风障设置角度对上隅角低氧气体赋存规律的影响

风障角度的变化会对上隅角低氧气体的赋存状态产生重要影响。研究以山西某矿100510工作面为工程背景,利用Ansys Fluent软件构建工作面气体运移模型,对不同风障角度条件下上隅角低氧气体的赋存状态进行模拟,并通过现场实测数据进行验证。研究结果表明:设置风障能提高上隅角区域的风速,有利于解决上隅角低氧问题;在开切眼内距回风巷道5 m位置,风障的最佳角度为60°时,上隅角低氧问题的治理效果最好。研究成果有助于井下作业过程中解决上隅角低氧问题,确保安全生产。

象山矿井12506工作面顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术

针对象山矿井12506工作面钻孔服务有效周期较短,钻孔瓦斯抽采浓度和抽采量不稳定的问题,研究采用顶板定向长钻孔来代替原有的瓦斯治理措施。通过确定高位顶板裂隙带抽采钻孔的最佳层位和有效控制范围,制定顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术应用方案。现场施工表明,在顶板定向长钻孔的瓦斯抽采模式下,1号钻场的抽采效果显著提升,抽采浓度在4%~25%,整体抽采浓度为12.7%,抽采纯量达到12.29 m^(3)/min;同样,2号钻场单孔抽采浓度在17%~22%,整体抽采浓度为20.3%,抽采纯量达到19.74 m^(3)/min。工作面上隅角瓦斯浓度降至0.4%,有效遏制了上隅角瓦斯超限事故,为矿井提供更有效的瓦斯管控,确保矿井安全运营,抽采效果达到预期目标。

局部正压通风方法解决采面低氧问题的试验及模拟研究

针对浅埋近距离煤层群工作面易产生低氧现象的难题,以山西某矿3105工作面低氧问题为研究背景,采用理论分析、相似模拟及数值模拟方法进行了研究。分析得出煤层地质条件、工作面通风方式、大气压力变化和自然风压是工作面产生低氧现象的主要原因,并探究了采用局部正压通风方法解决采面低氧问题的可行性。结果表明:采用负压通风时,增加风速不能明显提高工作面上隅角区域的氧气体积分数,仍低于20%;采用局部正压通风时,采场内20%氧气体积分数等值线在通风风速达到1.6 m/s时,与工作面呈平行状态,增加风速能有效提高采面上隅角的氧气体积分数;采用局部正压通风回风巷增阻时,相较于单一的局部正压通风能够在更小的风速条件下解决采面低氧的问题,且一定程度上有利于防范采空区遗煤自然发火。利用COMSOL仿真软件,建立工作面采场气体运移模型,开展了不同通风方法、不同风速条件下的采空区氧气体积分数分布及运移规律研究,数值模拟结果与试验测定结果基本一致。3105工作面现场实践表明,采用局部正压通风回风巷增阻的技术措施能够有效解决工作面低氧问题,工作面上隅角及回风流的氧气体积分数由15%上升到20%以上,并始终保持正常水平,确保了工作面的安全生产。

基于摩尔-库伦准则以孔代巷上隅角瓦斯治理研究

为解决工作面U型通风上隅角瓦斯积聚问题,提出了以孔代巷的抽采工艺,根据摩尔-库伦破坏准则和采空区覆岩裂隙发育理论,分析了成孔过程孔壁变形和孔隙结构变化规律,得到了有效应力作用下孔壁煤体变形量;同时根据岩石力学公式,计算得到了高位钻孔的合理抽采层位。通过对比以孔代巷和普通钻孔的抽采数据表明:在钻孔终孔高度高于顶板43 m,负压20 kPa的条件下,以孔代巷抽采工艺下的单孔瓦斯抽采浓度达到58.92%,较普通钻孔提高了3.5倍;单孔瓦斯纯量达到0.045^(3)/min,相比普通抽放钻孔增加了8.5倍;采空区瓦斯涌出量降低到1.32^(3)/min,减少了29.03%,上隅角瓦斯浓度为0.14^(3)/min,降低了67.44%;采空区瓦斯抽采时间为45 d,比联络巷密封插管抽采减少了35 d,该研究对采空区上隅角瓦斯抽采提供了理论依据。

长钻孔抽采条件下顶板瓦斯运移规律及减涌机理研究

顶板长钻孔瓦斯抽采是实现“以抽代巷”,实现顶邻近层瓦斯抽采,减少开采空间瓦斯涌出量的重要手段。结合顶邻近层瓦斯抽采减少回风顺槽上隅角瓦斯浓度工程实践,研究抽采条件下顶板瓦斯运移规律及其对工作面、回风顺槽瓦斯浓度涌出量减少作用机理,发现采用斜向高位钻孔群抽采造成的瓦斯压力降低区相互搭接,在回风顺槽顶板上方及左右两侧迅速形成1个沿巷道分布的低瓦斯压力区,该区域有效阻隔顶板瓦斯向回风顺槽的涌出;靠近采空区侧的顶板斜长钻孔对采空区瓦斯流动也有影响,可有效降低上隅角顶板附近瓦斯压力,降低瓦斯涌出量;抽采稳定后,工作面中部偏轨道顺槽一侧,仍会保有较高瓦斯压力区域,在工作面回采过程中应予以关注。

放顶煤工作面以孔代巷合理布孔参数

为了解决刘家梁矿2号煤层低含量赋存高强度开采引发工作上隅角瓦斯问题,缓解矿井因岩巷掘进造成采掘接替紧张的局面,提出了采用大直径高位走向长钻孔代替工作面低位岩石抽采巷的瓦斯治理技术,结合矿井2号煤层顶板煤岩物理力学参数,通过理论分析、UDEC、FLUENT数值模拟的方法,分别从工作面裂隙带发育、工作面采空区流场分布等不同的专业角度,分析、研究了瓦斯流通通道及赋存规律,为定向高位钻孔合理布孔层位选择提供理论支撑;结合1号钻场瓦斯抽采效果,修正工作面煤岩赋存资料,优化2号钻场抽采设计,调整钻孔布置参数,以工作面瓦斯抽采纯量、上隅角瓦斯浓度为指标,对不同条件下瓦斯治理效果进行对比,实践证明:走向高位长钻孔能够取代低位岩石抽采巷,用于低含量赋存、高强度开采的放顶煤工作上隅角瓦斯治理,治理效果显著,上隅角瓦斯浓度维持在0.6%以下。

基于UDEC的顶板定向长钻孔瓦斯抽采技术研究

为有效解决主焦煤业2301工作面采空区瓦斯涌出量大、易造成上隅角瓦斯超限等问题,设计使用顶板超长定向高位钻孔对采空区瓦斯进行抽采。高位钻孔的层位选择直接影响瓦斯抽采效果,基于UDEC数值模拟软件研究了采空区垂向“三带”分布,计算出顶板裂隙带高度为17~35 m,且在顶板上方8~17 m处为关键层,在顶板上方17~35 m区域内布孔有助于保护成孔不受破坏。顶板定向高位长钻孔抽采瓦斯能够有效提高抽采效率,瓦斯抽采效果明显,实现了“以孔代巷”的目的。通过考察顶板定向长钻孔瓦斯抽采纯量、瓦斯浓度以及与底板穿层钻孔抽采效果进行对比,并实测抽采后残存瓦斯含量变化情况,验证了顶板定向长钻孔瓦斯抽采了优势,保障了矿井安全生产。顶板定向高位长钻孔替代高抽巷技术具有较强的可行性及广阔的应用前景。

老空区瓦斯对小煤柱采面上隅角的影响与治理研究

为消除邻近老空区积存瓦斯对小煤柱回采工作面上隅角的影响,以山西三元煤业股份有限公司下霍煤矿2305回采工作面为原型,基于老空区瓦斯运移规律研究得出的结论,设计选用钻孔、并联现采采空区抽采支管、敷设专用管路3种方法进行抽采对比试验,分析不同抽采形式和抽采流量对老空区瓦斯的治理效果。结果表明:回采工作面进入8m小煤柱区域后,老空区瓦斯通过顶帮裂隙流向现采工作面,上隅角瓦斯体积分数明显上升;抽采前,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯向现采采空区抽采口附近运移,抽采后,老空区内瓦斯运移规律为回采工作面附近的瓦斯仍有小部分向现采采空区抽采口附近运移,大部分由内侧向外侧抽采口运移;采用专用管路抽采老空区内积存瓦斯效果较好,可以明显改变老空区内瓦斯运移方向,现采埋管抽采瓦斯体积分数随老空区抽采管路瓦斯体积分数的下降而下降,两者具有强相关性,该抽采方式可有效消除小煤柱回采区域上隅角受老空区内积存瓦斯的影响。

上偏心距对等通道球形转角挤压影响的有限元分析

等通道球形转角挤压(Equal Channel Angular Extrusion With Spherical Cavity,ECAE-SC)是集耦合剪切应变和正应变于一体的新型复合大塑性变形工艺,具有复合、连续、高效变形等优点。偏心距作为该工艺模具结构的重要参数之一,对金属的成形过程和变形行为有着重要影响。本文以塑性性能较好的工业纯铝作为研究对象,利用DEFORM-3D有限元软件对不同上偏心距条件下的ECAE-SC单道次室温变形行为进行有限元模拟,分析了挤压载荷、金属流动、等效应变、平均应力等场量的分布及变化规律。结果表明,上偏心距对挤压载荷变化趋势的影响不大,稳定变形阶段下坯料的最大挤压载荷约为3.15 kN。随着上偏心距的增加,金属的流动性得到显著提高,填充效果更好。当上偏心距增大时,坯料可获得较大的应变累积和良好的变形均匀性。同时,坯料保持高静水压力状态的时间更长,这对于提高材料塑性变形能力,获得理想的晶粒细化效果十分有利。本文模拟条件下,当上偏心距为2.5mm时,坯料整体成形效果最好。

官地矿瓦斯综合治理方案设计与应用研究

针对官地矿M煤层瓦斯超限问题频发、生产效率不高、安全隐患大的问题,设计瓦斯综合治理方案。重点分析了本煤层瓦斯治理、邻近煤层瓦斯治理和采空区瓦斯治理的措施和方法,最后在官地矿M煤层进行工业性试验。试验结果表明,设计并实现的瓦斯综合治理方案可将该煤层上隅角瓦斯体积分数稳定于0.22%,回风巷瓦斯体积分数稳定于0.17%,平均生产原煤由1 050 t/d提升至1 980 t/d,有效解决了该煤层瓦斯超限频发的问题,提升了生产效率,降低了安全隐患。

综放工作面U型通风上隅角CO积聚原因及防治技术研究

以同安煤矿4101综放工作面为研究背景,对其上隅角CO浓度进行监测,分析CO浓度超标的问题源头,提出针对性防治措施并进行工业应用试验。研究发现,4101工作面上隅角CO主要来源于采空区,采用喷洒阻燃剂和采空区注氮的综合防治措施,并在应用实践阶段进行实测和分析,采空区φ(O_(2))可降至8%以下,有效惰化了采空区遗煤的氧化反应,上隅角φ(CO)降至0.0006%左右,有效解决上隅角CO超限问题,保障了工作面的安全生产。

大直径钻孔替代联络巷抽采隅角瓦斯技术

根据《煤矿安全规程》第153条“采掘工作面进风和回风不得经过采空区或冒顶区”的要求,寨崖底煤业有限公司9#煤层3910大采高(4.5 m)综采工作面大直径钻孔替代联络巷采空区瓦斯抽采技术试验成功。现场试验资料表明,大直径钻孔瓦斯抽采为类似高瓦斯矿井安全高效生产提供了强有力的技术保障,有效解决了上隅角瓦斯超限问题。

以孔代巷瓦斯抽采工艺技术应用

为解决新源煤矿12214工作面上隅角瓦斯超限问题,考察了该工作面顶板岩性,研究了顶板裂隙带范围及其对采空区瓦斯流动聚积的影响,对瓦斯涌出量来源进行了分析,确定在不同层位施工一组共7个顶板高位定向长钻孔进行瓦斯抽采,并与一段高抽巷瓦斯抽采效果进行对比。结果表明:历经5个月回采,顶板高位定向长钻孔组与高抽巷平均抽采瓦斯浓度分别为17.24%、21.32%,抽采瓦斯纯流量分别为3.71、3.37 m^(3)/min,回采期间上隅角平均瓦斯浓度分别为0.42%、0.49%。研究表明,顶板高位定向长钻孔影响范围比高抽巷大,抽采瓦斯纯流量提高了10.09%,施工成本比高抽巷低,且施工效率更高,极大地缓解了高抽巷掘进速度对采煤工作面投产的制约,证明顶板高位定向长钻孔能够有效替代高抽巷进行矿井瓦斯抽采。

低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯超限机理及治理技术

店坪煤矿203工作面回采期间,上隅角多次出现瓦斯超限现象,治理难度大,严重制约着工作面安全高效回采。分别从地质构造、围岩裂隙情况、通风方式、邻近采空区影响等几方面,分析了上隅角瓦斯超限原因,并根据回采现状,优化工作面通风方式;采用Y型通风系统,提出了“高位瓦斯钻孔+采空区大直径钻孔负压抽采+顺层钻孔抽采”联合瓦斯抽采技术。通过现场实际应用效果来看,上隅角瓦斯浓度降低至0.4%,回风流中瓦斯浓度降低至0.9%,落煤点瓦斯浓度降低至0.6%,取得了显著应用成效。

王家岭煤业厚煤层工作面“以孔代巷”瓦斯抽采技术应用

为了解决传统瓦斯高抽巷造价高、难度大的问题,采用定向长钻孔技术达到“以孔代巷”治理瓦斯的目的。结合理论对工作面采动卸压瓦斯富集区域进行了分析,并得出钻孔布置垂直高度为15~60 m,水平范围为0~48 m,钻孔数量为6个。现场应用表明,1号定向钻场15 kPa负压抽采钻孔内的平均瓦斯抽采体积分数约6.0%,抽采期间工作面上隅角瓦斯体积分数均控制在0.60%以下。“以孔代巷”取得了较好的瓦斯治理效果。

基于对比度 区域均匀性图分析的综放工作面上隅角瓦斯超限预警算法研究

综放工作面上隅角通风困难,瓦斯难以有效排出,容易导致瓦斯积聚。当浓度达到一定程度时,容易诱发瓦斯超限事件甚至瓦斯爆炸事故,对井下作业人员和设备造成严重威胁。为应对此问题,提出了基于对比度区域均匀性图分析的综放工作面上隅角瓦斯超限预警算法。该算法使用时空克里金插值法,构建综放工作面上隅角瓦斯数据点插值模型,利用综放工作面已知数据,获取瓦斯采样点的信息,根据时空变异函数、时空协方差函数表征各采样点间的时空相关关联性,估计瓦斯未知采样点的时空信息,利用马特隆模型拟合所有采样点,以得到综放工作面上隅角瓦斯对比度区域均匀性图,通过此图明确综放工作面上隅角瓦斯浓度,通过评估标准确定其风险等级,进而启动相应的防范措施。实验结果表明,对比度区域均匀性图分析可准确预测上隅角瓦斯浓度及其变化特征,且预警精度高。

沿空留巷工作面新老采空区瓦斯综合抽采技术

近年来沿空留巷应用愈加普遍,但在应用中挡矸支架在方便挂模注模的同时,形成抽屉式的半封闭空间,容易积聚瓦斯。此外,由于无煤柱隔离,首采面到末采面会逐渐形成一个大采空区。老采空区瓦斯受到二次甚至多次采动影响,连通新采空区积聚瓦斯一并快速涌出,导致瓦斯超限风险频发,甚至酿成瓦斯事故。为此,进一步优化了长钻孔瓦斯治理技术,一方面,采用走向高位钻孔抽采裂隙带瓦斯;另一方面,施工倾向高位钻孔至老采空区顶板裂隙带,持续抽采新老采空区瓦斯,最大限度降低采空区及其顶板裂隙带瓦斯存量。通过新老采空区瓦斯综合抽采,工作面瓦斯治理效果显著。

煤矿用无机发泡充填材料研发及其应用研究

针对某矿井空巷、上隅角和高冒区带来的冒顶、瓦斯积聚、煤层自燃等问题,研发了一种无机发泡充填材料,并分别制定空巷、上隅角和高冒区的治理方案和施工工艺,开展工业试验,同时对治理效果监测和分析。研究结果表明:研发的无机发泡材料具有速凝、早强、发泡倍数高(可控)、不燃的特性,且适用的水灰比范围大、抗压强度可达1.2~4.5 MPa。采用的施工工艺简单,充填效率高,能够满足空巷充填、上隅角密闭和高冒区充填等工程。现场工业试验也证明了研制的无机发泡材料的应用可有效控制空巷变形,解决了上隅角瓦斯浓度高和漏风的问题,也避免了高冒区瓦斯积聚、煤层自燃的现象,一定程度上可为矿井安全高效开采提供保障。

综采工作面“以孔代巷”瓦斯治理参数优化研究

为有效降低综采工作面上隅角瓦斯积聚浓度,本文结合王家岭煤业18103工作面实际情况,提出了“以孔代巷”上隅角瓦斯治理技术,并设计了现场试验方案,通过分析不同钻孔布置参数的抽采效果,确定出钻孔孔径为127 mm,钻孔抽采负压30 k Pa左右,分支孔数量2个最佳。现场应用结果表明,18103工作面采用“以孔代巷”治理采空区瓦斯技术后,在瓦斯含量相对较高的区域,上隅角瓦斯浓度明显降低,能控制在0.6%以内,瓦斯含量相对较低的区域上隅角瓦斯浓度能控制在0.2%左右,治理效果明显。

低瓦斯煤层回采工作面瓦斯涌出特征及治理措施研究

以山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司矿井为研究对象,基于矿井瓦斯涌出量预测方法,对该矿井的瓦斯涌出量进行计算,分析了低瓦斯煤层回采工作面瓦斯涌出的特征,并探讨了上隅角埋管-插管抽采方法的瓦斯抽采效果。在基础顶未发生垮落之前,该矿井的瓦斯涌出量在规定的限值之内,在基础顶发生初次垮落后,矿井瓦斯涌出量呈上升趋势,且大于规范规定的限值。生产班和非生产班的瓦斯体积分数差距较小,瓦斯涌出量差距较大,说明采放落煤和运煤这一过程对矿井瓦斯涌出量的影响较大。检修班与生产班间的排抽瓦斯量与瓦斯体积分数存在一定的差异性,其中生产班的上隅角抽排瓦斯量及其瓦斯体积分数均大于检修班。