煤层倾角对深部综放工作面沿空留巷围岩控制影响的模拟分析

本论文采用三维有限差分数值软件FLAC3D模拟研究了煤层倾角对深部综放工作面沿空留巷围岩控制的影响,揭示了煤层倾角对深部综放工作面沿空留巷围岩影响的规律,得出了留巷围岩位移随工作面推进的动态变化规律。结果表明:回采初期的巷道位移量随工作面的推进总体呈现出增大的趋势;顶板下沉量随着煤层倾角的增大而减小,底板底鼓量随着煤层倾角的增大而增加。

综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术

为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域空间分布规律,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术。在对遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上,分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法。以试验工作面为例,对采空区各气体浓度场测量、重建与分析,考虑其他可燃性气体对CH4爆炸界限的影响,叠加确定了各空间高度上耦合灾害危险区域平面范围,利用三维场重建程序结合空间插值技术,重建出耦合灾害危险区域空间立体分布情况,并对灾害空间参数进行了提取。最后,对采空区高位钻孔瓦斯抽放、隅角注防灭火材料技术方法进行了改进,使之满足耦合灾害防治需要,保证工作面的安全开采。

喷雾降尘用化学除尘剂的实验研究

为了改善水与粉尘的结合能力,提高煤矿喷雾降尘效果,进一步改善矿井工作面的工作环境,通过应用JK99C型表面张力仪和视频光学接触角测量仪对优选的SDS、CAB-35、JFCS、BS-12四种表面活性剂溶液不同浓度下的表面张力和接触角进行了测试,确定其CMC,并以此浓度作为四种表面活性剂溶液的配比浓度;通过两两单体复配的原则,对6种复配溶液进行了煤粉沉降与反向渗透实验,并结合喷雾模拟实验,确定了降尘用表面活性剂的最优配方为质量分数为0.05%的CAB-35+JFCS的复配溶液,具有较好的降尘效果。

不同变质程度煤自燃特性实验研究

利用程序升温实验装置对不同变质程度的煤进行氧化升温实验,对实验过程中的临界温度变化,CO、CO_2、CH4浓度变化等的关系进行分析。分析结果表明:煤的临界温度随煤的变质程度增加而升高64.79℃(长焰煤)、69.86℃(不黏煤)、71.23℃(气煤);CO、CO_2、CH43种气体升温过程中的浓度变化随变质程度的增加而减小;煤的氧化自燃倾向性在一定程度上随煤的变质程度的增加而降低。

大跨度装配式车站拼装施工技术研究与应用--以长春市地铁2号线西兴站为例

为解决大跨度装配式地铁车站施工过程中预制构件自身质量大和形状特殊等因素对其拼装精度和快速定位影响大的问题,依托长春地铁2号线西兴站,首先分析大跨度地铁车站拼装工程技术重难点问题,然后叙述改进后的定位拼装平台的功能,最后从拼装方法、拼装步序、定位过程控制、纠偏控制、基础平面处理和榫槽注浆方面详细阐述拼装施工技术,并运用于工程实践。得出主要结论如下:1)在现场运用改进后的液压三维定位拼装平台,提高了拼装平台组成构件的拼装精度;2)开发的装配式预制构件拼装技术,实现了高效、快速、准确的拼装;3)建立的装配式预制构件连接与拼装的定位技术及纠偏控制,解决了定位精确度及效率不高的难题。

急倾斜采空区矸石充填顶板控制变形分析

根据急倾斜煤层采空区矸石充填开采下顶板受力特征,建立了顶板岩层梁式力学模型,得到了考虑充填矸石支撑作用的顶板挠度计算式,研究了不同充填量及强度的矸石对不同倾角顶板变形的控制作用。

地震作用对Hoek-Brown准则下三维岩质边坡稳定性的影响

地震是滑坡灾害的重要诱导因素。对于满足Hoek-Brown破坏准则的三维岩质边坡,利用切线技术构建了非线性准则下三维破坏机制,基于拟静力法建立了地震作用下三维极限分析方法,开展了地震作用对三维岩质边坡稳定性影响研究。研究结果表明:边坡稳定性随着地震作用的增大而降低,地震作用的影响程度随着坡度和宽高比的减小而更显著;等效MohrCoulomb参数的取值会受到地震作用的影响,其影响程度随坡度的增大而减小;随着地震作用的增大,边坡最危险滑动面的位置变浅,其三维特性变弱。

煤矿企业内部市场合约化安全监管模式

为保障煤矿企业内部市场化的实施,基于国有企业组织管理架构进行改革创新,通过有效的安全监管,提出一套市场合约式监察管理方法。该方法在企业内部把安监处设置为独立的监督管理机构,各级市场主体按模拟法人合约化进行运作,将市场化手段渗透到组织管理的各个环节。这一模式对矿井生产安全进行了有效的监管制约,通过构建起的"五位一体"的安全管控体系,对风险进行预控,消除隐患,有效保证了矿井生产的安全。

大型管道瓦斯爆炸特征及其末端对动物损伤实验研究

为了探讨瓦斯在大型管道中的爆炸特性及管道末端小白鼠瓦斯爆炸伤的伤情特点,在直径2 000 mm的管道中,进行3种典型浓度下不同体积分数的瓦斯爆炸试验,并在管道末端放置数只健康小白鼠,观察其伤亡情况。分析不同体积和浓度下瓦斯压力、温度、火焰传播规律这3个爆炸特性及深入观察小白鼠爆炸伤后各组织、器官的损伤特性。实验结果表明,爆炸冲击波和温度是导致爆炸伤亡的主要原因,瓦斯浓度为9.5%,体积为1.6 m3时,爆炸压力、爆炸温度和火焰传播速度达到均达到峰值,此时的小白鼠的死亡数量最大,损伤程度最高,主要表现为烧伤、肺部出血和脑组织出血。

煤炭地下气化典型有机物热解产出研究

煤炭地下气化过程中尤其是干馏干燥区,热解产生的大量有机物,会对周围含水层造成潜在的污染风险,严重制约煤炭地下气化的产业化发展。通过对煤样进行200~600℃不同终温下慢速热解,模拟气化通道干馏干燥区无氧条件下的热解反应实验,探究煤热解产生典型有机质种类及含量的变化规律。研究表明,热解温度为200℃时,热解产物中含氧化合物含量最高,高达36.19%,随着温度升高,其含量变化较小;酚类化合物随着热解温度的升高而增多,600℃时含量达到17.97%;芳香烃化合物在原煤中含量较高,温度高于300℃时开始大量释放,占热解总产物的比重较高;在300℃时热解产生了大量脂肪烃化合物,随着温度继续升高其含量不断下降,600℃时脂肪烃含量下降至总产物的10%左右。

一种主动功能约束视域下的复杂系统事故预防模型

复杂系统事故发生模式具有多样性、不确定性的特点。传统的被动式、以失效因果分析为导向的事故预防模型虽然能够较为有效地防止或者减少同类事故的发生,但无法预防未发生过的新事故,因此并不适用于事故模式多样的复杂系统的事故预防。为了更加系统、全面地降低复杂系统的事故风险,需从更加主动的、前瞻性的视角分析如何使系统保持正常的功能。根据控制系统中的功能约束原理,并以功能分解与共振分析模型(ACAT/FRAM)为建模工具,提出一种主动功能约束视域下的复杂系统事故预防模型。该模型通过将复杂系统进行功能分解与抽象,以闭环控制关系对功能进行耦合关联,得到复杂系统要素的正常功能约束结构。基于该模型的事故预防机制在于保证系统各要素以及要素间的正常功能,据此可制定面向多种事故模式的事故预防措施。

真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体渗流及力学破坏特性

深部开采扰动下“煤体-岩体”复合系统发生整体破坏失稳是导致煤岩瓦斯复合动力灾害发生的主要原因之一。为了研究煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理,采用真三轴气固耦合煤岩渗流试验系统,以人工压制具有过渡界面的复合煤岩体试件为研究对象,进行了5种不同真三轴应力路径下含瓦斯复合煤岩体渗流特性及力学破坏特征试验研究。结果表明,真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体强度符合Mogi-Coulomb准则,相比于其他试验路径,真三轴加载路径下试件强度最大,复合加卸载路径下试件强度次之,σ_(2)、σ_(3)发生转换时,试件强度显著降低;试件破坏时,真三轴复合加卸载路径下试件渗透率增长倍数最多,真三轴卸载路径次之,真三轴加载路径下试件渗透率增加倍数最少,σ_(2)、σ_(3)发生转换时试件渗透率显著增大;此外,复合煤岩体试件破坏特征具有规律性,真三轴加载路径下,σ_(1)-σ_(2)平面煤体中出现剪切裂纹,并在煤岩交界面处交汇,真三轴卸载和复合加卸载路径下,σ_(1)-σ_(2)平面上裂纹从煤体到岩体出现了跨界面扩展的现象,煤体中依然出现剪切裂纹,但是裂纹在煤岩交界面处交汇之后转变为拉伸裂纹延伸至岩体中,岩体出现劈裂破坏;当σ_(2)、σ_(3)发生交汇、转换,σ_(2)小于σ_(3)时,试件的2个侧面(σ_(1)-σ_(2)平面和σ_(1)-σ_(3)平面)均发生破坏,试件损伤状态相对复杂。

饱和粉质黏土最大剪切模量测试的对比研究

针对黄河下游冲积流域广泛分布的粉质黏土,利用现场波速测试法、室内测试法或者反推法、Hardin公式推导等,研究了不同测试方法得到的土的最大剪切模量,并对测试方法和测试结果进行了对比。研究表明:弯曲元测试系统采用峰-峰法确定剪切波的传播时间,更加准确和直观;若采用动三轴中应力应变滞回圈变化反推计算土的最大动剪切模量时,应变越小计算结果越真实;若采用Hardin公式计算土的最大动剪切模量时,应充分考虑土的应力历史影响;Hardin公式能够较好地模拟弯曲元和现场波速测试结果,在土的动剪切模量比计算时,应根据现场波速测试结果或者Hardin公式计算结果对动三轴反推结果进行修正。

煤矿综放工作面高压雾化降尘对粉尘颗粒微观参数影响规律分析

喷嘴高压雾化降尘是综放工作面首要防尘方法。对于喷雾前后粉尘浓度的降低情况研究较多,而忽视了喷雾前后尘粒的粒度、粒径分布、形状系数、比表面积等颗粒微观参数的变化情况。采用显微颗粒图像分析法对生产现场喷雾降尘前后各主要作业地点的粉尘进行了微观参数测定。结果表明：喷雾降尘前后,各采样点的D10,D25,D50,DP,XNL,XNS一般在1.0～7.0μm之间小幅度变化,但D75,D90,D100,XNV,XLS,XLV,XSV,XPV却在3.3～56.8μm之间大范围变化;粉尘粒度变化与喷嘴雾化效果的关系为雾化效果越好,粉尘粒度则变得越大,反之亦然;喷雾降尘对粉尘的形状系数和比表面积影响较小;雾化降尘前后,工人主要作业区域呼尘所占比例及其4种粒级频率分布、累计分布较大幅度降低;除粉尘浓度外,还应将粉尘粒度及不同粒径粉尘颗粒的频率分布与累计分布的变化情况作为考核喷嘴雾化降尘效果的重要依据。

基于CT三维重建的煤层气非达西渗流数值模拟

为了探究煤层气非达西渗流中各参数对渗流的影响,通过CT三维重建技术,建立了从现场采集到的6种煤样的真实模型。基于建立的真实模型,进行了在30种不同压力梯度下的煤层气渗流数值模拟试验。模拟试验结果表明:(1)在微观尺度下(<100μm),模拟得到的渗流速度与压力梯度符合Forchheimer高速非线性渗流规律;(2)渗透率随有效孔隙率的增长并不是绝对的,在有效孔隙率较大时会出现局部波折的情况,在相同压力梯度下,渗流速度总的趋势随有效孔隙率、渗透率、非达西系数的增大而增大;(3)非达西系数随着有效孔隙率和渗透率的增大而减小。幂函数拟合和多元回归分析结果表明有效孔隙率对非达西系数的影响最为显著,仅考虑有效孔隙率的经验公式可更加精确的估算非达西系数。由数值模拟结果得到的非达西经验常数为0.003 171,有效孔隙率幂次为-5.387 45。

注水煤体有效渗流通道结构分形特征核磁共振试验研究

为定量表征注水煤体有效渗流通道结构变化特征,基于核磁共振试验测试了注水过程中,不同围压及水压作用下煤体孔隙结构特征,并结合分形几何理论对煤体有效渗流通道结构分形特征进行了分析。结果表明:注水煤体内部孔径分布差异明显,在不同水压及围压影响下,各孔径孔隙体积占比变化明显,大孔体积变化幅度最大为13.72%,其次为过渡孔及中孔分别为8.12%和5.39%,最小的微孔为2.05%。结合T2C测试结果,当孔隙半径大于270 nm时为有效渗流通道,则影响注水煤体渗流特性的孔隙结构主要集中于大孔及中孔尺度内;试验过程中,试验及理论分形维数变化较小,表明煤样在不同承压条件下,渗流通道结构均具有明显的分形特征,同时两者相反的变化趋势验证了各自表征意义的不同。

沿空掘巷综放开采卸压巷布置方式优化研究

为了解决小煤柱沿空掘巷综放开采过程中沿空巷道矿压显现剧烈、变形严重的难题,采用本煤层布置卸压巷的方法对沿空巷道进行围岩控制,通过数值模拟方法研究了卸压巷在厚煤层的层位、卸压巷与沿空巷的巷道中心距、卸压巷的面积3个因素对卸压巷的卸压效果的影响,并对卸压巷的布置方式进行优化。结果表明:布置卸压巷降低了实体煤应力集中系数,减小应力集中区域面积,使应力集中向煤体深部转移,减小了沿空巷道围岩应力;最优化卸压巷布置方式是卸压巷在厚煤层中挑顶布置,巷道中心距为沿空巷道宽度的2.7~3.2倍,巷道尺寸与沿空巷道相同。该布置方式运用在现场,取得良好技术经济效益。

变轴压加载煤体变形破坏及瓦斯渗流试验研究

为探究煤岩在变轴压加载下的变形破坏和瓦斯渗流演化规律,以原煤煤粉压制的煤体试件为研究对象,采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,进行了5种不同轴压加载路径下的煤体三轴压缩及瓦斯渗流试验。研究结果表明,煤体变形可分为压密、稳定发展、非稳定破裂发展和破裂后4个阶段;压密阶段试件的应变变化速率主要与张开性结构面和裂隙有关,与轴压加载区间无关,稳定发展阶段虽然轴压加载速率不同,但在相同的轴压加载区间,轴向应变变化速率基本相同;变轴压加载前期煤体渗透率与轴压的加载速率呈负相关变化,中后期渗透率变化速率与轴压加载速率相关性不大。研究结论对指导冲击地压以及煤与瓦斯突出的监测预警有着重要意义。

白庄煤矿通风系统网络解算及优化调节

应用面向对象的思想,使用C++语言设计开发了基于Visual C++10.0集成开发平台的矿井通风网络解算软件。软件采用改进的斯考特-亨斯利算法。针对白庄煤矿多水平高阻通风困难的问题,提出4种优化方案,进行网络解算,确定最优方案及风机型号,对白庄煤矿通风系统进行了优化改造,有效地解决了通风系统存在的实际问题,对其他多水平高阻矿井的优化改造具有重要的借鉴意义和推广价值。

济北矿区地应力测量及分布特征研究

地应力是影响巷道围岩稳定性的重要因素,为得到济北矿区的地应力分布特征,在济北矿区选取了9个具有代表性的原岩应力测点,采用应力解除法对该矿区进行三维地应力测量。测试结果表明：济北矿区最大水平应力、最小水平应力和垂直应力均随深度增加呈线性增加,最大与最小水平应力比值为1.83~2.68,最大与最小应力之差较大,导致岩体内部剪应力增大;最大主应力方向近似NW-SE向,倾角近水平方向;矿区中西部的局部区域受褶曲影响,地应力近东西方向,最大水平应力为垂直应力的1.36~1.82倍,且构造应力对矿区西部区域的影响高于东部区域。基于地应力测量结果,可以合理布置济北矿区井下巷道,巷道掘进方向应为NW-SE向,并局部地点巷道应根据相应的测试结果进行调整。