Characteristics of compression fracture of ＂three soft＂ coal bed by perfusion and gas sucking technique

Against the particularity of stratum-structure in ＂three soft＂ mine areas, according to rock indoor test and on-site sucking experiment, discussed the characteristics of argillization, compression fracture and sucking technique of soft coal with low permeability. It is clearly pointed out that the gas can be highly effectively sucked only by compression fracture along the occurrence of the coal seam, creating inter-seams crack belt because of the difference of bulgy deformation. After the flooding experiment in the 24080 workface of Pingdingshan No. 10 mine, the average single-bore volume of gas increases from 77 m3 to 7 893 mS, while decay cycle extended from 7 days to 80-90 days. Also, the single-bore extracting rate of gas increases to 33%.

相邻空区影响下三软巷道变形破坏规律与煤柱留设宽度研究

为了探究相邻空区影响下三软煤层巷道掘进时不同煤柱宽度下巷道围岩变形破坏规律,采用理论计算、数值模拟、物理相似模拟与现场实测相结合的研究方法,分析存在临空区后不同区段煤柱宽度下巷道围岩应力演化规律、塑性破坏范围以及位移分布特征。结果表明:临空区是造成巷道掘进后非对称破坏的主要原因,使煤柱主应力方向与垂向夹角增大,巷道两帮应力呈煤柱侧大于实体煤侧的非对称分布特征;三软巷道破坏形式以剪切破坏为主,破坏主体为两帮,随着煤柱宽度增大,主应力方向与垂向夹角减小,巷道围岩破坏程度降低,临空区对巷道不同位置的影响程度不同,巷道中部围岩破坏程度大于端头处且煤柱侧破坏程度大于实体煤侧;煤柱宽度增大对巷道围岩应力以及煤柱破坏的改善程度有限,现场结果显示当煤柱宽度为20 m时巷道正常维护满足需求。

大埋深“三软”厚煤层智能综放开采技术研究

针对大埋深“三软”条件下厚煤层综放开采的过程中液压支架钻底以及巷道底鼓的问题,以淮北信湖煤矿818智能综放工作面为研究背景,对液压支架的适用性进行了分析,并介绍了818智能综放采煤工作面的液压支架自动化系统。通过理论计算得出液压支架的最大工作阻力为9940 kN,分析现场实测数据可知中部液压支架的工作阻力最高,其次是下部,上部最小。工作面支架前排立柱受力大于后排立柱,工作面来压时,液压支架前立柱工作阻力平均比后立柱工作阻力大44.5%,前排立柱工作阻力占整架工作阻力的比例大致在0.57~0.74之间,工作面液压支架平均工作阻力为28.11 MPa,因此动载荷计算法更适合818工作面支架工作阻力计算;分析了液压支架钻底的原因,并提出液压支架的管控措施;通过数值模拟得到工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方110 m,工作面中部峰值应力最大,其次是下部,最后是上部,峰值应力出现在煤壁前方12~19 m;由现场实测数据可知煤壁向外105 m范围内,巷道底鼓及两帮变形量相对较大,巷道顶板下沉及底鼓比较明显,在此基础上提出预防巷道底鼓的相关措施,以期为淮北矿区以及类似条件下开采的工作面提供借鉴与参考。

“三软”厚煤层回采巷道掘锚一体机工艺优化及应用

“三软”厚煤层回采巷道围岩整体强度低,且岩层结构组合普遍变化较大,造成掘进工作面悬露顶板稳定性差异明显,部分顶板稳定性较差区域无法直接采用掘锚一体机及配套施工工艺,造成掘进工作面频繁停工,整体掘进效率下降。针对此类问题,以沙吉海煤矿“三软”厚煤层回采巷道为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟等综合研究方法,阐明了掘进工作面悬露顶板漏冒、掘锚一体机陷入底板或跑偏、煤壁片帮是制约掘锚一体机在“三软”厚煤层回采巷道中应用的关键制约因素;考虑悬露顶板厚度、扰动影响系数、顶板各岩层强度及各岩层完整性等参量的影响,建立和推导了掘进工作面悬露顶板极限跨距计算公式;形成了以掘进工作面悬露顶板极限跨距计算为主导的巷道围岩稳定性分级方法,将“三软”厚煤层回采巷道围岩划分为极稳定、稳定、中等稳定、不稳定、极不稳定5个级别;提出了不同稳定性级别围岩条件下掘锚一体机装备及施工工艺分类优化方案,并从截割滚筒位态调整、底板接地处理、巷帮作业平台增设等方面给出了困难作业环境下掘锚一体机应用对策。研究成果在沙吉海煤矿B1003W05工作面巷道进行了工程应用,其分类优化方案可有效保障掘锚一体机在“三软”厚煤层中的正常运行,相比邻近巷道采用悬臂式掘进机综掘工艺,掘进速度提升了1.0~1.8倍。

三软煤层沿空留巷顶板结构模型及合理支护研究

为了揭示三软煤层沿空留巷围岩变形机理,探索适用于三软煤层巷道围岩控制的新技术,通过切顶沿空留巷物理相似模拟实验,研究了不切顶普通支护、切顶高强支护和切顶普通支护3种条件下顶板岩层断裂演化过程,构建了三软煤层切顶留巷顶板结构力学模型,给出了支护阻力计算方法,在韩城矿区象山煤矿进行了现场工业性试验验证。研究表明:切顶技术切断了顶板的应力传递,巷内采用高强支护,使顶板形成稳定的“短悬臂-砌体梁”结构。现场监测结果显示,不切顶普通支护的留巷顶底板平均移近量1000~1200 mm,两帮平均移近量600~700 mm;切顶高强单体支护的留巷顶底板平均移近量200~300 mm,两帮平均移近量200~300 mm;切顶组合式支架支护的留巷顶底板平均移近量50~100 mm,两帮平均移近量100~200 mm。组合式支架高强支护能够较好地控制三软煤层沿空切顶留巷围岩变形,可实现留巷二次复用无返修。

基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制

该文针对双有源半桥(DAHB)DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制(TFC)策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

“三软地层”超前探放水综合控制技术

“三软地层”探放水钻孔孔口管固管安装困难、顶板遇水塌陷渗水、疏放水钻孔坍塌堵孔以及钻孔缩颈的施工技术一直难以解决。通过理论计算与工程实践,摸索了一套探放水创新施工工艺,进行了优化钻孔参数设计,11701工作面大部分顶板疏放水钻孔垂高取200 m,终孔孔距不大于60 m,富水区域进行加密。技术上攻克了套管加长后固结难的技术难题,研发出一套“分级注浆固管法”,将整个套管牢固安装在设计位置,实现了在软岩区域快速固结安装超长孔口套管的新工法。针对“三软地层”的钻孔探放水,为了解决“三软地层”的探放水钻孔在成孔后坍塌堵塞的技术难题,创造性的研发出三级注浆以及“全孔花管护壁新工艺”;工程实践证明该套技术方案很好地解决了“三软地层”探放水钻孔施工难题。

松软煤层定向长钻孔钻进技术及应用

针对象山矿井3号煤层受采动影响,卸压瓦斯通过顶底板裂隙释放至保护层工作面及采空区,造成上隅角瓦斯浓度高的难题,结合突出矿井高应力软煤层等复杂地质条件,采用复合钻进与滑动定向钻进工艺,利用ZYL-6000D全方位千米钻机配套螺旋钻杆、YSX18矿用随钻测量系统,采用高压氮气钻进技术,在21315综采工作面施工定向长钻孔进行瓦斯抽采,抽采钻孔使用“三堵两注”两相封孔技术,最终形成松软煤层定向长钻孔钻进控制及钻探工艺技术。试验结果表明,ZYL-6000D全方位千米定向钻机配合高强度刻槽钻杆可提高钻进深度和效率,“三堵两注”两相封孔方法对钻孔周围裂隙进行有效封堵,瓦斯抽采浓度大幅度提升,实现松软煤层定向长钻孔瓦斯治理模块化抽采,为矿井安全高效稳定发展提供有力保障。

三电平CLLLC谐振变换器的变频移相混合控制策略

三电平CLLLC谐振变换器因功率开关管承受电压应力低、功率密度大、软开关范围广的特点而闻名,但同时也存在启动电流过大、可调输出电压范围窄等问题。本文以正反向结构完全对称的三电平CLLLC谐振变换器为研究对象,详细分析了该拓扑结构的工作原理及其增益特性;在此基础上研究三电平CLLLC谐振变换器的软启动控制策略和变频控制(pulse-frequency modulation,PFM)升压、变频移相混合控制(pulse-frequency modulation+phase-shift modulation,PFM+PSM)降压的混合控制策略;最后通过Matlab/Simulink仿真验证本文所研究控制策略的有效性。仿真结果表明:本文研究的软启动控制能有效抑制启动阶段的电流过冲,变频加移相的混合控制策略能保证在宽输出电压范围的条件下满足开关管软开关特性,并且在模式切换和负载切换下都拥有较好的动态性能。

考虑三端智能软开关与孤岛划分结合的主动配电网故障恢复研究

配电网中接入分布式电源和智能软开关后,其形态和特征发生了明显的变化,并逐步演变为主动配电网。在故障恢复阶段,通过对失电区域进行孤岛划分提升配电网中负荷的恢复率,是提高主动配电网供电可靠性的重要环节之一。为此,提出一种三端智能软开关和孤岛划分相配合的主动配电网故障恢复方法。首先,建立基于分布式电源供电能力的时序孤岛划分模型,并考虑相邻孤岛的结合方案;然后,分析智能软开关的接入对主动配电网故障恢复和三端智能软开关不同接入位置的影响,通过二阶锥转化,将难以求解的非线性问题转化为标准二阶锥模型并求解;最后,以改进IEEE 33节点主动配电网算例进行分析,验证该文所提方法的有效性。

基于四桥臂智能软开关的柔性互联配电台区三相不平衡与轻重载综合调控策略

随着分布式能源与随机负荷的大量接入,配电台区三相负荷不平衡与变压器轻重载运行问题日益突出,这将威胁台区安全可靠运行。然而,既有关于互联台区的研究鲜有兼顾三相不平衡与轻重载运行问题的综合治理。对此,该文提出一种基于四桥臂智能软开关(four-leg soft open point,F-SOP)的柔性互联配电台区三相不平衡与轻重载综合调控策略。首先,分析了F-SOP和变压器的综合损耗特性,结果表明不平衡度和负载率均会影响设备运行效率;其次,建立三相不平衡与轻重载综合调控策略模型,设立变压器输出功率不平衡度与负载率的指标约束,以系统综合损耗最小为优化目标求解F-SOP最优调控指令。接着,针对F-SOP拓扑架构及其功率调控的需求,提出一种改进对等控制方法,进一步提高F-SOP稳定性能与动态性能,确保综合调控策略的实现。最后,通过算例分析与仿真实验验证了所提综合调控策略的有效性和可行性。

计及SOP损耗的交直流配电网三相区间状态估计

随着分布式电源及智能软开关(SOP)等新型设备投入配电网运行,需要对交直流配电网进行精确的状态估计。首先构建了交直流配电网的区间状态估计模型,考虑三相不对称性与交直流之间的耦合;其次,为计及SOP的损耗,增设SOP两侧支路电流作为状态变量,完善了区间状态估计中的雅克比矩阵;最后采用基于迭代运算的线性规划方法进行区间状态估计。在修改IEEE33节点算例上进行仿真,结果表明所提方法能保证计及SOP损耗的状态估计结果的准确性。

“三软”巷道长短锚索联合支护控制变形研究

针对“三软”特厚煤层巷道围岩变形严重、控制难度大、掘进效率低、采掘接替困难的难题,提出了一种锚网索支护控制技术。采用现场超声波探测及钻孔窥视揭露方法,测定围岩松动圈塑性范围为2.4~3.0 m;采用数值模拟得到锚索不同间距下的支护效果,确定顶板采用锚网索、两帮采用锚杆的支护方案,设计合理的支护间距,并成功进行了工程应用。结果表明,长、短锚索联合支护可有效控制复合软岩巷道的变形。两帮和顶底板的移近量不大于30 mm;掘进期间顶锚索应力为60~170 kN,受力较为稳定。可见长短锚索联合控制技术可有效提高巷道围岩控制效果,而且生产实践表明,采用长短锚索联合控制技术后平均月进度突破143 m(架棚支护平均月进度60 m),掘进效率实现成倍增长,有效解决了采掘接替困难问题,经济社会效益显著。

径向让压系统对软岩隧道围岩力学特性影响研究

为处理深部软岩隧道存在的大变形问题,一般采取强支护或支护后进行修复,但收效甚微。在三维地质力学模型的基础上,提出以径向让压为核心的主动支护,先释放围岩应力,后抵抗围岩变形,改善挤压型大变形隧道的力学特性,有效地控制隧道开挖过程中的位移变形。文章以公路隧道典型大变形段为研究对象,建立三维地质力学模型,分析径向让压支护对围岩变形和支护承载能力的控制效果。结果表明:径向让压支护段相对正常支护段能有效控制围岩相对变形,从锚杆变形看出,最大拉应变减小了75.8%,最大压应变减小了67.6%;从围岩与初支接触压力看,将拱底、拱脚压力降低80%,验证了径向让压支护对于围岩塑性区发展和应力释放的有效控制。研究成果可为同类深部软岩隧道围岩控制技术提供数据参考。

水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

保安煤矿褶曲构造影响区三软煤层巷道变形特征及支护优化

保安煤矿运输巷在褶曲构造影响区掘进时,随着围岩破碎程度增加,受构造应力发育等影响,出现原有架棚支护无法有效控制围岩变形的问题。在综合地应力测定、认识围岩破碎分布范围及原支护围岩变形特征基础上,提出采用留断面+锚杆(索)+围岩注浆+钢架棚方式进行支护。通过适当增大巷道断面,允许围岩出现一定变形,以便释放部分围岩应力;通过注浆改善围岩承载能力及稳定性,提升锚杆(索)与围岩耦合效果;采用架棚+单体支柱+金属网,给巷道表面围岩施加较大作用力,并与锚杆(索)、围岩共同配合,控制围岩变形。经工程应用,运输巷围岩变形问题得以较好解决,为构造影响区三软煤层巷道围岩支护提供借鉴。

大倾角三软煤层回采巷道围岩变形破坏特性研究

采用相似模拟方法进行不同应力条件下大倾角煤层回采巷道的围岩破坏特性研究,结果表明,随着顶压系数k的增加,顶底板逐渐出现离层、剪切、滑移直至冒落,0≤k≤2时,锚网索支护起到了良好的锚固作用。k>2.5时,锚网索支护逐渐失效,巷道两帮中部及顶板中部破坏明显;随着顶压系数的增加,顶底范围的巷道分维数增速较快,增量显著,两帮范围的分维数D在增量和增速方面比顶底较低,说明顶底受顶压的影响大于两帮。顶板锚杆锚索轴力大于两帮,左侧顶部、帮部应力大于右侧;顶压系数0≤k≤2时,测点位移量较小,断面收缩率较低,锚网索支护效果较好,顶底板的变形量大于两帮,左侧(留三角煤处)变形量大于右侧,顶板及两帮中部变形量最大。

大倾角三软煤巷动态耦合支护技术研究及应用

大倾角三软煤巷掘进主要采用金属支架单一的刚性被动支护形式,支护效果较差,易发生变形。为了解决上述问题,研究一种大倾角三软煤巷动态耦合支护系统,在主支护结构中加入多个锚注时间指示装置,通过对三软煤巷进行地质力学评估,获取三软煤巷的多个原始地质力学参数,生成初始支护参数,现场设置支护系统并进行实时监测。根据动态地质力学参数和动态支护参数生成反馈信息,及时优化三软煤巷的动态地质力学参数和支护系统的动态支护参数,根据优化支护参数对支护系统中尚未设置好的部分进行修正。通过大倾角三软煤巷动态耦合支护方法及系统,得到最佳支护时间,以达到更好的支护效果。

三软特厚煤层综放工作面瓦斯综合治理

三软煤层(软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层)瓦斯治理是煤矿安全面临的难题之一。焦家寨煤矿52105工作面目前开采的煤层属于三软煤层,在瓦斯抽采过程中抽采钻孔不但塌孔严重,而且施工困难。针对这种情况,采用了瓦斯综合治理模式,将本煤层瓦斯抽放和穿层钻孔抽放相结合。重点分析了瓦斯治理的方案,主要是钻孔的布置参数。研究结果表明,在进行综合治理后,上隅角瓦斯体积分数为0.65%左右,回风流瓦斯体积分数为0.32%左右,确保了工作面的安全生产。

软岩筑坝料在芝瑞抽水蓄能电站中的应用

根据芝瑞抽水蓄能电站上水库库盆开挖料中含有软岩料的特点,结合填筑设计参数研究、室内力学试验及坝坡稳定分析等,对软岩筑坝料在芝瑞抽水蓄能电站上水库中的应用进行了有益的探索。稳定计算结果表明,芝瑞抽水蓄能电站上水库大坝在堆石2区采用70%气孔状玄武岩+30%凝灰质角砾岩、在堆石3区大幅利用开挖凝灰质角砾岩料作为填筑料是可行的;在1550 m高程以上下游坝坡坡比采用1∶2.0、采用15 m宽度堆石2区保护堆石3区、堆石2区和3区按重型击实0.98压实度控制是合适的,大坝的稳定安全有足够保障。