基于Bayes算法与数值模拟的缓倾斜破碎薄矿体采矿方法优选

为实现某锰矿顶板破碎低品位缓倾斜薄矿体安全高效经济开采,首先根据开采条件设计出5种技术可行的采矿方法,然后基于贝叶斯(Bayes)和蒙特卡洛(Monte Carlo)方法建立涵盖技术和经济共17项评价指标的采矿方法优选体系进行采矿方法优选。研究结果表明,浅孔进路V型掏槽后退/前进采矿法、中深孔进路V型掏槽/平行抛掷采矿法和浅孔接钎头斜向掏槽采矿法的综合得分依次为0.524、0.193、0.214、0.228和0.221,浅孔进路V型掏槽后退采矿法最优。最后采用MIDAS数值模拟对优选出的采矿方法的4种不同跨度采场的稳定性进行分析,其采场跨度12 m时可在采场稳定性和矿石回收率之间取得较好平衡。综合考虑技术、经济和安全指标的采矿方法及采场结构参数优化思路,可为该矿山选出安全高效采矿方案,并可供类似矿山参考借鉴。

混合边界护顶层力学模型及应用

对于直接顶板稳固性较差的矿山,通常需留设护顶层以防止直接顶板的垮塌。为了保证矿山的安全开采,确定合理的护顶层厚度至关重要。针对房柱法开采的采空区顶板进行结构力学解析,将护顶层视作四边中部自由其余部分固支的薄板,即混合边界薄板;利用功的互等法推导出混合边界薄板的挠曲面方程,构建混合边界护顶层力学模型,在此基础上得到护顶层安全厚度的计算公式。将混合边界薄板与四边固支薄板的变形情况进行对比时发现,混合边界薄板的挠度整体大于四边固支薄板挠度,混合边界自由段长度与最大挠度值呈正相关。将理论分析和数值模拟结合应用在某铝土矿No.9采场上,确定了护顶层安全厚度为1 m,验证了力学模型的准确性。

薄煤层灰岩顶板巷道围岩稳定性控制

为合理控制薄煤层灰岩顶板巷道稳定性,避免过度支护引起巷道顶板失稳。以鲁西某矿薄煤层灰岩顶板巷道为研究对象,运用数值模拟、理论计算等研究方法,研究了不同类型灰岩顶板采场应力分布特征、围岩矿压显现规律及其塑性破坏形态特征,灰岩临界安全厚度影响性分析。研究结果发现:实体巷道的应力环境较好,应力集中程度相对较低,而沿空巷受2次采动影响范围更大、应力集中程度更高。煤矿巷道围岩在不同应力环境下需要不同程度的支护,主要集中在加强巷道两帮的支护和在特定情况下加强超前影响范围内的支护。

煤矿充填开采下顶板沉降研究

充填采矿可以有效控制岩层移动、抑制地表沉陷、减轻地质灾害,并且能够处理或利用一定的固体废弃物,有效改善矿山上覆岩层的力学环境,减轻顶板压力。以平凉某煤矿为工程背景,研究煤矿充填开采条件下坚硬顶板沉降变形情况,构建了顶板力学模型,对于初期来压采用四边固支的边界条件,利用变分法中伽辽金变形方程求选用不同挠度表达式的解;另对周期来压选用三边固支一边自由的边界条件,采用变分法中里兹变形方程进行求解,得出充填后顶板挠度显著减小,初期来压时减小38.74%,周期来压时减小66.84%。并得到充填开采顶板沉降变形规律,随着充填体弹性模量k值增大,顶板下沉位移显著减小。

厚松散层薄基岩条件下巷道顶板离层控制技术研究

【目的】以中煤新集集团刘庄煤矿某工作面为工程背景,研究厚松散层薄基岩煤层开采时巷道顶板离层控制技术。【方法】通过安装在巷道顶板的离层仪监测发现,巷道顶板发生离层,主要发生在7#(296 m)和8#(332 m)顶板离层仪位置,且7#位置在深层和浅层均有下沉,但8#位置只有深层下沉,且下沉量较大,说明顶板整体在深层位置下沉。【结果】第一次治理措施采用全断面喷浆和设置点柱,但治理效果不理想,顶板下沉没有得到有效控制。第二次治理措施采用长锚索注浆加固,治理后离层量明显放缓,顶板离层得到控制,治理效果明显。【结论】采用长锚索注浆加固可有效控制顶板离层,研究结果为厚松散层薄基岩条件下巷道顶板离层控制施工提供指导与借鉴。

薄煤层工作面切顶卸压留巷技术研究

为提高矿井煤炭资源回收率并提高煤炭开采效率,结合3503综采工作面开采煤层厚度薄的特点,针对性提出切顶卸压留巷技术方案,并进行工程应用。在回风巷切顶卸压留巷期间,通过锚索超前补强可提高留巷段顶板强度,为留巷工作开展创造良好条件;使用DCA-45型切缝机提高切顶钻孔施工质量,通过聚能爆破方式提高切缝效果;在滞后支护段采用密集单体进行补强,可减少采动压力、采空区顶板垮落等对留巷段围岩变形影响。现场应用后,留巷段顶板在滞后采面30 m范围内下沉量增加速度较快,随着与采面距离增加留巷段下沉量逐渐趋稳,最终下沉量控制在165 mm以内。

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明:极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。

基于连续梁的薄层复合顶板锚杆受力分析

为研究煤矿薄层复合顶板锚网支护条件下锚杆受力问题,采用理论分析、数值模拟和现场观测方法,利用巷道顶板锚固岩层的三铰拱结构和锚杆连续梁力学分析模型,对锚杆受力和托顶煤回采巷道稳定性进行研究。结果表明:锚杆内的拉应力、剪应力和挠度均发生在顶板最下部的软岩段,深部挠度较小;弯曲变形引起的应力大于轴向直接拉伸引起的应力,弯曲变形量大于轴向拉伸变形量;除整体下沉外,巷道顶板锚固体内部不均匀断裂变形会给锚杆施加较大的弯曲载荷;选取刚度较大锚杆、强力护表构件和强力锚索,能够减小三铰拱结构的断裂角和下沉量。针对鹤煤公司九矿3204孤岛工作面托顶煤回采巷道,采用高强锚杆、加密锚索主动耦合支护,配合双层塑编网护表防漏冒,局部地段采用单体液压支柱加强支护方法,有效控制薄层复合锚固顶板的下沉,减轻锚杆(索)的弯曲变形和破断,围岩得到了有效控制。

平屋顶VS薄壳屋顶——20世纪初钢筋混凝土结构发展的两条路径与现代主义建筑运动之反思

钢筋混凝土结构的出现、成熟及其应用是19世纪以来现代建筑发展的一条重要线索。20世纪以后,从钢筋混凝土结构发展出两种基本的屋顶形式——平屋顶和薄壳屋顶。当前建筑史著述常聚焦于前者,对薄壳屋顶的缘起、发展以及二者的关联关注不多。本文将钢筋混凝土结构的发展历程分为20世纪之前由法国推动、模仿新古典主义的初始期,和20世纪后尤其是德意志制造联盟成立后由德国建筑师领导的成熟期,后一时期的突出标志包括钢筋混凝土结构的设计和施工与工业化过程相结合、包豪斯学派登上历史舞台并成为现代主义运动的主要推动力量,以及钢筋混凝土薄壳体系的创立及完善。1920年代以降,随着平屋顶崛起为现代主义建筑的象征之一以及薄壳结构体系逐渐成熟,现代主义运动也发展壮大,形成世界性影响。本文梳理钢筋混凝土结构的这两条发展路径及其相互关联,并在此视角下反思现代主义的若干核心命题。

缓倾斜弹性薄板顶板力学模型分析

针对缓倾斜顶板稳定性分析问题,基于三维模型进一步分析在一定倾角以及受非均布荷载情况下顶板的破坏规律。根据弹性薄板小挠度理论对缓倾斜顶板建立不同边界条件下的薄板力学模型,分别对四边固支薄板、两边固支两边简支薄板以及四边简支薄板模型进行力学分析,运用伽辽金法计算各薄板力学模型的挠度公式,并求出相应弯矩以及应力解。运用MATLAB软件绘出工程实例的挠度曲线和弯矩曲线,分析得到顶板应力分布特征以及破断机理。结果表明,顶板形成“长边—短边—中部”的破坏机制,由整体破坏过程来看,也可看作顶板形成“O-X”型的破断模式,可为缓倾斜顶板支护以及顶板破断机理分析提供了理论依据。

浅埋薄表土层特厚煤层强制放顶条件下主要地裂缝演化规律实测

黄河流域是我国重要的生态屏障,也是我国重要煤炭基地集中区,生态保护与煤炭开采矛盾在此处异常突出。晋北煤炭基地具有典型浅埋薄表土层特厚煤层坚硬顶板的埋藏条件普遍采用强制放顶技术进行煤炭资源生产,但鲜见相关地理及技术条件下的地表主要裂缝演化规律研究,地表主要裂缝的产生制约着此类矿井生态保护与煤炭开采协同发展。为此,针对该条件下地裂缝的演化规律进行了实测研究,得到:①主要裂缝产生于开采边界,表现为先张拉、后上下错动且裂缝上部与下部脱离、上台阶下方会出现空洞。②工作面“见方”时,开采各边界主要裂缝发育情况类似,“见方”后,关键层按循环爆破步距(20 m)的3倍周期垮落,两侧巷道上方地表主要裂缝也按60 m“跳跃式”发育。③工作面正上方主要裂缝宽度及高差始终小于其他3处开采边界的主要裂缝,且闭合速度每隔一个放顶步距发生一次改变。④深(采深)厚(采厚)比较小、表土层薄时易造成对地表破坏最严重的边界不可自修复大裂缝,且裂隙带直达地表,绝大多数主要裂缝处于采场边界内,裂缝闭合周期更短,约9 d。⑤110和N00工法及错层位等无煤柱开采技术可扩大均匀沉陷区范围,缓解边界台阶裂缝损害,有利于源头治理和节省成本。

厚松散层薄基岩煤层顶板富水性并行电法

厚松散层薄基岩煤层顶板水害亟需有效手段查明,以保障煤矿安全开采。基于并行电法的O型观测系统,可一次同步采集全工作面全空间电场电位值,减少不同时间测量数据的干扰,有效增加地电场数据辐射范围和密度,增强三维顶板探查精准度;在试验工作面回采前,布置O型观测系统并对其进行数据反演,得到煤层顶板存在两处低阻异常区和煤层顶板薄基岩面分布形态,为工作面开采前提供有效的疏放水靶区,并指导后续电法监测钻孔位置设计。

坚硬顶板薄煤层开采沿空留巷关键技术研究

为了确定坚硬顶板下薄煤层沿空留巷切顶钻孔爆破参数及围岩控制方案,以山东枣矿滨湖煤矿21602工作面运输巷为工程背景,运用理论分析、数值模拟及现场实测的手段进行了研究,将沿空留巷划分为三个阶段,并给出了相应的巷道围岩支护方案。现场应用结果表明:合理的钻孔爆破高度为4.5 m,切顶角度为70°;现场实施爆破后,留巷稳定后顶板累计变形量为118 mm,底板累计变形量为344 mm,实体煤侧累计变形量为402 mm,能满足留巷后期使用要求。

超浅埋棚盖法暗挖地铁车站管幕支护技术研究与应用——以北京地铁19号线平安里站为例

为解决繁华城市密集建(构)筑物区超浅埋棚盖法暗挖地铁车站管幕超前支护施工技术难题,依托北京地铁19号线平安里站工程,采用理论推导、数值模拟、现场试验及实践总结的方法,建立管幕超前支护力学模型及其计算方法,验证并总结管幕受力及变形机制,优化有限空间作业条件下管幕施工工装及工艺,总结管幕支护施工关键技术。实践表明:1)棚盖管幕支护技术能够满足超浅埋棚盖法暗挖地铁超前支护受力及变形要求,适宜与PBA工法结合实现“盖挖暗作”修建地下车站;2)弹性薄板理论及计算方法能够契合实际工况,为超浅埋棚盖法暗挖地铁车站设计施工提供理论依据;3)管幕支护技术机械化程度高、施工效率高,能够满足繁华城市超浅埋有限空间作业。

快速掘进工艺下深部巷道合理空顶距研究

为解决深部巷道空顶距取值不合理导致巷道掘进速度慢的难题,建立薄板力学模型及数值计算模型,确定巷道最大合理空顶距。基于工程条件提出高预紧力厚锚固承载结构支护技术体系,通过数值模拟确定对应的支护关键技术参数,并在朱集西煤矿13402运输顺槽开展工业性试验。结果表明:通过理论计算及数值模拟等方法获得巷道最大合理空顶距约为5 m,巷道空顶距对巷道顶板变形破坏的影响较大。高预紧力厚锚固承载结构支护技术体系有效保障了大埋深快速掘进巷道服务期间的稳定性与安全性。研究成果可为其他类似地质条件巷道快速掘进提供参考。

薄煤层切顶卸压沿空留巷技术研究及应用

为提高煤炭回采率,降低回采巷道掘进工程量,以金辛达煤矿202工作面胶带顺槽为研究对象,对薄煤层切顶卸压沿空留巷技术进行了研究,提出了“切顶卸压+恒阻大变形锚索补强支护”的切顶卸压方案,并对切顶炮孔参数及装药结构进行了设计。现场应用结果表明:巷道顶底板及两帮最大相对移近量分别为112.35 mm和86.41 mm,沿空留巷效果良好。

大同矿区薄煤层切顶卸压沿空留巷技术应用

针对大同矿区薄煤层坚硬顶板不易自然垮落且易形成煤柱应力集中的问题,提出了运用切顶卸压沿空留巷开采技术解决这个难题。通过运用板壳理论、关键层理论以及岩石断裂理论,成功实施了综采工作面沿空留巷的切顶卸压,此项技术对于大同矿区薄煤层开采推广切顶卸压沿空留巷技术应用具有一定的借鉴意义。

浅埋薄基岩煤层顶板疏放水技术研究

为解决浅埋薄基岩煤层顶板疏放水技术难题,以锦界煤矿31301工作面为研究背景,分析了31301工作面水害情况,实施工作面顶板疏放水试验,从钻探设计、钻孔布置、钻孔结构、钻探技术要求、放水技术要求等方面设计了一套适用于浅埋薄基岩煤层顶板疏放水技术,共计施工钻孔101个,累计初始涌水量7024.8 m^(3)/h,单孔最大初始涌水量为147.0 m^(3)/h,单孔平均初始涌水量为69.6 m^(3)/h,疏放水期间出现最大涌水量为2200 m^(3)/h,消除了工作面回采水害影响,降低了生产安全风险。

薄基岩下巷道掘进顶板管控技术研究

煤炭是我国的主要能源,是我国经济发展的基础产业。在煤矿开采的过程当中,为了保证煤矿开采的安全以及煤炭资源开发的质量,需要对煤矿掘进巷道技术和巷道顶板管理等一系列的技术进行研究,顶板事故在煤矿开采的过程中占有很大的比重,甚至会在掘进过程中造成冒顶事故。因此,只有在煤矿掘进过程中全面加强对顶板的控制和管理,才能保证安全掘进。本文结合实际薄基岩下巷道掘进对顶板管理的案例,主要分析薄基岩下巷道掘进顶板管控技术的应用。

基于半定量风险评估和阵列脉冲涡流技术的储罐罐顶检测

基于英国EEMUA PUB NO 159-2017标准的评价思路,采用半定量的风险评估技术对一台汽油常压储罐罐顶进行了风险评估,给出了基于GB/T 26610.2-2022的检验策略,采用阵列脉冲涡流技术对罐顶进行了在线检测。结果表明,基于EEMUA PUB NO 159-2017的半定量风险评估技术可以指导罐顶的检验,阵列脉冲涡流技术可实现高检测效率与高灵敏度的结合,两种技术的结合使用在一定程度上代替了传统罐顶的检测方法,具有较大的工程应用和推广价值。