作者：王平 冯涛 蒋运良 刘海 李立新 余伟健 朱永建 鲁义
摘要：针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题，结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理，并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构，但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎，表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板“抛物线-半双曲线”扩展力学模型，即再生顶板平衡拱边界在纵向上以“抛物线”形式向上扩展，横向上以“半双曲线”形式延伸。根据该模型计算发现，巷道底鼓使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加，围岩变形量增大，最终导致巷道整体失稳。因此，提出了“护底→固帮→控顶”的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况，通过疏干排水防止底鼓、改善棚架结构加强帮、顶支撑，形成了“强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制”的支护原则，具体形成了“双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器”的组合支护技术，经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定，后期回采时建议采用“三支一体”支护体系进行加强支护，控制再生顶板围岩回采期间的稳定。
作者：王市委 陈松降 陶秀祥 石开仪 陈鹏 陈文辉
摘要：浮选实验表明油泡对低阶煤颗粒的捕收能力要远强于传统浮选过程的起泡。这主要是由于油泡表面被捕收剂覆盖，其表面疏水性要远高于气泡表面的疏水性。因此，在油泡浮选矿化过程中，低阶煤颗粒-油泡间水化膜的薄化速度要远快于煤颗粒-气泡间的薄化速度。诱导时间测试发现，随着DAH溶液浓度从10-7 mol/L增加到5×10-5 mol/L时，低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间从93 ms下降到12 ms。随着DAH溶液浓度从5×10-5mol/L增加到10-3 mol/L时，低阶煤颗粒-气泡间的诱导时间从12 ms增加到35 ms。当DAH浓度由10-7 mol/L(纯去离子水溶液)增加到5×10-5 mol/L，低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间由35 ms降低到10 ms。随着DAH浓度的进一步增加到10-3 mol/L时，低阶煤颗粒-油泡间的诱导时间由10 ms增加到25 ms。为了从微观尺度下去表征油泡表面较气泡表面所具有的强疏水性，本文通过低阶煤颗粒-油/气泡间的诱导时间，利用non-DLVO理论及Stefan-Reynolds水化膜薄化模型，拟合出初始水化膜厚度(h)与疏水性常数(K132)之间的关系，进而得到了低阶煤颗粒-油/气泡间的疏水力常数(K132)与十二烷胺盐酸盐(DAH)溶液浓度的关系。疏水力常数(K132)拟合结果表明，当DAH溶液的浓度为5×10-5mol/L时，低阶煤颗粒-油泡间的疏水力常数(K132)约为低阶煤颗粒-气泡间的疏水力常数(K132)的3倍;当DAH溶液的浓度为10-6mol/L时，前者是后者的15倍。因此，油泡表面较气泡具有更强的疏水性质。从而解释了低阶煤-油泡浮选矿化过程优于传统浮选过程的本质特征。
作者：马双忱 向亚军 陈嘉宁 万忠诚 张净瑞 柴晋
摘要：脱硫废水零排放背景下，常规的蒸发和结晶工艺无法有效避免二次污染，提出了一种脱硫废水烟气浓缩及水泥化固定的技术路线。在烟气浓缩塔中，利用部分电除尘器后的烟气对脱硫废水进行蒸发浓缩，浓缩后的脱硫废水与水泥、粉煤灰等材料拌合后制得固化体，从而实现污染物的水泥化固定。实验将模拟高盐水与水泥、粉煤灰和河砂拌合，制得固化体，养护至特定龄期后，对其抗压强度和结合氯离子能力进行检测。通过控制单变量的方法，实验探究了不同组分材料的配比对固化体的抗压强度和结合氯离子能力的影响，并利用XRD对固化体粉末进行了产物表征。结果表明:在水泥配比为1.08时固化体的抗压强度最高，粉煤灰配比大于0.25后固化体的抗压强度提升明显，模拟高盐水配比越大，固化体的抗压强度越低，河砂量对固化体的抗压强度影响小。实验中制得的固化体在养护28天后，其抗压强度值在30 MPa以上，能达到《混凝土路缘石》标准中路缘石的最低抗压强度要求。随着水泥配比的增大，固化体的结合氯离子能力增大21.7%，且受水泥水化所需水量的限制，其增大趋势渐缓;由于粉煤灰在水化过程中的产物与氯离子生成的Friedel’s盐量较少，随着粉煤灰配比的增大，固化体的结合氯离子能力仅增大4.9%。XRD的结果验证了水泥固化过程中Friedel’s盐的存在。
题目：颗粒气泡粘附科学——基于AFM和DWFA的颗粒气泡间疏水作用力研究
摘要：为探索颗粒气泡体系疏水力的长程及短程来源机制，分别采用原子力显微镜(AFM)和浮选动态润湿膜分析仪(DWFA)对气泡与同一疏水玻璃基板间的疏水力进行测试。AFM发现气泡与亲水性玻璃基板间的相互作用力为单调斥力作用，亲水性玻璃气泡间的范德华作用力和静电力均表现为排斥力，体系不存在诱发液膜失稳的引力作用项。疏水性颗粒气泡间的液膜是不稳定的，当负载力到达19.3 nN时，力曲线中观察到了明显的跳入粘附现象。疏水玻璃与气泡间的疏水力以3.50 nm的衰减长度按单指数模型衰减，液膜在32.96 nm临界破裂厚度处破裂。该疏水力倾向于一种短程力(<50 nm)，其源自界面的水分子重排熵效应。DWFA法同样发现亲水性玻璃基板与气泡间的液膜是稳定的，当总分离压力与气泡内部拉普拉斯压力相等时，液膜到达133 nm的平衡膜厚度。疏水性玻璃基板与气泡间的液膜是不稳定的，液膜发生快速薄化并分别185 nm临界膜厚处破裂。对疏水力进行定量求解发现该力以47.30nm的衰减长度衰减，所获得的疏水力为一种长程作用力，该力源于固液界面纳米气泡空化效应。AFM和DWFA排液试验中所用的气泡尺寸分别为微米级及毫米级，疏水力受气泡本身的尺寸影响，与气泡表面的毛细波传播有关，在吸引力作用下大气泡表面会形成更强烈的毛细波震荡。由于疏水界面水分子的热力学不稳定性，这种界面波动会诱发疏水固液界面空化气泡的析出，增加了引力作用程。
作者：何源福 夏毅敏 赵先琼 乔硕 宁波
摘要：为了探究镐型截齿的硬质合金头脱落现象，针对普通截齿与耐磨截齿，研究镐型截齿工作过程中的钎焊接头应力分布情况以及钎料层厚度对接头应力的影响特征。利用ANSYS软件，分别建立普通截齿与耐磨截齿的弹塑性热力学模型，对两种镐型截齿进行热-结构顺序耦合分析，得到其钎焊残余应力分布，用实验验证模型正确性。将截齿破岩时的工作温度及外部载荷施加到钎焊残余应力模型上，仿真得到镐型截齿工作时钎焊接头的应力分布规律。分析结果表明:(1)未工作状态下，两种镐型截齿的钎料层与硬质合金头交界面处均出现最大钎焊残余应力，容易发生因热应力过大导致的钎缝开裂。(2)工作状态下，截齿的径向路径上，普通截齿与耐磨截齿的钎焊接头应力最大值近乎相等，均达到210MPa左右，但其最大应力出现的位置不同，分别位于钎料层与刀体的交界面以及钎料层与硬质合金头的交界面处;轴向路径上，两种镐型截齿的应力最大值相差不大，且均出现在钎焊接头外表面处。耐磨层对镐型截齿整体应力的分布影响不大，但却使得镐型截齿最大应力出现的位置发生了偏移，使得镐型截齿硬质合金头脱落的危险位置发生变化。(3)普通截齿与耐磨截齿均在钎料层厚度为0.1 mm时得到接头应力最小值，此时镐型截齿钎焊接头的连接性能最好。
作者：万丽荣 陈博 杨扬 曾庆良
摘要：综合机械化放顶煤开采过程中煤岩垮落产生的冲击载荷会导致放顶煤液压支架的运动状态发生变化，严重时会导致综放设备的冲击破坏。为研究放顶煤液压支架尾梁受到煤岩冲击后的动态响应及受力情况，利用机械系统动力学分析软件Adams建立放煤机构的刚柔耦合模型，通过固液弹簧耦合理论计算出尾梁平衡千斤顶的刚度并用弹簧阻尼系统进行等效替换。采用“煤岩直冲”的方式对尾梁进行加载，并引入Hertz接触理论确定接触参数。基于此模型，模拟煤岩颗粒冲击承载区不同位置以及在不同放煤角条件下冲击尾梁的动态过程，最后通过与刚体冲击方式下的仿真结果对比，验证了所用方法的可靠性。结果表明，煤岩冲击承载区不同位置时，尾梁的动态响应量及碰撞接触力有差异，冲击位置位于尾梁-弹簧连接处附近区域时，碰撞接触力较小，而尾梁的最大速度、加速度、振幅较大，在所有动态响应量中，最大振幅的变化规律最明显，随着冲击点位置远离尾梁-掩护梁铰接处附近区域，最大振幅稳定上升;当放煤角逐步增大时，尾梁的动态响应量及接触力均减小，尾梁的振动特性变弱，当放煤角较小时，煤岩冲击尾梁后会产生数值巨大的碰撞接触力。可选取尾梁的振幅响应作为反馈量对尾梁进行动态监测，同时应针对碰撞接触力较大的情况在放煤机构的设计制造中对其进行强度校核及结构优化，避免尾梁及其连接处冲击破坏情况的出现。
题目：华北型煤田奥灰顶部利用与改造判别准则及底板破坏深度研究
作者：董书宁 王皓 张文忠
摘要：随着我国华北型煤田开采深度逐年增加，大部分矿井已面临由上组煤转向深部及下组煤开采阶段，奥陶纪灰岩岩溶水害威胁呈上升趋势，底板突水危险逐年增加，而目前规范和规程中的底板突水系数法虽然应用较广泛，但并未充分考虑到奥灰顶部实际阻水能力，其评价方法存在一定的局限性。故此，本文在现有奥灰顶部地质及水文地质条件认识的基础上，提出了部分矿区奥灰顶部存在阻水性能较好的风化充填带可作为隔水层利用的理念，将煤系隔水层厚度、风化充填带厚度、注浆改造段厚度和底板扰动破坏深度视为底板突水系数判别式的影响因素，建立了改造奥灰顶部岩层段厚度的判别准则，论述了底板破坏深度在判别准则中的重要性，并以韩城矿区桑树坪煤矿11号煤层3105工作面开采为典型案例，通过构建的17组数值模拟方案，分析得出了煤层开采深度对底板扰动破坏深度影响最大、开采厚度最小、开采宽度则存在尺寸效应等结论;同时将模拟数据与全国相似矿区实测样本结合，给出了采深、采宽和采高三因素影响的预测模型，并对其进行了验算和适用性分析，结果表明新模型拟合方程的误差均值、百分比、方差和均方差均优于统计公式，具有预测精度高、误差小、适用性广等特点，基本满足工程实际需要。其研究成果可用于奥灰顶部含水段的注浆改造实际工程中，对深部下组煤安全带压开采提供有利的技术保障。
