采煤沉陷对神东矿区植被的影响机理研究

采用样方法对神华神东煤炭集团乌兰木伦、补连塔、大柳塔等6大煤矿2002-2006年沉陷区的植被状况进行了系统调查并与邻近未沉陷区的植被进行比较,结果表明,植物种数与沉陷年限之间的相关系数在0.85以上,植被盖度与沉陷年限的相关系数在0.9以上,表明沉陷在一定程度上影响了地表的植被。方差分析结果表明,采煤沉陷对以草本和灌木为主的植被类型、植被盖度、主要建群种的生长状况影响不显著,仅对乔木树种有一定的影响,主要表现是约25%的乔木花稍和10%死亡。

煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术试验研究

为了研究煤矿上下行钻孔瓦斯抽采技术的适应性以及瓦斯抽采效果,在保德煤矿81309工作面开展了上下行钻孔瓦斯抽采技术现场试验。试验结果表明,在同等瓦斯治理效果条件下,上行钻孔抽采的平均瓦斯浓度、瓦斯抽采纯量、百米钻孔抽采量要比下行钻孔高;在相同抽采条件区域范围内,上行钻孔抽采瓦斯浓度比下行钻孔高1.134倍,上行钻孔抽采平均纯瓦斯流量比下行钻孔高1.296倍;在同等抽采、地质条件煤层区域范围内,上行钻孔比下行钻孔具有更好的抽采稳定性和抽采效果。试验研究结果将对煤矿瓦斯治理方案中优选上下行钻孔瓦斯抽采技术提供一定参考。

地下水受煤炭开采的影响及其储存利用技术

针对神东矿区现代煤炭开采对地下水的影响和矿井水外排蒸发损失等问题,采用物探和钻探观测、模型试验和数值模拟等手段,揭示神东矿区10余年来煤炭开采的地下水运移规律,即第四系松散孔隙含水层水位在下降20%~30%时,水量补给达到平衡,水位基本保持不变;基岩裂隙水是目前矿井涌水主要来源。在掌握现代煤炭开采对地下水影响规律基础上,研发了以超大工作面采空区冒落岩体空隙为储水空间,通过建设煤柱和人工挡水坝体,构筑煤矿地下水库,实现了地下水井下储存利用。

神东矿区矿井水的氢氧同位素特征及高氟矿井水形成的水-岩作用机制

神华神东矿区许多矿井水中氟化物(F^(-))质量浓度超标(>1 mg/L),给矿井水的利用和排放带来巨大挑战。为了调查矿井水中氟化物的潜在来源以及研究高氟矿井水的形成机制,从神东矿区8个煤矿采集了矿井水、萨拉乌苏组松散层潜水以及地表水样品共81个,进行了氢氧同位素和主要离子质量浓度测定。测试结果显示:神东矿区矿井水中F^(-)质量浓度介于0.05~11.65 mg/L,平均为1.96 mg/L,其中51%的矿井水为高氟矿井水。氢氧同位素分析表明绝大多数的高氟矿井水具有偏轻的δD和δ^(18)O,且随着F^(-)质量浓度的增高,δD和δ^(18)O降低。分析认为,δD和δ^(18)O偏轻的矿井水相对古老,滞留时间长,其与松散层潜水以及地表水的水力联系较差,处于相对封闭的地下水环境,径流滞缓,水-岩反应充分,当含水层的矿物学和地球化学条件适宜条件下,含氟矿物中氟释放,导致水中F^(-)的富集。矿井水水化学类型与F^(-)质量浓度的关联性分析显示,Na-HCO_(3)型水具有最高的F^(-)质量浓度;所有的高氟矿井水均为Na型水,Na型矿井水中F^(-)的质量浓度明显高于Ca型矿井水,随着Na^(+)质量浓度的增高和Ca^(2+)质量浓度的降低,F^(-)质量浓度升高,反映出F^(-)的富集主要与矿井水中Na^(+)增高以及Ca^(2+)消耗的水-岩作用有关。综合分析认为,神东矿区高氟矿井水的形成主要与矿井水中Ca^(2+)与岩石表面吸附的Na^(+)的阳离子交换吸附作用有关,同时,较高的碱性水环境下OH^(-)-F^(-)阴离子交换以及Ca(OH)_(2)矿物沉淀也有助于矿井水中F^(-)的富集;此外,氢氧同位素分析表明少部分高氟矿井水的形成与蒸发作用有关。

穿层巷道过软岩段掘进技术研究

巷道下水平开拓掘进过程中,穿层巷道岩性变化较快,且变化过程中可能伴随着软岩及硬岩的掘进,在硬岩巷道掘进过程中,施工难点在于掘进设备能否满足岩性硬度的要求,软岩巷道施工则需要考虑顶、帮支护的问题。哈拉沟煤矿下水平开拓掘进过程中遇到膨润土,膨润土遇水膨胀,不仅在掘进过程中造成底板泥化,随着掘进过程中,膨润土层位发生变化,给巷道顶、帮支护造成极大的困难,为了保证巷道顶、帮支护达到可靠的效果,根据膨润土所在层位的变化,不断调整支护设计,最终保证掘进工作面顺利、安全通过膨润土影响区域。

石圪台矿顶板稳定性分析与支护方案研究

为精细化研究石圪台3^(-1)煤层顶板岩层稳定性情况并提出相应的支护方案,采用理论分析、现场探测、数值模拟等方法对石圪台3^(-1)煤层范围内巷道顶板稳定性进行了分析与计算。研究结果表明:石圪台3^(-1)煤层巷道以Ⅰ类顶板为主,局部区域出现Ⅱ类和Ⅲ类顶板;巷道顶板浅部范围内岩层完整性较好,裂隙发育较少;二次采动超前区域最大主应力与最小主应力比值在2.5及以上,巷道围岩塑性区主要分布于巷道两帮,呈非对称分布,顶板稳定性受采动影响较小。据此提出了石圪台3^(-1)煤层Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类顶板条件下巷道支护方案,现场验证表明,所提出方案能有效地维护巷道顶板稳定,为类似条件下巷道支护参数设计与优化提供了借鉴。

机械化学法制备载铝活性炭对矿井水的除氟性能研究

我国西部煤炭主产区矿井水中氟化物(F-)超标问题逐年加重,已严重制约了矿区的可持续发展,提出有效的F去除技术是提高矿井水利用效率的关键。通过机械化学法一步固相反应制备了负载氧化铝的活性炭(Al_(2)O_(3)/C)吸附剂,该方法可同时实现Al_(2)O_(3)和活性炭的活化和吸附剂制备,制备过程不产生废液废渣,能耗低。Al_(2)O_(3)/C投加量为10 g/L时,pH值为5~10对水中F去除率可达到75%以上;高浓度SO_(4)^(2-)(-3000 mg/L)、Cl(-3000 mg/L)和腐殖酸对F去除影响很小,但HCO_(3)^(-)浓度为1000 mg/L时,F去除率下降至23.8%,矿井水中的HCO_(3)^(-)达到730 mg/L,对Al_(2)O_(3)/C除氟抑制作用明显,F去除率最高达到53.5%,因此在工程实践中应对矿井水进行预处理降低HCO_(3)^(-)的不利影响。Al_(2)O_(3)/C对F的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型。Al_(2)O_(3)/C除氟性能与其比表面积和孔径无关,主要依赖于表面负载的Al_(2)O_(3),X射线光电子能谱结果表明:Al-F键的形成是除氟的主要机理。

煤矿设备智能干选系统设计方法研究——评《选矿概论》

随着我国煤矿行业不断扩展、煤矿设备制造技术持续提升,煤矿设备智能干选系统设计方法也得到了持续的研究和完善。基于此,煤矿设备工程工作者需要不断提升自身的专业素质。由姚金编著,化学工业出版社于2020年4月出版的《选矿概论》一书,是煤矿设备工程领域中重要的研究成果,该书使用专业理论联系实际案例的方式,对煤矿设备智能干选系统的设计方法进行了介绍,重点阐述了煤矿设备智能干选系统的工作原理、设备组成和应用案例等内容.

掘进工作面粉尘综合治理技术与实践

针对保德煤矿掘进过程中产生高浓度粉尘的难题,采用大直径钻孔煤层注水和掘锚机喷雾块改造、高压外喷雾降尘技术、湿式钻进技术等相结合的降尘技术,同时结合可伸缩式全断面捕尘喷雾装置和高效清除二次扬尘技术工艺,建立一套掘进工作面综合降尘技术及工艺,实现掘进工作面低尘化生产。应用结果表明,保德煤矿81310胶带运输巷、81311回风巷及联络巷掘进工作面注水后煤层含水率平均增加了3.82%,总粉尘平均降尘率达98.72%,呼吸性粉尘平均降尘率达97.36%,有效改善了工作面的粉尘污染状况,为矿井安全高效生产提供了有利条件。

基于一组多孔大区域注水技术的工作面粉尘综合治理

针对81308综放工作面回采作业过程中粉尘浓度大的难题,基于润湿煤体减尘和喷雾降尘的原理,利用"静压+一组多孔"大区域注水方式,加装采煤机高压外喷雾降尘系统,并设计了全断面伸缩式捕尘网,最终实现了加大注水区域、延长注水时间、扩大有效降尘半径和提高捕尘效果的目的,建立了1套综放工作面综合降尘技术及工艺,实现了综放工作面低尘化生产。结果表明:81308综放工作面注水后含水率平均增加了5.74%;采取综合防尘技术措施后,总粉尘平均降尘率达64.29%,呼吸性粉尘平均降尘率达54.90%。

荒漠化矿区煤炭开采与生态环境治理探讨

针对神东矿区特定的开采技术与地质条件,分析了矿区多年来的生态科研项目的结论,深入系统地探寻其生态破坏的机理,生态发育的时空变化规律,遵循生态修复学规律,研究矿区生态系统的自组织、自调节修复能力。在此基础上,进行人工生态修复关键技术引导,遏止神东矿区脆弱的生态系统进一步退化,同时,促使尽快建立健康结构和完善功能的新生态系统,初步解决风沙危害、水土流失等问题,实现资源与环境的协调发展。

21306综采面过上覆煤柱动载矿压机理与防治技术

通过观测分析上覆煤柱对活鸡兔井21306综采工作面的矿压影响,找出了顶板突然大范围来压的边界节点,为距离出煤柱边界5 m左右,同时利用实验室模拟验证了工作面出煤柱时的动载矿压机理,提出了"优化开采设计"、"采前预先防治"、"采时跟踪防范"等防治技术措施。

煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法研究

多旋翼飞行器以其机械结构简单、可悬停和多方向飞行的优点,在煤矿井下生产巡检方面具有良好的应用前景。但多旋翼飞行器移动速度较快,飞行时易受外界各种因素的影响,难以建立精确的数学模型,使得飞行控制算法的设计较为复杂,现有基于激光雷达的同步定位与地图构建方法难以满足多旋翼飞行器快速飞行的实时性要求。针对上述问题,研究了一种利用虚拟远程操控技术对煤矿井下多旋翼飞行器进行避障的控制方法。构建了煤矿井下巷道多旋翼飞行器虚拟远程操控系统,根据煤矿巷道初始信息在虚拟远程操控系统中建立虚拟巷道模型及全局导航地图,获得飞行器移动过程中已知的静态障碍物信息,建立已知的静态环境模型,减少多旋翼飞行器运动过程中对环境感知建模的任务量,提高虚拟远程操控的运行效率。在巡检过程中,多旋翼飞行器通过自身携带的传感设备检测移动方向的动态障碍物信息,虚拟远程操控系统将动态障碍物信息实时重建于初始虚拟巷道模型中,对虚拟环境状态进行实时更新,为飞行器局部避障控制提供可靠的环境依据;虚拟远程操控系统通过读取障碍物与飞行器的位置数据和移动速度信息,采用复合虚拟势场(CVFF)避障控制算法进行避障路径规划,如果检测到前方障碍物对飞行器移动产生较大威胁,远程操控人员可根据规划的避障路径对飞行器进行远程干预,实现了自主避障飞行和人为远程干预控制。为提高飞行器对动态障碍物的感知效率和精度,在虚拟势场(VFF)算法的基础上引入飞行器与障碍物、目标点之间的相对速度影响,提出了一种CVFF避障控制算法。从静态和动态障碍物避障路径2个方面对CVFF避障控制算法进行仿真验证,结果表明:静态情况下,相比VFF算法,CVFF避障控制算法在减少了迭代次数的同时,也缩短了飞行器的轨迹长度;动态情况下,飞行器成功避开了提前设定的2个动态障碍物,顺利到达设定目标点,验证了采用CVFF算法的煤矿井下多旋翼飞行器避障控制方法的有效性。

综采工作面呼吸性粉尘浓度分布规律及其与湍流强度关系的研究

利用流体动力学软件FLUENT,采用离散相与连续相双向耦合的方法对神东哈拉沟煤矿22410综采工作面的呼吸性粉尘的浓度分布及运动规律进行了3D数值模拟。结果表明:割煤机产生的呼吸性粉尘浓度峰值逐渐由靠近煤层侧向液压支柱侧偏移,导致液压支柱侧的粉尘浓度增加;同时发现割煤机侧的呼吸性粉尘粒径越小越容易扩散到液压支柱侧;对呼吸性粉尘的浓度分布与湍流强度的关系分析后发现,综采面巷道中的流场湍流强度呈准周期性、强弱交替变化,割煤机侧与液压支柱侧湍流强度刚好互补;在割煤机侧,呼吸性粉尘浓度越大,湍流强度相对越小,风速相对较大;在液压支柱侧,湍流强度越大,粉尘浓度越大,与割煤机侧相反。

地面钻孔灌注液态CO2技术在采空区防灭火中的应用

为了研究液态CO2对上覆存在采空区的010905工作面采空区氧化带区域惰化实际防灭火效果,通过在工作面后部采空区合适位置设计地表钻孔,对010905工作面采空区选定"氧化带"区域实施地表灌注液态CO2措施,以使采空区处于"氧化带"区域内的温度、氧气浓度、有害气体等在液态CO2大量气化后得到有效控制,保证了工作面安全开采。地表钻孔灌注液态CO2后,通过利用联巷密闭内预设束管和传感器进行观测,实验结果表明:实验区域温度、氧浓度呈直线下降趋势,CO2体积分数呈先急剧升高后不断降低趋势,治理区域效果十分明显。

基于自然γ射线探测原理的煤层厚度测量精度优化方法研究

准确识别煤岩界面是实现采煤机全自动化控制的关键技术。通过测量综采工作面的自然γ射线辐射强度可以得到采煤机截割煤层后剩余煤层厚度。为减少由于自然γ射线计数波动导致的随机误差,提高煤层厚度监测仪传感器对剩余煤层厚度探测精度,重点研究了自然γ射线测量统计分布规律及自然γ射线测量误差的分布规律,并给出了测量误差公式。利用测量误差公式分析了随采煤机一起运动的探测器连续放射性测量所造成的测量误差。最后根据误差公式提出了降低测量误差的方法,并对不同的方法进行了分析研究。

选煤厂智能视频研究与实践

监测监控系统是智能化选煤厂的重要组成部分,随着视频监控技术的快速发展,高清网络视频监控系统在工业领域得到了全面应用。补连塔选煤厂原有视频监控为模拟量视频监控系统,已不能满足当前生产建设需要。鉴于此,对选煤厂智能视频进行研究,组建了高清网络智能视频监控系统,实现了集生产管理、设备管理、人员管理、环境管理为一体的综合动态智能视频系统。

基于UWB技术的矿井人员定位系统设计

为提升矿井人员的定位精度与实时性,针对基于WiFi、蓝牙、RFID和Zigbee等无线通信技术的矿井人员定位系统存在有效通信距离短、定位精度不高的局限,提出了一种基于超宽带(UWB)技术的矿井人员定位系统并在煤矿井下进行了应用。该系统利用到达时间测距方法(TOF),采用单个读卡器即可独立组网并实现对识别卡进行测距定位的结构形式设计,通过在读卡器内设置2块拥有TOF算法的射频模块,记录每个射频模块独立测量该模块与识别卡之间信号往返的到达时间,并依据算法公式计算出两节点之间的距离,来实现人员定位。通过现场实测和分析,认为该系统受环境影响小,定位精度高,进一步促进了井下人员定位技术的发展。

联合支护技术在极近层间距受损动压巷道修复中的应用

针对大柳塔煤矿活鸡兔井12下205综放工作面回风顺槽在受到综放工作面回采动压影响,巷道变形破坏严重的情况下,采用了联合支护技术进行巷道修复,并取得了明显效果。

上湾煤矿1^(-2)煤层采用大采高综放开采技术的探讨

基于上湾煤矿1-2煤层顶底板条件,研究了采放比对顶煤冒放性的影响,同时应用FLCA3D软件对开采煤体的顶煤活动规律进行了数值模拟。研究得出:适合的采放比例为割煤高度6.0m,放煤厚度2.9m;随着工作面的推进,顶煤受到矿压影响发生破坏的范围可达2m以上,2~3m厚的顶煤可以充分垮落;煤壁稳定性较好,超前破坏范围保持相对稳定。