特厚煤层沿顶巷道抗剪锚管索帮角控制技术研究

针对特厚煤层沿顶巷道帮角围岩破碎外挤、锚索自由段受不均匀组合荷载作用导致的端部上翘和帮部变形较大等问题,以同忻矿8204巷道为研究对象,通过现场调研、拉剪试验、FLAC3D数值模拟和现场工业性试验等方法,并利用研发的抗剪锚管索支护结构进行特厚煤层沿顶巷道抗剪锚管索帮角控制技术研究。首先开展拉剪试验,测试锚索组成抗剪锚管索结构前后的承载能力;其次在不考虑原岩应力影响的条件下,通过对巷道围岩内部支护应力场的分布情况,查找原支护方案帮部支护效果较差的原因;最后结合强帮强角支护理念,提出抗剪锚管索帮角控制技术及支护优化方案,利用数值模拟方法险证该优化方案的支护效果,并在现场进行长为300 m的工业性试验。现场监测数据表明,应用所研抗剪锚管索帮角控制技术后,特厚煤层沿顶巷道围岩变形得到了有效控制。

特厚煤层临空巷道动压显现特征及控制技术研究

特厚煤层综放工作面开采扰动强度大,导致其临空巷道的强矿压显现更为强烈,相应的治理措施也需更系统、全面。基于晋能控股煤业集团同忻煤矿8202工作面地质条件,通过分析临空回采巷道上覆岩层运移规律,总结了临空回采巷道围岩破坏形式以及相应的影响因素。同时利用数值模拟手段,结合现场实践的方法,研究并试验了特厚煤层综放工作面临空巷道严重变形的综合治理措施。研究结果表明:特厚煤层综放工作面临空巷道围岩变形程度的影响因素包括临空稳定期、煤柱宽度、煤厚、岩层岩性、巷道断面、地质构造、支护方式、辅助卸压措施及现场管理等。研究提出的“避让优先,卸支同步,加强现场管理”综合治理举措,现场试验效果较好。该治理举措在同忻煤矿的成功实践,不仅取得了显著的经济效益和社会效益,也为特厚煤层条件下安全回采技术研究以及类似条件下巷道变形问题的治理提供了经验措施和相关数据。

“双碳”背景下山西省智慧矿山建设路径研究

碳达峰和碳中和目标是党中央、国务院统筹国际国内大局作出的重大战略决策。山西省作为典型的资源型地区,对于煤矿企业的升级改革迫在眉睫、势在必行。根据山西省煤矿企业发展现状并结合具有代表性的煤矿企业生产实际,利用物联网、大数据和云计算等现代化技术与传统矿山进行深度融合,建立健全煤矿智慧矿山基础框架体系,探讨和规划了在目前“双碳”背景下适合于区域经济转型发展的智慧矿山系统的建设框架和实现路径。

基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估方法研究

矿用高压电缆在实际使用中易受电、热、机械应力等多种因素的复合作用,加速绝缘老化,易导致电缆漏电、短路或放电等故障。目前,介电响应法被引入矿用电缆绝缘性能及老化状态的分析、评估和诊断中。针对基于介电响应法的电缆绝缘性能及老化状态评估问题,以常用的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘矿用移动软电缆为研究对象,总结了介电响应法中回复电压法、极化/去极化电流法和频域介电谱法的基本原理和典型特征量,对比了3种方法的优缺点。介绍了扩展Debye模型提取的老化因子、修正介电驰豫模型提取的弛豫特征量、介质损耗积分谱等基于介电响应模型的电缆绝缘性能评估特征量。从基于回复电压法和极化/去极化电流法的矿用电缆电痕腐蚀程度判别,以及基于极化/去极化电流法和等温松弛电流、基于介电驰豫模型、基于介质损耗积分值的EPDM绝缘多应力老化状态评估等方面,综述了介电响应法在矿用电缆绝缘性能评估中的应用研究。针对基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估存在的在线监测技术无法适应煤矿工况、评估用数据不足、绝缘劣化程度与特征量关系未知等问题,提出应重点研究电缆绝缘状态感知、绝缘劣化程度与特征量关系构建这2项关键技术。

大采高厚坚硬顶板巷道定向爆破切顶卸压技术研究

针对马道头煤矿5209工作面回风巷在高强支护情况下,伴随着上临5210工作面回采产生的巷道大变形问题,采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,对大采高厚坚硬顶板巷道定向爆破切顶卸压技术进行了研究。研究结果显示:巷道爆破切顶卸压的工作机理是通过对煤柱侧未垮落基本顶岩层进行爆破切顶,使其及时垮落,进而减小煤柱载荷和基本顶岩层因为旋转下沉而对煤柱造成的挤压变形;基本顶岩层在爆破切顶卸压后初次垮落步距与周期垮落步距均减小,进而减轻了矿压显现程度;爆破切顶卸压的最佳切顶角度为60°,在爆破切顶卸压后,煤层垂直应力峰值由21.1MPa降低至16.3MPa;爆破后钻孔窥视结果显示,爆破孔与导向孔均沿着孔内聚能管聚能槽方向产生了与走向切缝方向一致裂纹;在5209回风巷进行了巷道表面位移观测发现总体变形量较小,巷道完整性较好,定向爆破切顶卸压效果显著。

基于无人机遥感的矿山重建植被功能多样性研究

植被功能多样性是反映生态系统固碳能力的重要指标,估测功能多样性对于评价生态恢复成效和指导生态修复工程具有重要意义,但中低分辨率遥感数据难以实现植被功能多样性的估测。为此,本文以半干旱区某煤矿排土场为试验区域,利用无人机遥感手段获取激光雷达与高光谱影像数据,反演重建植物群落的功能多样性,并揭示不同修复模式下功能多样性的差异。研究结果表明,无人机可以快速获取高精度的植被高光谱和激光点云数据,有效估测植物群落的形态和生理性状。基于形态和生理性状,可以有效地定量描述植物群落功能多样性。生态修复初期的植被选取和配置会对演替后的植物群落功能多样性造成显著影响,乔灌混合的植物群落在演替后的植物性状和多样性水平高于纯林和草本群落。无人机遥感可以快速获取精细的群落结构和功能数据,为生态修复成效评价和植被优化提供可靠依据。

河流老空复合水体影响区综放工作面开采安全保障技术研究

针对大同矿区双系煤层中侏罗纪已经开采、开采破坏带连接不同含水层甚至地表河流的现状提出了复合水体概念,通过各煤层导高分析、同位素测试等方法,分析地表水、含水层水、老空水的水力联系,研究了复合水体特征,综合采用理论分析、室内试验、数值模拟、现场实测等手段揭示了双系煤层导水裂隙带发育规律,构建了复合水体影响区综放工作面开采的安全性评价方法和防治措施。

高灰煤半焦浮选优化研究

以马道头矿高灰煤热解半焦为研究对象,研究其浮选效果并进行了优化试验,考察了以煤油为捕收剂、仲辛醇为起泡剂药剂用量对其浮选效果的影响,并探究了乳化煤油和调整剂对提高浮选指标、降低煤油用量的效果。结果表明:半焦可通过浮选进行提质,当进行一次浮选试验,煤油用量2200g·t^(-1)、仲辛醇用量300g·t^(-1)时,精焦灰分为30.15%,产率为56.33%,可燃体回收率为79.68%;乳化煤油可提高浮选效果、降低煤油用量,且阴离子乳化剂SDBS较其他类型乳化剂具有更好的效果,当乳化后的煤油用量为1400 g·t^(-1)、仲辛醇300 g·t^(-1)时,与普通煤油相比,精焦灰分变化不明显,产率提高了6.71%,可燃体回收率提高了2.89%,降低煤油消耗36%,并可通过1次浮选、3次精选降低精焦灰分至21.99%;在SDBS乳化煤油的基础上,通过添加AlCl_(3),精焦产率提高至86.51%,可燃体回收率提高至92.85%,但灰分增加至34.81%;加入PAM后,精焦产率提高至74.27%,可燃体回收率提高至91.43%,灰分降低至29.99%。

随采随掘小煤柱巷道稳定性控制实践研究

基于晋能控股煤业集团晋华宫矿12#层8712工作面的地质条件,针对大采高工作面随采随掘条件下,安全高效实施小煤柱巷道掘进的问题进行深入研究。结合理论计算及分析结果,同时借鉴邻近工作面矿压控制经验,提出了“邻巷切顶卸压+本巷分段支护+辅助控制技术”的治理思路,在现场就相关参数及关键技术进行了相应的试验。实践表明:选择合理参数实施治理技术后,现场小煤柱巷道围岩得到了有效控制,提供安全工作环境的同时也大大降低巷道二次维护工程量,经济效益显著。研究成果为其他类似条件下巷道的优化、维护、矿压控制等方面工作提供了可参考的基础数据。

煤化学链制氢技术研究进展

化学链制氢为化石能源的高效清洁利用提供了新思路,是一种新的制氢方式,它具有高效、产品纯度高且分离简单、内分离CO_(2)、低NO_(x)等特点,发展前景广阔。本文阐述了化学链制氢的国内外研究现状,基本原理,煤化学链转化过程,介绍了设计的煤化学链制氢工艺实验装置。指出了化学链制氢发展的重点方向:筛选制备性能优异的载氧体、设计优化反应器、固体燃料化学链制氢及其系统开发。

基于视觉分析软测量的矿用输电线路隐患识别处置技术研究与应用

输电线路受到环境气候影响、人类生产活动及其它意外突袭干扰所造成的电网突发事故量也日趋上升。据有关数据统计,近年来因外力破坏等危害线路安全运行的事件约占35%以上,不仅带来人员伤亡和设备毁损等直接财产损失,还对整个矿区电网的安全稳定运行和社会的经济稳定发展带来严重影响。因此,输电线路预防外力突袭破坏已经引起相关领域的高度重视。晋能控股煤业集团电业有限责任公司现有输电线路多处于高山树林繁茂地带,受大风环境影响常有异物悬挂在输电线路上,同时树木不断生长形成的树障对线路影响尤其巨大,可能引起线路短路跳闸。

综采工作面安全过断层回采工艺研究

基于王家岭煤矿18104工作面回采期间揭露F6断层时,工作面回采效率低、安全系数低、回采难度大等技术难题,通过技术研究,对工作面过断层回采方案进行分析,对过断层期间提出了仰斜回采工艺等若干项安全技术措施。通过实际应用效果来看,合理选择过断层方案后,提高了工作面过断层回采速度,减小了破岩量,采取合理安全技术措施后,保证了工作面回采安全,取得了显著应用成效。

掘进巷道应力区支护技术

基于王家岭煤矿18105辅运顺槽掘进后受集中应力影响,巷道出现顶板下沉、底板鼓起以及两帮收缩现象,分析了原支护设计主要存在的问题,并根据掘进现状,对原支护技术进行合理优化,提出了“注浆锚索+JW型锚索钢棚+L型钢带”联合支护技术。通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后,巷道围岩整体稳定性大大提高,巷道顶板下沉量控制在0.15 m以下,两帮收敛量控制在0.24 m以下,取得了显著应用成效。

厚煤层大断面托顶煤巷道围岩稳定控制研究

为解决龙泉煤矿4#煤层大断面托顶煤巷道稳定性问题,以龙泉煤矿4203工作面回风巷为研究对象,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法对巷道稳定性进行研究;首先建立了巷道岩层稳定性力学分析模型,并推导了顶煤破碎位置计算公式,确定了影响顶煤破坏的主要因素;其次采用UDEC-Trigon模型对不同顶煤厚度下巷道的应力、塑性区及围岩位移量进行了分析。结果表明:巷道顶板发生剪切破坏与岩石内摩擦角及岩块(面)之间的摩擦角有关,且破坏位置在巷道两帮肩角位置。通过对比不同顶煤厚度下支护方案的支护效果,提出了4203工作面回风巷高预应力、高强度锚杆索及时支护巷道的围岩综合控制技术;优化后的支护方案在现场进行了应用,实测得出顶底板最大变形量为104 mm,两帮最大变形量为86 mm,实施效果得到明显提升。

综放工作面过陷落柱影响区煤壁片帮防治技术

陷落柱影响区煤岩往往较为破碎,工作面回采过陷落柱时易出现煤壁片帮及冒顶情况,影响工作面安全开采。为保证工作面安全开采,以赵庄二号井2309工作面为工程背景,分析了综放工作面过陷落柱时的应力演化规律和顶板结构特征,通过采取分阶段细化工作面管理和重点区域超前注浆加固的煤壁片帮综合防治技术,有效预防了工作面煤壁片帮和冒顶。现场工业性试验表明,采取综合防治技术措施后,工作面煤壁整体直立平整,最多连续出现2个架片帮,片帮深度不超400 mm,没有出现漏顶现象;工作面推进速度为2.46 m/d,为正常区域的81.7%。

大同石炭系煤高灰半焦浮选脱灰研究

高灰半焦脱灰提质对提高其利用价值有重要意义。为了探究不同药剂用量对浮选效果的影响,以大同石炭系煤热解所产高灰半焦为试样进行了研究,重点考察了当煤油为捕收剂、仲辛醇为起泡剂时,药剂用量和半焦粒度对浮选效果的影响,并探索了添加表面活性剂(曲拉通X-100)对降低药剂用量的影响。结果表明煤油和仲辛醇用量以及半焦破碎粒度均对脱灰效果有显著影响:增加煤油和仲辛醇用量,则精焦产率提高,精焦灰分呈先下降后上升趋势;半焦经破碎后粒径减小,在一定范围内有利于降低精焦灰分,但过破碎会对浮选产生不利影响。在煤油和仲辛醇用量分别为2400 g/t和400 g/t及适宜半焦粒径分布条件下,对于灰分为50.3%的原半焦,所得精焦灰分为21.1%,产率为53.2%,可燃体回收率为84.4%;通过加入表面活性剂(曲拉通X-100),可显著降低煤油和仲辛醇的用量,提高精焦产率和可燃体回收率。

综放工作面采空区浮煤升温氧化产气规律试验研究

煤炭开采过程中,综放工作面采空区往往会存在大量遗煤,随着工作面的推进,采空区氧气浓度升高,造成浮煤氧化自燃。为了研究马道头矿8404工作面浮煤的氧化产气特性,通过对不同粒径煤样在不同氧浓度下进行程序升温氧化试验,得出了综放工作面采空区内浮煤氧化产气规律。实验结果表明:在粒径为40~80目时,交叉点温度最小为177.5℃,意味着煤自燃倾向性越高;煤样氧化过程中产生的气体主要有CO、CO_(2)、CH_(4)、C_(2)H4、C_(2)H6和C_(3)H_(8)等,其产生量与温度之间基本符合指数递增关系,随着温度的升高,粒径及其氧浓度对氧化产物的影响越大;在同一温度下,煤样粒径越小,氧浓度越高,气体产生量越大;明确了马道头煤矿8404工作面煤自燃预测预报标志气体体系为CO、C_(2) H4、C_(2) H2.

坚硬顶板高应力巷道结构性大变形机理及稳定性控制技术

晋能控股煤业集团有限公司洪崖煤矿目前主采2#及3#煤层层间距平均10 m,为近距离煤层。3#煤层上覆为2#煤层小窑采空区、已掘的废弃巷道以及残留的煤柱,局部存在高应力集中区域。2#煤层与3#煤层之间岩层岩性为细砂岩及砂质泥岩。上覆2#煤层残留煤柱受上覆岩层悬板影响承受高集中应力,并通过2#及3#煤层层间岩层向下传播,在3#煤层回采过程中小煤柱巷道承受高集中应力叠加强动压影响,巷道频繁发生大变形及冒顶灾害。为此亟须开展“坚硬顶板高应力巷道结构性大变形机理及稳定性控制技术”课题,有效解决坚硬顶板高应力巷道结构性大变形支护难题,使巷道支护更加规范、安全。

煤矿井下工业互联网实时集控、自动调控与风险预控系统研究

研发起止时间:2018.07~2020.12完成单位:晋能控股煤业集团有限公司、沈阳智慧云新元测控技术有限公司、晋能控股山西科学技术研究院有限公司、晋能控股煤业集团塔山煤矿有限公司、大同煤炭职业技术学院成果水平:国际领先1项目背景该项目于2021年4月通过了中国煤炭工业协会组织的科技成果鉴定,研究成果为国际领先水平。

不同催化剂对煤泥水热解制备氢的研究

为实现对煤泥分选过程中煤泥水的充分利用,解决煤泥水处理不当对环境造成的污染和煤炭资源浪费的问题。在对煤炭热解反应研究的基础上,以此为借鉴通过对煤泥水热解制备氢气充分利用煤泥水,并重点对12种金属催化剂和8种金属负载型球粒催化剂用于煤泥水热解制备氢气的反应进行对比,研究所得的结论可指导煤泥水热解制备氢气工艺参数的设计和催化剂的选型。