双碳战略中煤气共采技术发展路径的思考

自提出“双碳”目标以来,我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变,能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH_(4)-CO_(2)协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶段煤矿CH_(4)-CO_(2)双重碳减排面临挑战的基础上,明确了双碳战略中煤气共采技术发展需结合现状需求-技术攻关-政策驱动的核心原则,制定了双碳战略中煤气共采技术的发展路径,论述了其中的关键技术问题。碳达峰阶段,CH_(4)减排以排放源管控为基础视角,核心为瓦斯抽采-利用全周期碳减排关键技术,包含瓦斯富集区靶向精准抽采技术、低渗煤层增透及注气驱替增流抽采技术、关闭矿井瓦斯逃逸通道封堵减碳技术、瓦斯富集-提浓-利用一体化技术,目的是大幅提升高浓度瓦斯抽采-利用效率,减少低浓度及通风瓦斯碳排放;CO_(2)减排以“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术为核心,包含煤层CO_(2)封存、工业固废采空区充填协同CO_(2)地质封存、煤矿碳封存区域土壤-地表-大气异常监测及生态碳汇技术,进一步吸纳烟道气或纯CO_(2)排放。碳中和阶段核心任务是实现CH_(4)-CO_(2)(近)零碳排放,CO_(2)减排应当由技术攻关示范工程转变为规模化应用阶段,并建立全生命周期煤矿CH_(4)-CO_(2)排放智能监测及动态管控技术体系,实现监测管控技术手段与碳排放环节深度匹配、碳排放监测管控云平台与煤矿全局监控系统深度对接。最后对未来煤气共采体系绿色低碳发展提出了自身见解与思考:(1)继续深化“高效精准抽采+全浓度梯级利用”煤矿CH_(4)零排放技术模式;(2)持续攻关“CO_(2)工程封存+生态碳汇”CO_(2)零排放技术体系;(3)积极探索煤矿“零碳智慧园区”综合解决方案,形成激励和倒逼并重的煤矿碳减排政策支持体系。

采空区碳封存条件下CO_(2)-水界面特性及溶解传质规律

采空区CO_(2)封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备,在采空区废弃资源二次利用、CO_(2)封存等方面具有广泛的应用前景。利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO_(2)地层水系统的界面张力(IFT)影响规律实验,明晰了CO_(2)注入含水碎胀煤岩体中的气液界面扩散效应,并将基于统计缔合理论结合兰纳−琼斯势能模型的状态方程(SAFT-LJ状态方程)与密度梯度理论(DGT)结合预测了IFT理论值;利用自主研发的地质封存地化反应模拟实验平台对相同条件下的CO_(2)溶解性进行了探究实验,得到了采空区储层环境下CO_(2)溶解度变化特征,采用D-S模型计算了对应CO_(2)溶解度理论值。实验结果表明:环境温度一定时,采空区储层压力与IFT呈线性负相关关系,储层温度升高,IFT相应增加,但变化幅度较小;温压条件一定时,矿化度与IFT存在正相关性,且在本实验范围内,低压、高温、高矿化度会促使IFT升高;CO_(2)−盐溶液之间的IFT呈现出随着阳离子价态升高而增大的现象(K^(+)<Na^(+)<Ca^(2+)<Mg^(2+));采空区储层压力与CO_(2)溶解度呈正相关关系,当温度为25℃、纯水条件下,压力由0.5 MPa增至2.5 MPa,对应CO_(2)溶解度由0.1627 mol/kg升至0.7141 mol/kg;CO_(2)溶解度随着温度与矿化度的升高而降低;相同质量分数下,一价阳离子溶液(NaCl、KCl)比二价阳离子溶液(CaCl_(2)、MgCl_(2))可溶解更多的CO_(2)。注入采空区中的游离相CO_(2)克服界面张力通过扩散溶解传质作用打破了采空区地层的地球化学平衡,通过明确环境温压条件、采空区水环境对IFT及CO_(2)溶解度的影响规律,阐明CO_(2)地层水气液界面效应及溶解传质机理,以期为采空区CO_(2)封存安全性及封存量评估提供理论基础。

基于关键层理论的切顶留巷下覆岩裂隙分布特征研究

针对切顶留巷工艺使得切顶侧采空区覆岩裂隙分布改变的问题,采用物理相似模拟与数值模拟相结合的手段分析了切顶留巷工艺下采空区应力分布、覆岩运移和采动裂隙分布规律。在此基础上,基于关键层理论与采动覆岩卸荷膨胀累积效应,探讨了切顶与未切顶侧覆岩裂隙发育高度和离层裂隙区宽度的变化,分析了不同层位定向卸压瓦斯抽采钻孔抽采效果,验证和反演了切顶留巷工艺下覆岩裂隙分布规律。研究结果表明:切顶留巷工艺能有效降低切顶侧顶底板的应力集中,但应力仍会向煤岩深部传递;切顶使得垮落岩层厚度与顶板破断形式发生改变,导致裂隙带发育高度、亚关键层控制范围内离层裂隙区宽度产生变化;切顶侧端头垮落带高度为未切顶侧的2倍,裂隙带高度为未切顶侧的0.87倍,在裂隙带中下部,切顶侧的离层量和穿层裂隙数量均大于未切顶侧;切顶侧在煤层顶板8~30 m范围内裂隙发育量随距离增大而增大,在30~48 m范围内随距离增大而减小,裂隙主要分布于裂隙带中下部;不同层位抽采钻孔瓦斯浓度和流量的“错峰”验证了上述研究结论。研究结果对高瓦斯矿井切顶留巷工艺下卸压瓦斯治理具有一定参考价值。

混合煤样吸附瓦斯对孔隙比表面积影响的试验研究

为探讨混煤吸附瓦斯膨胀变形与瓦斯涌出之间关系,选取典型煤与瓦斯突出矿井的原生质煤及构造煤,制作混合煤样,测定不同质量比混合煤体等温吸附特性及其吸附前后比表面积。结果表明,比表面积及吸附量在混合煤样质量比为1:1时均达到最大;混合煤样吸附前后中小孔比表面积占比之差,呈先减小后增大的变化趋势;吸附前后微孔比表面积变化与中小孔变化规律相反;根据试验结果,建立了混合煤样吸附瓦斯前后比表面积变化与孔隙膨胀应力应变之间关系的数学模型,得出混合煤样吸附前后孔隙结构变化与瓦斯涌出之间的关系。

CO_2浓度对煤低温氧化影响的试验研究

采用程序升温试验装置,通过模拟煤炭低温氧化自燃过程的升温条件和环境,利用黄岩汇矿煤样在不同CO2浓度条件下进行程序升温试验,研究了不同浓度CO2对煤低温氧化(160℃以下)过程的影响规律。结果表明:温度160℃条件下,CO2浓度和温度对煤自燃惰化性能影响较大;温度100℃以上时,CO2对煤的惰化作用得到明显体现;体积分数50%以上CO2对煤氧复合惰化作用较明显。

液氮浸融对不同预制温度煤体损伤特性试验研究

为研究液氮对不同预制温度煤体浸融后的表面裂隙扩展规律和孔隙损伤特性,分别采用显微镜观测、超声波波速测试以及核磁共振测试技术对不同预制温度煤体液氮浸融前后其表面裂隙扩展规律、内部微裂隙发育规律、内部孔隙发育过程及孔径分布变化规律进行试验研究。试验结果表明,液氮浸融过程中随着预制温度的升高,煤体表面产生热应力随之增大,煤体特征裂隙面积增比也随之增大,且热应力增加与煤表面特征裂隙面积增比呈显著相关关系。煤体预制温度越高液氮浸融后煤体内部超声波波速下降越明显,且煤体孔隙度增比越大,微裂隙、孔隙发育越良好。液氮浸融过程中煤体孔裂隙发育存在两个阶段:第1阶段中,微小孔隙向中大孔隙的转化数量大于微小孔自身新生数量,表现为液氮浸融后煤体微小孔数量减少,中大孔数量增加。随着煤体预制温度升高变为第2阶段,微小孔隙新生数量大于其向中大孔隙的转化量,表现为液氮浸融煤体后全孔隙段孔隙数量均增加。液氮浸融不同预制温度煤体后其特征裂隙增比-声波波速变化率-孔隙度变化率3者之间存在正相关关系。以上结果表明,煤体预制温度因素对液氮浸融后煤体表面裂隙发育及孔隙损伤特性影响显著,且液氮浸融不同预制温度煤体其表面裂隙扩展和内部损伤呈正相关关系。

煤层开采“固-气”耦合相似材料特性分析

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的“固-气”耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂,并对这种原材料组合在不同配比条件下制作试件的力学及渗透性影响因素开展试验研究,以此为依据开展“固-气”耦合物理相似模拟试验,揭示不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律。结果表明:最终确定的材料配比组合能够满足岩石力学性能的要求,较原始固相相似模拟材料及“固-气”耦合相似材料PSO(Paraffin石蜡,Sand砂子,Oil油),其渗透速度平均分别下降91.61%及68.29%;通过对新型材料制作出的试件开展力学及渗透特性影响因素试验并进行非线性回归拟合,得出相应变化趋势的拟合方程,同时得到不同淀粉含量对试件抗压强度及渗透性影响趋势的拟合方程。开展二维煤层开采物理相似模拟试验,得到采动覆岩裂隙演化及不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律,为进一步开展煤与瓦斯共采多场耦合物理相似模拟试验提供理论依据。

基于载铜固体吸附特性的CO消除试验

一氧化碳(CO)是煤炭开采过程中主要危害气体之一,为了降低在工作面上隅角的CO浓度,开展了碳一工业中活性炭(AC)与分子筛(NaY)吸附剂对CO吸附效果的研究。通过BET比表面积测试法和X射线衍射法分别对负载氯化亚铜的分子筛和活性炭的比表面积和孔结构、物相分析进行表征,运用自行搭建的试验台对宏观吸附效果进行测试。试验结果表明,分子筛和活性炭负载氯化亚铜后,总比表面积和微孔比表面积都减小,这会使两种吸附剂的微孔数量增多,吸附能力变强,相比活性炭,无论是否负载氯化亚铜,分子筛更有利于吸附。在静态试验中,负载氯化亚铜的分子筛消除CO的效果最好,消除率达到61.17%。通过动态试验发现风速及吸附剂质量对吸附率均有一定影响,其中风速为1.0 m/s、吸附剂质量为600 g时,CO的消除效果最优。

倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区辨识及抽采关键技术

为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究,得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙分形维数随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了靶向区演化煤层倾角效应模型。结果表明:破断裂隙宽度呈现采空区两侧边界区域大于中部,低层位大于高层位的分布特征,同时破断裂隙宽度受铰接梁影响较强,随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),在第1层铰接梁所在层位上部邻近区域破断裂隙宽度相比下部邻近区域大幅度减小,仅有下部邻近区域的52.8%,64.3%以及71.1%;瓦斯运移优势通道带内离层裂隙面积占比呈现底部最大,顶部次之,中部最小的分布规律;上覆岩层裂隙分形维数整体呈现先减小后增大的现象;基于第1层铰接梁与裂隙分形维数极小值点所在层位两侧裂隙演化规律差异明显,将瓦斯运移优势通道带按空间层位上的高低依次划分为低层位靶向区、中层位靶向区和高层位靶向区。最后,基于采动裂隙椭抛带理论,在工作面侧瓦斯运移优势通道带基础上,建立了考虑煤层倾角因素的倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区空间形态数学方程,形成了靶向区卸压瓦斯抽采方法选择依据,为优化倾斜厚煤层工作面卸压瓦斯抽采布置参数提供参考依据。

瓦斯缓释剂作用下多因素对解吸瓦斯峰值浓度分布影响研究

为防范煤矿瓦斯事故,实现瓦斯高效精准抽采,在井下局部高浓度瓦斯区域喷淋瓦斯缓释剂成为防控瓦斯超限的重要手段之一。依据煤矿掘进工作面搭建相似比模型,利用自主研制的多因素影响煤体瓦斯解吸喷淋试验台,研究了喷淋瓦斯缓释剂下不同因素影响解吸瓦斯峰值浓度分布的规律,分析了APG溶液质量分数、雾化压力、煤样粒径、平衡压力、环境温度、空气流量等因素对解吸瓦斯峰值浓度分布的影响,利用Pearson相关系数法得到了喷淋瓦斯缓释剂后各因素与不同区域瓦斯峰值浓度的相关性。结果表明:APG溶液质量分数小于0.10%时,瓦斯峰值浓度随APG质量分数增加迅速下降,超过0.10%时下降率减小。缓释剂作用下,瓦斯峰值浓度与雾化压力、煤样粒径分别呈负线性和负指数关系,瓦斯峰值浓度随雾化压力与煤样粒径的增大而降低,煤样粒径为5~10 mm时瓦斯下降率最大;瓦斯峰值浓度与平衡压力、环境温度分别呈线性和指数函数关系,瓦斯峰值浓度随平衡压力与环境温度的升高而增加,环境温度为35℃时瓦斯峰值浓度增长率最高。在工作面模型中心,瓦斯峰值浓度随空气流量升高而迅速降低,工作面拐角处瓦斯峰值浓度也随空气流量增大而降低,并在超过12.7×10^(-3)m^(3)/s时瓦斯峰值浓度降低速率减小。在多因素共同作用下,瓦斯峰值浓度相较于单一因素降低了4.3%~8.0%。利用相关系数法计算得到影响进风口上下拐角、出风口上下拐角和模型中心的瓦斯峰值浓度最大因素分别为雾化压力、雾化压力、平衡压力、环境温度、平衡压力。

倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区分域方法及分形特征研究

为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建了覆岩瓦斯缓渗区精细分域方法,并采用灰色关联分析方法对覆岩瓦斯缓渗区沿横向(工作面推进方向)和纵向(垂直于煤层底板向上方向)分形维数与离层量、破断裂隙密度及应力集中系数之间的最大关联度分别进行确定。研究结果表明:覆岩瓦斯缓渗区在第一次周期来压后初步形成,其后每次周期来压时,覆岩瓦斯缓渗区两侧的垮落角均不断减小而宽度和高度均不断增大。具体表现为从缓渗区初次形成至缓渗区充分发育期间,缓渗区开切眼侧和工作面侧的垮落角分别从68.3°和76.2°减小到44.7°和53.5°;而缓渗区的宽度和高度分别从16.3 m和19.2 m增大到52.1 m和38.4 m。根据建立的覆岩瓦斯缓渗区分域准则及流程,结合灰色关联分析方法,得到覆岩瓦斯缓渗区沿横向和纵向分形维数变化均与离层量变化相关性最强(r_(1)=0.93,r_(1)^(*)=0.91),并通过试验验证了理论计算的准确性。因此,在后期确定卸压瓦斯抽采钻孔(巷道)终孔(巷)时,可通过现场观测离层量对覆岩瓦斯缓渗区边界进行判断,研究结果对采空区卸压瓦斯精准高效抽采具有一定的指导意义。

构造煤组合体单轴加载下裂隙演化及分形规律

为研究不同占比的构造煤-原生质煤组合体压裂后的裂隙演化规律及分形特征,运用单轴加载试验手段,得到了5种不同占比构造煤组合体的裂隙长度、角度及分形维数演化规律。结果表明,随构造煤占比的增大,组合体抗压强度、弹性模量均呈减小的趋势,而峰值应力应变呈增大的趋势,组合体整体特性向构造煤的脆性特性靠近,破坏形式从剪切破坏逐渐过渡到拉伸破坏。随构造煤占比的增大,主裂隙扩展时间占比由14%增大至59%,主裂隙平均扩展速率由0.76 mm/s增长至2.34 mm/s,主裂隙角度平均变化速率由3.07°/s减小至0.70°/s,煤体交界处的主裂隙角度和主裂隙角度平均变化速率均逐渐减小。随着不断的加载,组合体分形维数逐渐增大,各峰值应力处分形维数普遍分布在0.99~1.31。随着主裂隙角度的变化,全原生质煤试件主裂隙不同角度的分形维数逐渐减小,全构造煤试件主裂隙不同角度的分形维数逐渐增大,其他占比的构造煤组合体不同角度的主裂隙分形维数均先增加后减少,且其变化均发生在各自的煤体交界处。揭示了不同占比的构造煤组合体在加载过程中的裂隙扩展与角度的有关变化规律,为煤矿安全开采提供理论依据。

微波-水交互作用下富油煤岩渐进性破坏规律试验

陕北富油煤储量大,其组分内含有较多页岩气,同时其内部裂隙少、致密、强度大,井下开采过程呈现“三大一快”,容易形成顶板大面积悬顶和其他次生灾害。常规治理顶板动力灾害的手段存在诸多不足,故此引入微波辐射,制作不同含水率的富油煤样,通过微波照射不同含水率下的富油煤,分析微波照射前后煤样的物理力学性质,研究微波作用下不同含水率煤样的裂隙扩展规律、煤样最终破坏形态和基于煤样碎块等效边长-质量下的分形维数。试验结果表明:(1)同一微波辐射条件下,煤岩试样能量积聚和耗散与含水率呈负相关,富油煤纵波波速平均下降幅度分别为4.22%,7.23%,11.76%,能量积聚和耗散进一步降低。(2)随着含水率增大,富油煤破坏模式由压剪破坏逐步转变为拉剪混合破坏,引入微波辐射,富油煤破坏程度继续增大,破坏模式由剪切破坏逐步转变为柱状拉伸破坏。相较于水,微波对煤样的改造作用更强,水的参与使得微波作用效果提升明显。(3)随含水率增大,分形维数呈现递减趋势,引入微波后,分形维数递减速率更为明显。因此两者对于分形维数递减均呈促进作用。揭示富油煤经微波与水交互作用下的渐进性破坏规律,为微波与水力交互压裂机制提供有效参考,为顶板动力灾害防治措施提供基础性理论支撑。

急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律

急倾斜煤层综采工作面"支架-围岩"系统动态稳定性控制难度大,而顶板的行为状态会直接影响该系统稳定性,从而制约该类煤层高效机械化生产,故研究急倾斜中厚煤层长壁综采工作面覆岩运移规律十分必要。综合采用相似材料试验法、理论分析法,研究分析工作面覆岩破坏及矿压分布、演化规律。研究结果表明,急倾斜中厚煤层综采工作面上、下端头顶板垮落形式不同,上、下部垮落形态分别呈锐角三角形状、钝角三角形状,顶板垮落后会形成阶梯状岩梁;采空区充填状态走向上区域性异化,靠近煤壁侧采空区中部会形成露空区,随着距煤壁距离增加,采空区矸石堆积量及压实度升高,堆积形态更为均匀;工作面矿压非对称分布,具体表现为中、上部>下部;工作面初次来压步距为25 m,周期来压步距平均为9.22 m,来压和未来压时平均支架阻力分别为3 453 kN、2 682.8 kN。

综采工作面上隅角瓦斯流动活跃区形成机理研究

为解决综采工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型,基于物理相似模拟试验,采用分形理论从细观角度证实了瓦斯流动活跃区的存在性,通过构建瓦斯流动活跃区的空间模型和力学模型,研究了工作面上隅角瓦斯流动活跃区的形成机理,并结合FLUENT数值模拟软件,对上隅角埋管抽采瓦斯的布置参数进行了优化。结果表明:通过对比局部瓦斯优势通道裂隙网络与整体覆岩裂隙网络的分形特征,认为局部裂隙网络发育更为丰富,进而证实了瓦斯流动活跃区的存在;推导出了瓦斯流动活跃区关键岩块的二次失稳形式及判据,认为关键岩块不会发生二次失稳,保证了关键岩块的存在,从而保证了瓦斯流动活跃区不会消失,为上隅角埋管抽采活跃区瓦斯提供了可稳定参考的位置基础;通过对埋管深度为5、15、25 m时采空区及工作面的瓦斯浓度分布进行数值模拟,认为埋管深度为15 m时的抽排效果最佳。

综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明:采空区覆岩"三带"高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远,其贯通度越小,并在达到一定高度后,出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用,覆岩离层率呈现两侧高于中部的"马鞍形"。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则,得到不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态,进而发现采高对压实区影响主要表现在高度方面,煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大,推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论,结合物理相似模拟试验结果,构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。

基于Pathfinder对出口形状的疏散模拟及优化

为了有效地提高公共场所人员疏散效率,避免踩踏事件的发生,采用Pathfinder疏散模拟软件,分别对不同出口形状、群体中人员构成、人员初始位置进行疏散模拟。研究发现:出口形状对疏散时间有显著影响,其中"V"(70°)形的疏散时间最短;人员易在安全出口拐角处、人员汇集处、障碍物拐角处等位置出现拥挤;幼儿疏散时间最短,老年人疏散时间最长;在相同条件下,由幼儿引领的群组所用疏散时间比成年人引领的群组少。

煤层群重复采动卸压瓦斯储运区演化规律实验研究

为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16#、18#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工程应用。结果表明,实验矿井上层煤开采后,覆岩垮落带高度11 m、裂隙带高度53 m。工作面附近覆岩关键层形成的砌体梁结构与其下方岩层之间的离层裂隙成为卸压瓦斯储集的空间。当下层煤开采后,受重复采动的影响,垮落带和裂隙带高度分别为13和83 m。上下煤层之间存在关键层,在其下部仍会形成瓦斯储集空间,采动裂隙贯通后下煤层卸压瓦斯易沿着裂隙区通道向上运移至煤层间隔层关键层下的储集空间,再顺着上煤层冒落带内裂隙通道继续向上。此时,上煤层采动形成的瓦斯储集空间也将充满瓦斯成为抽采的重点区域。基于此,提出采动卸压瓦斯储集空间判别方法,并在贵州某矿进行了抽采验证,抽采效果良好,保证了工作面的安全生产。

矿工个体特征因素对煤矿险兆事件影响的SEM研究

为探索矿工个体特征因素对险兆事件的影响,对文献进行深入分析,总结出矿工个体特征因素的测量指标,提出相应假设,采用SEM结构方程模型构建矿工个体特征因素对险兆事件影响的初始模型,并运用SPSS24.0和AMOS21.0软件进行模型拟合分析,结果表明矿工个体自我能力感因素与个体安全行为显著负相关;矿工人格倾向因素对个体安全行为的影响不显著;家庭引导因素对个体安全行为的影响显著正相关;环境满意度因素对个体安全行为的影响显著正相关;个体安全行为对煤矿险兆事件的影响显著负相关。最后根据研究结果提出干预对策,对今后煤矿的安全生产管理和相关研究起到借鉴作用。

煤层倾角对仰斜工作面覆岩压实区裂隙演化规律的影响

为研究仰斜综采工作面采动覆岩压实区裂隙演化规律的煤层倾角效应,用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩压实区裂隙演化规律的研究,得到了压实区高度、垮落角以及宽度随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了压实区演化煤层倾角效应模型。结果表明:随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),平均来压步距逐渐减小(12.5 m>11.6 m>10.4 m),采动覆岩离层量逐渐增加。同时,以采动覆岩离层量和底板应力为压实区边界判定依据,分析得出压实区高度随煤层倾角的增大而不断增大,且压实区高度变化趋势所拟合的直线斜率所组成的曲线随工作面推进距离的增加出现平缓、陡增、平缓的变化趋势,即压实区在形成初期高度相差不大,但会在工作面推进至55~65 m时高差迅速增大,且维持此较大高差直至工作面回采结束;随煤层倾角的增大,开切眼侧垮落角逐渐减小,而工作面侧垮落角逐渐增大;以压实区的高度和垮落角的演化规律为基础,建立了压实区空间简化模型,进一步得到压实区宽度随煤层倾角变化的数学表达式。最后,以采动裂隙椭抛带理论为基础,结合试验结果,建立了考虑煤层倾角的采动裂隙椭抛带压实区数学方程,为仰斜综采工作面准确定位卸压瓦斯储集优势区提供一定的理论依据。