结合减碳效果提出井筒防冻清洁技术选择注意事项:应合理降低井筒防冻负荷,根据实际情况选择瓦斯蓄热氧化、余热利用、热泵技术等,可辅以储热或电加热技术,以提高井筒防冻热能利用效率,减少能源消耗和碳排放。并探讨未来井筒防冻技术可能发展方向。

流固耦合状态下煤矿井壁破损透水机理研究

煤矿井壁破损透水事件时有发生,给地下空间利用和矿产资源开采构成重大威胁。为了弄清井壁破损过程承压地下水存在的影响以及透水通道形成机制,采用相似理论设计模型试验并结合流固耦合数值模拟技术开展研究。结果表明,井壁与压力水直接接触不利于其承载变形能力的发展,具体体现在破坏时屈服点位置提前出现,峰值强度及峰值应变降低,宏观裂纹分布更广,这是由压力水渗入井壁混凝土时诱发的渗流场应力场相互耦合作用引起的。对照模型试验结果开展数值仿真分析,获得一套适用于流固耦合状态下井壁破损数值计算参数。基于此开展0.05、0.10、0.20、0.40 MPa孔隙水压影响下井壁破损透水全过程细观数值分析,发现孔隙水压增大使井壁承受的临界侧向荷载依次降低5.88%、17.65%、23.53%,屈服强度附近试件内部裂纹发展明显加速,裂纹不断扩展、贯通,最终形成沟通井壁内外侧壁的透水通道。0.40 MPa孔隙水压下透水通道率先出现,相对于其他3种孔隙水压提前了2.67、2.53、1.67倍计算步,说明孔隙水压越大裂纹扩展速率越快,裂纹扩展路径先径向后环向。声发射监测表明井壁破损透水前夕,事件数量先逐步增大再持续保持高位,破损后应力得到释放,声发射事件频率及数量骤降,该信号特征可作为现场井壁破损透水监测依据,为井壁突水预防和治理提供依据。

地勘综合技术在古城煤矿钻孔勘查中的应用研究

以古城煤矿某风井井筒检查钻孔作为研究对象,综合采用了钻探、抽水试验、物理测井、井液电阻率(盐化扩散)及土样、岩样、水样、煤样、瓦斯样采取、封孔等地勘综合技术方法,并对试验数据进行处理分析,确定井筒地层地质剖面、岩土物理力学性质及水文地质条件,形成地质勘探结论与建议,对煤矿井筒地质勘查技术应用起到一定的参考借鉴作用。

煤矿立井过平顶山砂岩水害预注浆治理关键技术

工作面预注浆是立井过含水岩层主要水害防治方法之一。平顶山及周边煤田广泛发育的平顶山砂岩厚度一般在80~140 m,该层砂岩硬度较高,裂隙发育,但裂隙具有高倾角、微细、横向连通性差等特点,水害治理难度大。针对如平顶山砂岩这类含水岩层,采用分段注浆来保证整体注浆效果、多圈布孔避免残留注浆盲区、交叉环向螺旋布孔增强高倾角裂隙的连通性、水泥浆—化学浆联用保证微细裂隙的注浆扩散效果。该技术已在平煤十矿三水平进风井、十三矿己五采区进风井平顶山砂岩段水害预注浆治理等多个工程中应用,取得了理想的治理效果。较传统工作面注浆方式,在相对减少钻孔布置、节省工期及造价的同时,可保证治理效果,具有较高的实用性。

煤矿特长斜井敞开式TBM施工通风技术

对隧道(洞)及煤矿井巷工程盾构及TBM施工通风技术研究进行了系统回顾;简要介绍了可可盖煤矿主副斜井工程概况,并根据工程概况对工程通风设计原则和通风方式选择进行理论分析,基于以上分析对施工通风方案进行了多种设计和比选,决定两斜井均采用更换风机2阶段独头压入式通风方案,对所选通风方案进行理论校核,并对通风效果进行检验。现场实践表明通风效果良好。

河南省煤矿城市地下空间量估算

河南省内,因资源枯竭、非法开采、经营不当以及国家去产能政策等导致大量煤矿关闭/废弃,形成了大量的井筒、巷道、硐室和采空区等地下空间。基于河南省煤矿统计数据和矿井地面数据、井下调研数据,采用比例系数法和采空区模型计算法对河南省煤矿井巷和采空区可利用地下空间进行了估算,获得井巷地下可利用空间5265.97万m3,采空区可利用地下空间180255.21万m3,空间上主要分布在全省的中部和西部城市。并对空间资源量超过10000 m3的典型煤矿城市郑州市、平顶山市、三门峡市、鹤壁市和洛阳市提出了综合开发利用建议。

基于等厚度水泥土帷幕的斜井井筒水治理技术研究

为解决我国西部地区松散层和浅部风化基岩层含水丰富导致的斜井井筒过富水松散层段在井筒施工缝、混凝土接茬、井壁裂缝位置发生渗漏、恶化井下作业环境、降低作业效率、增大井下排水负担和费用、影响煤矿的安全生产的问题,从保护地下水资源和井筒安全运营的角度出发,分析了煤矿斜井井筒渗漏水特征和现有的疏排水、壁后注浆、旋喷桩、帷幕注浆等治理措施,研究了斜井井筒渗漏水层位等厚度水泥土帷幕原理和结构、参数选择依据、帷幕构筑方法,测试分析了地层条件、综合含水率、水泥掺量等因素对水泥土帷幕性能影响,并进行了现场示范应用。研究结果表明:煤矿斜井井筒渗漏水位置大多发生在底板、腰墙和二者接缝处,涌水量数十至数百立方米每小时,有的甚至发生涌水携砂情况,危及井筒安全;等厚度水泥土帷幕通过横向切削、回撤切削搅拌、喷浆搅拌成墙3个步骤将混合均匀的地层材料与水泥浆液在煤矿斜井井筒外侧地层中形成上下厚度均匀、接头数量少、截水率高的等厚度水泥土墙体,有效阻隔斜井井筒与外侧松散层、风化基岩之间的水力联系;等厚度水泥土帷幕的强度与水泥掺量正相关,渗透系数与水泥掺量负相关,黏土地层的水泥土帷幕性能弱于黄土、细砂等地层;示范应用现场的帷幕原状心样抗压强度8.62 MPa,渗透系数2.69×10^(−8) cm/s,井筒涌水量由16.8 m^(3)/h降至1.6 m^(3)/h左右,较治理前减少90.5%,取得良好应用效果。此方法可解决我国西部富水松散层斜井井筒渗漏水问题,保障斜井井筒安全运营,保护矿山地下水资源。