主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
  • 作者(Author):张宁许云宁树正赵彦
    关键词(KeyWords):煤中矿物片钠铝石准噶尔煤田阜康矿区

    摘要:煤中矿物类型及组合特征对煤炭的加工利用具有重要意义,其决定了煤在燃烧、气化、液化等方面的性质。为了使准噶尔盆地阜康矿区的煤炭资源清洁高效利用,采集了发育在小黄山煤矿6#煤的11个样品,并对其进行了工业分析、全硫分析和发热量分析,运用XRF、LTA-XRD、EPMA对煤灰中的常量元素,煤中的矿物及其成因进行了研究。研究结果表明小黄山煤矿6#煤层属中高挥发分、特低灰分、特低硫,特高热值煤。煤灰中Na2O平均含量为10.91%,具有顶部和底部高中部低的特征,分析表明煤中的矿物并非Na的主要来源,煤中的Na部分可能来自于表土层中的Na,地表水在下渗透过程中将其带入到煤层中,部分可能来源于中生代地层中具有超压的Na2SO4型水。低温灰化后主要矿物组成为白云石、片钠铝石、石英、钠长石、粘土矿物、方解石及少量的磷灰石、针铁矿等。片钠铝石是由煤化过程中产生的CO2与硅铝酸盐矿物反应形成,白云石和方解石作为后生矿物是煤化过程中产生的CO和CO2与赋存在煤中的流体反应形成。磷灰石作为后生矿物由热液活动或者是有机物分解过程释放出的磷在适当的化学条件下再沉淀形成,针铁矿为煤中铁的硫化物被氧化形成。
  • 作者(Author):马智会 潘荣锟马智勇李聪胡代民
    关键词(KeyWords):顺层抽采裂隙分布漏气通道封孔

    摘要:顺层钻孔瓦斯抽采时,在矿山压力作用下,极易出现抽采漏气的情况。为了提高顺层钻孔瓦斯抽采效果,通过巷道围岩分布规律,分析抽采钻孔轴向和径向的应力和裂隙分布特征,提出顺层抽采钻孔的四种漏气通道分别为:封孔材料漏气、钻孔周围煤体漏气、封孔材料与钻孔壁间隙漏气以及临近钻孔影响漏气。基于漏气通道,得出顺层钻孔抽采应堵实钻孔径向松动圈和设计合理的封孔长度的封孔原则。根据钻孔漏气机理及封孔原则并结合现场条件,对孟津煤矿原聚氨酯封孔工艺进行考察并优化,得出优化后的封孔深度应为20 m,并结合径向裂隙范围,提出两堵一注全程注SRS-Ⅱ高强微膨胀型快速凝固封孔材料的封孔工艺,在12030胶带顺槽进行了工业试验。通过对封孔优化前后的跟踪监测数据进行对比分析,得出封孔优化后的抽采浓度为原封孔工艺抽采浓度的1.1- 1.9倍,优化后的抽采纯量为原封孔工艺的2.6倍左右,且原封孔工艺较封孔优化后的抽采浓度和抽采纯量衰减明显。因此,优化后的封孔工艺抽采效果较原工艺明显提高,为同类型矿井顺层抽采封孔提供了借鉴。
  • 作者(Author):陈超郭红光张攀攀段凯鑫
    关键词(KeyWords):生物甲烷褐煤电极材料电压傅里叶红外光谱

    摘要:为了满足日益增长的能源需求并减少温室气体对环境带来的影响,大力开发与利用煤层气显得越来越重要。煤制生物甲烷作为煤层气的重要组成部分,已经引起了学者们的广泛关注.外加电场是一项提高生物甲烷产量和二氧化碳捕获能力的新兴技术,能够有效提高底物降解率,增加甲烷产量。本文研究了不同电极材料和电压对煤制生物甲烷产量的影响,优化了增产条件,并通过傅里叶红外光谱(FTIR)分析了外加电场作用下,生物降解对煤结构的影响。结果表明,阴极采用不锈钢、阳极采用碳毡(CS)、电压为1.2V时,生物甲烷生成效果最佳。每克煤的最大生物甲烷产量为96.9μmol,较0V条件下(38.0μmol/g)提高了155%。FTIR结果表明,与原煤相比,0V条件下产气结束后,残煤变化不明显;但在外加电场作用下,残煤中芳香官能团各特征峰的伸缩振动强度都有所减弱,含氧官能团中的醚氧键和羧基、羰基出现大幅度降低,脂肪官能团中各特征峰的强度均明显低于原煤和0V条件下的残煤。说明,外加电场作用下,生物降解破坏了煤的芳环结构、含氧基团和脂肪组分。研究结果表明外加电场能够显著强化煤制生物甲烷,为进一步提高煤层生物甲烷产量提供奠定了基础。
  • 作者(Author):李宏马金魁
    关键词(KeyWords):高抽钻场顶板大直径定向长钻孔瓦斯抽放裂隙带瓦斯富集区以孔代巷

    摘要:为进一步提高采空区裂隙带瓦斯抽采效果以保障工作面回采期间安全,提出了一种高抽钻场结合顶板大直径(Ф203mm)长钻孔的采空区抽采技术,并对该技术的施工工艺、钻孔布置合理层位及抽采效果进行了论述。结果表明,钻孔布置的合理垂直高度45-50m,钻孔与采面回风侧的水平间距40m。与顶板高抽巷、普通顶板高位孔等常规采空区瓦斯治理方法相比,顶板大直径定向长钻孔的抽采量与高抽巷相当,是普通顶板高位孔抽采量的2.04倍;工程量大幅度降低,施工工程费仅为顶板高抽岩巷的10.97%,顶板大直径定向长钻孔既能实现高效率抽采,又达到节约工程量少,降低施工成本等效果。顶板大直径定向长钻孔的成功应用为以孔代巷及传统顶板高位孔工艺的改进提供了实践基础和发展方向。
  • 作者(Author):高鑫浩王明玉
    关键词(KeyWords):水力压裂复合增透数值模拟瓦斯治理

    摘要:为了增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯的利用率和抽采效率,提出了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术。本文分析了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透的爆破致裂机理,建立了在爆轰气体作用下的裂纹应力强度因子方程和裂纹二次扩展半径方程。利用RFPA2D-Flow和ANSYS/LS-DYNA有限元分析模拟软件分别对水力压裂后孔壁周围煤岩体从微小裂隙的产生、逐渐延伸与裂隙扩展规律以及在深孔预裂爆破前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂后瓦斯抽采增透效果的影响情况分别进行了数值模拟。同时在阳泉五矿8410工作面开展了现场工业性试验,以此验证煤矿井下进行水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后的瓦斯抽采增透效果。结果表明:使用水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后煤层的透气性与常规的深孔预裂爆破相比有显著的提高,致裂孔的初始瓦斯涌出量是普通爆破孔的3.18倍,瓦斯含量的衰减强度降低了77.3%。深孔预裂爆破的有效影响半径随着爆破孔内预裂缝长度的增加而提高,而且二者呈线性关系。本文中采用复合爆破后的致裂有效半径可达到6.98m,与数值模拟结果得到的致裂有效半径6.763m相符。同时数值模拟与现场工业性试验的结果均证明:本文提出的水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,能够有效的增加煤岩层的透气性,提高瓦斯的抽采效率,为其他低渗透高瓦斯煤层的瓦斯抽采增透技术提供了参考价值。
  • 作者(Author):魏连江李胜魏宗康王梦薇
    关键词(KeyWords):煤与瓦斯突出通风系统冲击波突出瓦斯突出煤体影响规律

    摘要:为了解决煤与瓦斯突出演化为瓦斯爆炸的灾害防控问题,煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究取得了重要进展。从冲击波对通风系统的影响、突出瓦斯对通风系统的影响以及突出煤体对通风系统的影响3个方面综述了煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究现状。首先,分析了冲击波破坏通风设备设施的影响因素以及冲击波在巷道中的传播规律。其次,分析了突出瓦斯在巷道中的运移过程及其诱导井下风流灾变规律。再次,分析了突出煤体在巷道堆积的影响因素。结果表明:冲击波的破坏效应与冲击波超压等因素有关,冲击波在巷道中的传播受巷道距离和巷道类型的影响;突出瓦斯在巷道运移过程中产生的瓦斯风压能导致井下风流灾变;突出煤体在巷道的堆积主要与煤层深度和煤与瓦斯突出强度有关。根据煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究现状,结合当前煤与瓦斯突出模拟实验条件,分析了煤与瓦斯突出对通风系统的影响研究成果存在的不足及其原因,并针对当前研究成果存在的不足提出了改进煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究的方向。提出随着安全监测系统逐渐应用于国内高瓦斯、突出矿井,将煤与瓦斯突出对通风系统的影响规律研究成果应用于煤与瓦斯突出通风系统影响范围快速研判的研究,以提高煤矿安全监测系统在煤与瓦斯突出灾变时期的辅助应急决策能力。
  • 作者(Author):王婕张玉龙王俊峰吴玉国周春山张振乾
    关键词(KeyWords):煤自燃自由基捕获剂复合阻化剂自由基反应机理

    摘要:从隔氧降温和终止自由基链式反应角度出发,将无机盐类阻化剂氯化镁和氯化钙与自由基捕获剂N,N-二苄基羟胺DBHA和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚BHT结合形成一种持续高效抑制煤自燃的复合阻化剂。以易自燃长焰煤为研究对象,采用阻化性能测定实验、活性官能团以及热分析表征实验研究复合阻化剂的阻化性能;以煤自燃过程中CO释放、煤中活性官能团的转化以及煤体质量的变化规律三者之间的关联性为基础,结合氧化反应热动力学特性,探讨复合阻化剂的阻化机理。实验结果表明:复合阻化剂对煤自燃过程起到协同抑制作用,具有物理化学双重阻化效果。与原煤相比,经复合阻化剂处理煤样,CO释放量在128℃时减少88.7%,在初始失重阶段和吸氧增重阶段抑制率均在80%以上,100℃时抑制率达到82.5%。复合阻化剂通过降低煤中羟基、甲基和亚甲基以及含羰基类活性组分的含量发挥阻化作用,其中芳香酮类化合物相对含量下降明显。添加复合阻化剂的煤体氧气吸附过程变短,吸附量减少,并且随着煤自燃进程发展活化能呈现出增加的趋势,特别在吸氧增重阶段活化能增加53.2%。在初始失重阶段,无机盐的保水作用对煤自燃起到物理隔氧和降温作用;在吸氧增重阶段,自由基捕获剂与煤中含氧活性自由基进行共价键重组,从而起到化学阻化效果。DBHA会释放出游离的H+,并提供未共用电子的氮、氧原子,从而形成多个吸收位点,可以同时对氧自由基和碳自由基等进行捕获;BHT与游离的含氧官能团发生反应,生成稳定的化合物,使得酮类、醌类和醛类化合物的生成途径被打断,阻断煤的自由基链式反应,从化学反应途径抑制煤自燃过程。
  • 作者(Author):程万里张秀梅邓政斌郭德
    关键词(KeyWords):煤泥浮选药剂颗粒相互作用EDLVO理论

    摘要:浮选药剂可改变煤表面润湿性,导致煤泥颗粒间相互作用产生差异,影响煤泥浮选效果。为探究不同种类浮选药剂及用量下煤泥颗粒间的相互作用及对浮选效果的影响,在0#柴油和仲辛醇两种药剂体系下进行浮选试验,利用接触角测量法计算出煤表面能参数,采用EDLVO理论对煤泥颗粒间相互作用能进行了计算和分析。浮选试验结果表明:两种药剂体系下浮选指标更好,0#柴油和仲辛醇的最佳用量分别为0.8 kg/t和0.2 kg/t,获得精煤产率为75.67%,精煤灰分为10.28%,可燃体回收率为90.25%,浮选完善指标为59.92%。EDLVO理论计算结果表明:水介质中,煤泥颗粒间的范德华作用能和疏水作用能都为吸引势能,静电作用能为排斥势能;加入浮选药剂后,煤泥颗粒间均存在静电斥力、范德华引力和疏水引力,其中范德华引力较小,起主要作用的是疏水引力,且疏水引力大小比范德华引力大2个数量级,促进了煤泥颗粒的相互聚团。两种药剂体系下,0#柴油和仲辛醇有较好的协同作用,颗粒间以疏水作用能为主,较单一药剂体系下,颗粒间的总作用势能的“能垒”大幅度降低。当0#柴油和仲辛醇用量分别为0.8 kg/t和0.2 kg/t时,颗粒间的总作用势能的“能垒”最低。“能垒”越低,颗粒间吸引能越大,越有利于细粒煤凝聚上浮,较好的解释了浮选最佳药剂用量的试验结果。
  • 作者(Author):刘明李宽多依丽伍永平
    关键词(KeyWords):大倾角煤层飞矸Roc Fall轨迹分析防护装置

    摘要:随着大倾角煤层开采强度的不断加大,飞矸灾害的发生也越发的普遍。在大倾角煤层开采工作中,飞矸会以多种运动形式威胁开采工作面的人和设备。为了提高工作面系统的安全性,减少飞矸对开采工作面的操作人员和设备的威胁,对飞矸滑落的运动特征进行了研究。通过某工作面的实际工况分析,对其因顶板漏冒产生飞矸的影响因素、运动轨迹和飞矸与工作面之间相互作用进行分析,利用Roc Fall软件,建立飞矸运动模型,分析飞矸滑落运动特征并对飞矸防治位置进行预测。根据模拟实验结果,在距离工作面起点水平位置16.27 m和55.5 7m附近建立防护装置。结合防护位置飞矸的瞬时速度,设计一种自动化的气动式挡矸装置。结果表明,采用Roc Fall对工作面飞矸轨迹进行模拟实验,可准确有效的分析飞矸运动状态。以SNS柔性网作为防护网,搭载于气动式挡矸装置。结合模拟数据确定回采工作面内飞矸的拦截范围,布置挡矸装置数量和位置,依据飞矸在拦截点的瞬时速度和需要防护的工作面范围,设计的光栅预警的气动挡矸装置可以有效的对飞矸进行防护,该方式具有一定的应用价值。
  • 作者(Author):崔卫秀
    关键词(KeyWords):刮板运输系统煤流通道堵塞过渡段卸载口入料口爬坡段

    摘要:为提高煤炭开采的生产效率,最大限度的发挥工作面输送设备潜在的生产能力,改善工作面设备配套的合理性,本文以全面提升刮板运输系统的运输效率为背景,通过国内、外同类产品刮板链速的对比,结合变频调速技术在刮板运输系统中的成功应用,系统阐述了提升刮板链速的可行性。针对刮板链速提升后,高速煤流对刮板运输系统的各个“拐点”的冲击增大的现象,结合当前中厚煤层开采中大块煤对刮板运输系统造成的危害,在总结了煤流运输通道发生堵塞的规律基础上,将刮板运输系统中容易发生堵塞的位置分为过渡段、卸载口、入料口、爬坡段。基于散体煤的在刮板运输通道内的运行状态,提出了“提前阶梯式抬高大圆弧过渡”、“滚筒式直驱破碎”、“犁煤板超前活中板”、“四连杆液压冲击破碎锤”、“等高侧板链道退让式凹槽”等相关煤流通道堵塞防控技术与方案,并分别在陕西未来能源金鸡滩煤矿117工作面刮板运输装备中得到了应用。现场工业性试验表明:大块煤在进入机头架前得到了有效破碎,下链道回煤量得到了明显减少,转载机凸槽和凹槽的中、底板及翼板的寿命得到了相对提高,煤流在刮板运输通道内运输较为顺畅。采用上述技术方案的刮板输送系统保障了煤炭的连续、顺畅、高速运输,同时为国产刮板运输系统链速的全面提升提供了技术支撑。
  • 作者(Author):陈天佑孟祥瑞
    关键词(KeyWords):回采巷道底鼓塑性区数值模拟

    摘要:基于工作面回采过程中由于巷道底板岩性软弱,以及回采过程中会产生应力集中,巷道底鼓现象较为常见的问题,采用回采巷道的蝶形塑性区理论,以孙疃矿回采巷道发生的底鼓破坏作为研究背景,运用FLAC3D数值模拟软件分析采动影响下巷道底鼓的发生机理。结果表明:①巷道所处的应力环境不同,所形成的塑性区形态也会不同,大主应力比的情况下,巷道围岩塑性区会出现蝶形分布,且蝶叶的方向随着主应力方向的旋转发生改变;②在采动影响下,会造成原岩应力场和采动应力场的叠加,从而在巷道围岩内形成高偏应力差,且最大主应力方向会向回采工作面一侧发生偏转,使塑性区蝶叶转向巷道底板,由于蝶叶的旋转导致底板岩石遭到破坏。研究结果对造成巷道底鼓破坏的原因有了一个新的认识。
  • 作者(Author):米陇峰王传留高晓亮范运林马少明
    关键词(KeyWords):大直径钻孔连杆式回拉扩孔结构设计

    摘要:针对大直径钻孔成孔存在需多次提钻,钻孔轨迹难以控制,施工效率低的问题,设计了一种可开闭的Φ300/153mm连杆式回拉扩孔钻头,通过调节泥浆泵流量使刀翼在正常钻进过程中处于闭合状态,至目的地层张开实现提钻作业与回扩作业同时进行。详细介绍了连杆式回拉扩孔钻头结构及原理,分析了回拉扩孔钻头开闭机构的力学特性,研究了影响刀翼张开力矩的影响因素及其变化规律,确定了回拉扩孔钻头开闭机构达到最佳传力性能的的尺寸,并给出了影响切削刀翼张开和复位的关键部件复位弹簧的设计计算。研制的钻头在煤矿井下进行试验,现场结果表明:钻进过程中切削刀翼开闭灵活,钻头钻进稳定、可靠性高,验证了连杆式回拉扩孔钻头结构设计及适用于普通非联络巷大直径钻孔成孔施工工艺的可行性。
  • 作者(Author):张子悦符世琛刘超李永泽兰玉吴淼
    关键词(KeyWords):采煤机组合测量位姿检测全站仪UWB系统倾角传感器寻北仪

    摘要:煤炭仍然是我国的主要能源之一,近年来我国井下瓦斯爆炸、透水等安全事故频发,严重威胁矿工生命安全。为了实现煤矿井下综采工作面采煤机位姿无人化、高精度检测,改善矿工的工作环境,提高煤矿机械化、自动化程度,对比了现有的检测综采工作面上采煤机实时位姿的技术方法,提出了一种基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统,本系统采用全站仪和UWB(Ultra Wide-band)定位系统组合测量采煤机的空间位置坐标,采用倾角传感器和寻北仪组合测量采煤机的姿态角(航向角、横滚角、俯仰角)。本文建立了系统的三维模型,将全站仪安装在区段运输平巷与运输上山的交点处,将UWB固定基站群安装至综采工作面与区段运输平巷交点的转载机处。为了实现UWB移动基站移站时的自主标定,液压支架顶端和底端分别安装UWB模块,将UWB定位节点安装至采煤机机身,将倾角传感器和寻北仪安装至采煤机机身。推导了全站仪与UWB固定基站群的坐标的测量方法、UWB定位系统基于TOA(Time of Arrival)定位模型的CT(Caffery-Taylor)算法以及全站仪坐标系与UWB固定基站群坐标系间的坐标变换矩阵。详细介绍了采煤机倾角传感器和寻北仪的系统结构和工作原理。分析了本系统在实际应用中的受限因素,并简要提出了相应的改善方案。本系统在理论上可实现对采煤机在综采工作面中的实时位姿检测,为系统仿真分析和实验平台搭建提供了理论参考。
  • 作者(Author):卞伟李井峰顾大钊郭强吕嘉峰齐继
    关键词(KeyWords):西部矿区高矿化度矿井水膜蒸馏膜污染太阳能地热能

    摘要:西部煤矿矿井水有相当比例为高矿化度矿井水,典型的处理工艺产品水符合再生水要求,但存在前期投资高、工艺复杂、处理成本高等问题。统计数据显示,西部七个大型煤炭基地太阳能和地热资源均属于丰富或较丰富。为了实现高矿化度矿井水大规模低成本的处理,可充分利用西部太阳能、地热能和工业余热丰富的优势,采用膜蒸馏技术进行处理。其优势主要体现在:可利用低成本热源、浓缩倍数高、工艺流程短、产水水质好、膜污染(润湿)程度轻等。深入阐述了膜蒸馏与太阳能和地热能的结合工艺,指出太阳能膜蒸馏可用于反渗透浓水的地面深度浓缩;地热膜蒸馏则可直接在井下处理高矿化度矿井水,产水回用井下或地面,浓水井下封存,可大幅降低矿井水“零排放”的成本。以宁东地区100t/h矿井水处理为例,分别测算了太阳能膜蒸馏所需的光热面积和地热膜蒸馏所需的换热器长度。结果显示反渗透串联膜蒸馏处理100m3/h矿井水所需的光热面积约为8257m2,可充分利用处理站和蓄水池顶部空间,基本做到不新增占地。地热膜蒸馏井下直接处理100m3/h矿井水所需的换热器长度约为9435m,所需的PTFE中空纤维疏水膜面积约为8333~12500m2,采煤工作面上覆层或下伏层的广袤岩土可满足地热膜蒸馏所需的换热空间。
  • 作者(Author):晁巍巍张建国张聪石斌乔茂坡崔新瑞李雪琴
    关键词(KeyWords):高阶煤煤层气井剩余资源裂缝方向预测方法单井采动面积

    摘要:高阶煤剩余资源分布预测是气田开发中后期井位调整部署重要组成部分,合理选择井型和井距可促进井组间面积降压,提高产气效果。而目前精确预测剩余资源分布的关键问题是如何确定已开发井的采动影响范围。针对这一问题,以沁水盆地南部区块为依托,系统分析100余口井的地质参数、压裂监测数据和开发动态数据,剖析了影响煤层气井采动影响范围关键因素。研究结果表明,煤层气井的采动影响范围是由煤层的压裂裂缝控制的近似椭圆状分布;而压裂裂缝受构造影响较大,构造类型影响了压裂裂缝方向,单斜构造、背斜翼部、向斜翼部裂缝方向与最大主应力保持一致,背斜轴部裂缝方向与轴向方向一致,向斜轴部裂缝方向与轴向垂直;构造曲率与压裂主裂缝长度具有负相关关系,曲率越大主裂缝长度越短。基于以上研究结果,建立了剩余资源分布预测方法,其方法的核心内容是依据构造相似性原理,利用聚类统计法,根据已开发井构造特征,推测采动影响分布规律,确定剩余资源分布。运用该方法在樊庄北部实施调整后效果明显,为高阶煤中后期开发调整方案编制提供依据。
  • 作者(Author):王道元王俊孟志斌张雪峰李敬兆
    关键词(KeyWords):煤矿安全风险智能分级风险预警粒子群算法卷积神经网络

    摘要:煤矿安全风险预警是煤炭开采过程中实现安全保障的关键一环,在记录矿井下安全隐患数据时,采集相关的数据容易受到外界环境因素(如光线、温度、湿度等)和人为因素的影响,导致划分安全风险等级出现误差,从而使得处理安全隐患的措施得不到正确实施。为了解决煤矿等相关企业存在的安全风险等级划分不精确的问题,本文研究了一种基于改进基于粒子群算法(PSO)和卷积神经网络(CNN)的煤矿安全风险智能分级管控与信息预警系统。该系统采用基于改进PSO的智能数据筛选模型,利用PSO算法查找全局最优解的特性,筛选掉不合理的数据,减少了人工计算数据不准确或采集矿区信息过程中出现纰漏的问题;采用基于改进的CNN的智能风险分级模型,通过对数据特征的采集、融合处理,实现了高精确划分安全风险等级。实验与应用结果表明:该系统对安全风险数值的查全率为85.6%,查准率为91.7%,较其他系统查全率提升了4.2%,查准率提升了2.8%,大大提升了安全风险等级划分的精确度,对出现的安全隐患及时预警效果显著。此方法有效减少了安全隐患发生的频度。
  • 作者(Author):王正胜李建忠林健杨磊孟宪志
    关键词(KeyWords):黏土软岩强烈底鼓高应力导水裂隙带耐水锚固剂锚注支护

    摘要:为研究深部高应力富水黏土软岩大巷强烈底鼓控制技术,以陕西蒋家河煤矿二采区回风大巷为工程背景,理论分析了大巷底鼓影响因素,采用UDEC-Trigon离散元方法研究了大巷变形破坏特征及底板锚注支护机理;研发出适合于富水条件下锚杆(索)锚固的新型耐水锚固剂,并在井下取得良好锚固及拉拔效果;提出了先注浆封闭裂隙、后锚索加固的底鼓控制方案,并成功应用于工程实践。研究结果表明:大巷在高应力及水理作用影响下呈挤压流动性和水理膨胀性底鼓;锚注支护对于减小深部高应力围岩塑性区分布作用不明显,其主要作用在于控制底板围岩浅部张拉裂纹的产生和深部剪切裂纹的产生、扩展延伸及贯通,抑制导水裂隙带形成,避免围岩遇水泥化弱化岩体强度,底板锚索支护系统还可有效改善底板围岩应力状态,避免浅部近零应力区形成及深部围岩应力的进一步释放;锚注支护加固底板后,锚索支护系统与底板围岩系统处于稳定状态,实测大巷最大底鼓量仅202 mm,有效控制了深部高应力富水黏土软岩强烈底鼓问题。
  • 作者(Author):王成军余汉伟张子鹏
    关键词(KeyWords):采煤机齿轨铸件数值模拟TRIZ倾斜浇注工艺优化铸造缺陷

    摘要:针对采煤机齿轨在作业中常出现断裂、销孔破坏等失效现象,为提高采煤机齿轨铸件的力学性能,保证采煤工作顺利进行,需要对齿轨铸件的铸造成型过程进行深入分析,寻求最优的铸造工艺方案。论文以五节距齿轨为研究对象,运用ProCAST软件对齿轨铸件的铸造过程进行数值模拟,通过对齿轨铸件凝固过程和孤立液相区的模拟结果进行分析,预测出齿轨铸件凝固后产生缩松缩孔缺陷的位置。运用TRIZ理论对齿轨铸件产生缺陷的原因进行因果分析,并采用物-场模型创新解决工具提出齿轨铸件工艺优化方案-倾斜浇注工艺方案:倾斜模样造型,浇注时砂箱与直浇道不倾斜;或浇注时将型腔与砂箱、直浇道保持同步倾斜。运用ProCAST软件对两种工艺方案进行模拟仿真,结果表明:齿轨铸件内部缩松缩孔缺陷均得到较大改善,但方案一不利于开模造型,且增加了砂箱的高度;方案二增加了浇注液对直浇道的冲刷,易引起夹砂。结合两种工艺方案的优点,得到最终的优化方案:将模样水平放置造型,浇注时再将型腔与砂箱同步倾斜,保持直浇道竖直状态。运用ProCAST软件对优化后的倾斜浇注工艺方案进行模拟仿真,结果表明:该方案可使齿轨铸件在凝固过程中保持递增的温度梯度,有效促进齿轨铸件实现顺序凝固,提高了组织致密性,明显改善了缩松缩孔缺陷,缩松缩孔体积由2.2%降低为0.052%。
  • 作者(Author):王连柱张燕滨
    关键词(KeyWords):无轨辅助运输井巷设计断面坡度转弯半径凸形变坡倒圆角凹形变坡倒圆角

    摘要:为了提高无轨辅助运输车辆在井工煤矿的适用性,基于对目前市场上各种无轨辅助运输车辆的研究和煤矿辅助运输巷道的现状,本文提出了对井下辅助运输巷道进行设计时,要从巷道的断面、路面、坡度、凸形变坡倒圆角、凹形变坡倒圆角、道岔加宽、不同巷道夹角的转弯倒圆角半径等方面进行系统性设计,以满足车辆在煤矿井下的运行环境要求。这里笔者基于各车辆的外形尺寸、各种转弯半径、离地间隙、轴距、接近角、离去角等参数,并考虑到车辆运行的安全间隙,推算出了不同类型车辆在不同巷道夹角处转弯时,巷道转弯处所需倒圆角半径的计算公式;不同车辆在经过凸形和凹形变坡时,变坡连接处所需的倒圆角半径计算公式。以山西天地生产的运人车、运料车、铲板车、框架车为例,运用推导出的计算转弯倒圆角半径和变坡倒圆角半径公式,对巷道夹角为45°、90°和135°的情况下,各种车型所适用的倒圆角半径分别进行了测算,对凹形和凸形变坡角为18°、22°、24°、30°和40°的情况下,各种车型所适用的倒圆角半径进行了测算,计算结果很好的满足的了车辆在转弯和变坡行驶时的运行条件。另外,本文还根据车辆在煤矿上的实际运行经验和车辆的设计性能参数,提出了在煤矿井下不同坡度下车辆可连续满载运行的最长爬坡距离曲线。
  • 作者(Author):王圣志袁永朱成袁超峰钟慧伟
    关键词(KeyWords):仰采综放不同倾角顶煤运移路径数值模拟含矸率

    摘要:为了研究不同倾角的放顶煤在放煤过程中顶煤的运移规律和确定合理的放煤参数,采用PFC2D颗粒流软件模拟济宁二号煤矿10301工作面不同倾角下的顶煤运移规律,并结合现场实测的方法确定合理的放煤参数,得到了采放比,放煤步距,仰采角度对顶煤放出率的影响规律。结果表明:仰采角度越大,顶煤从初始位置运移到放煤口的位移距离越长;仰采角度越大,顶煤运移轨迹形成“倒勺子”形状就越明显,放煤过程中顶煤越容易向采空区运移,顶煤放出率越低;随着支架倾角的增加,顶煤在运移过程中与支架相互作用形成的“力链拱”、成拱效应越明显;济宁二号煤矿10301工作面的最佳采高确定为3.5m,最佳放煤步距为0.8m,最佳采放比为1:3,确定最佳放煤含矸率为7%;现场实测与模拟结果相近,验证数值模拟的可行性。
  • 作者(Author):郝保钦张昌锁王晨龙任超
    关键词(KeyWords):正交试验设计PFC2D平行黏结模型细观参数标定三轴压缩试验

    摘要:目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开,而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验,采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标定方法进行了研究。利用多因素方差分析确定了模型细观参数对宏观力学指标的影响程度,并建立了宏观力学参数与细观参数之间的关系。在此基础上提出了与岩石弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角相匹配的细观参数确定方法。通过与锦屏大理岩力学试验对比发现,采用本文标定方法建立的数值模型的宏观力学参数以及单轴压缩应力-应变曲线与室内试验结果相近,能够很好地反映岩石单轴和三轴条件下的破坏模式,证明了标定方法的可行性。同时研究也发现,PFC2D对试验极限主应力关系曲线的拟合程度较差。这可能是由于平行黏结模型将形状不规则的矿物颗粒理想化为圆形颗粒,而颗粒形状可能会影响到颗粒间的咬合作用。
  • 作者(Author):杨永刚
    关键词(KeyWords):一巷多用围岩重构内锚强度锚索支护组合构件

    摘要:为解决深部高应力与多重采动应力协同作用下巷道围岩的大变形控制难题,以淮南矿区潘三矿17181(1)瓦斯综合治理巷为工程背景,在地应力测试分析、围岩力学性质测试、钻孔窥视等地质力学评估基础上,研究应用了一巷多用条件下巷道围岩重构及大变形控制系列关键技术。基于孔壁注浆锚索研究,同步实现了采动影响后顶板围岩注浆重构及锚索内锚破坏后的再次锚固;基于叶片式搅拌锚索研发,使锚固剂各组分充分混合,内锚强度及可靠性显著提升;基于高强度、高刚度箱型梁研制,锚索组合构件承载能力较14#槽钢提高8倍以上。工程应用结果表明,试验巷道经受住了临近两工作面的双重采动影响,并为下伏工作面的瓦斯抽采创造了有利条件,实现了巷道的多功能化,技术经济效益显著。
  • 作者(Author):李彦李光柱樊林栋胡培源王艺霏段志辉李亚男
    关键词(KeyWords):高铁酸钾Zeta电位煤颗粒焦化废水无机盐有机污染物

    摘要:焦化废水中的污染物主要由浓度高、粒径小、比重较轻、带少量负电荷的碳颗粒物和浓度高、组成复杂、有毒、难降解的有机化合物组成,现有的各种处理工艺很难有效去除这些物质,达到国家一级标准。基于焦化废水无机物和有机物复合污染的特征,本文利用高铁酸盐的强氧化性和其反应产物铁盐的絮凝性,协同处理含高浓度悬浮态煤颗粒物和溶解态有机化合物的焦化废水,以期为进一步研发焦化废水氧化处理技术提供重要理论依据。选取表面Zeta电位指标来反映煤颗粒物的沉降性能,通过测定不同条件下的煤颗粒表面的Zeta电位值,研究高铁酸钾对煤颗粒的氧化絮凝和沉降效果,考察pH、Fe(VI)投加量、溶液中无机阳离子浓度及价态对高铁酸钾氧化煤颗粒的影响,并考察高铁酸钾对实际焦化废水中COD和SS的协同处理效果。结果表明,煤颗粒表面带负电,溶液pH越低,煤颗粒沉降性能越好。高铁酸钾的投加对降低煤颗粒表面Zeta电位绝对值有一些效果,并且当溶液偏中性时,效果最明显。无机阳离子可在煤颗粒物表面产生压缩双电层,从而降低颗粒表面的Zeta电位绝对值,提高颗粒物的沉降效果。实际焦化废水水样中的CODCr、SS的去除率随Fe(VI)投加量的增加呈现上升趋势。当Fe(VI)投加量为2 mmol/L时,实际焦化废水中SS去除率已达到65.44 %。可见,高铁酸盐氧化法对实际焦化废水中颗粒物的氧化絮凝效果良好。
  • 作者(Author):张卫国杨帆张池王凯玲李明超赵志成
    关键词(KeyWords):石煤矸石迁移规律

    摘要:陕南地区石煤资源丰富,具有久远的石煤开采和使用历史。该区石煤及其矸石中伴生有多种有害元素。通过测试石煤及其矸石中钒、铬、钼、磷元素的含量,发现陕南石煤样品中钒、铬、钼、磷元素含量普遍较高,高于中国煤中元素含量均值。矸石样品中也普遍富集钒、铬、钼、磷元素。利用浸泡实验模拟了四种条件下石煤矸石中钒、铬、钼、磷元素的浸出(迁移)过程,实验周期长达12个月,计算了浸泡条件下矸石样品中四个元素的浸出率,结果显示:酸性环境更有利于钒元素迁移,偏酸、偏碱条件都能在一定程度上增大铬元素的迁移性能,石煤矸石样品钼元素在四种类型溶液中迁移能力总体较弱,酸性环境更有利于磷元素迁移,而碱性环境在一定程度上抑制了磷元素的迁出。酸性溶液对于石煤矸石中钒、铬、磷三元素具有较高的浸出率,不同样品中钒、铬、磷三元素浸出率变化趋势相似。碱性溶液对于石煤矸石中钒、铬、钼、磷四元素的浸出效率总体较低,碱性环境在一定程度上对矸石中钼和磷的迁出存在抑制现象。矿井水溶液对于石煤矸石中钒、铬、钼、磷四元素的浸出效率总体不高,矿区周边水环境有利于铬和磷元素的迁移,应当引起高度重视。
  • 作者(Author):宋朝阳纪洪广张月征谭杰孙利辉
    关键词(KeyWords):弱胶结砂岩声发射峰值频率前兆信息

    摘要:研究弱胶结砂岩声发射信号参数特征及参数之间的关联性,可以区分不同粒度弱胶结砂岩破坏过程的声发射信号源,是建立不同粒度弱胶结砂岩临界破坏判据的基础。通过对单轴压缩下不同粒度弱胶结砂岩的破坏全过程进行声发射试验,得到了弱胶结砂岩破坏全过程中的应力与AE特征参数随时间演化规律,分析了AE振铃计数与绝对能量、幅值和持续时间参数之间的分布特征,获得了不同粒度弱胶结砂岩声发射信号源特征,并基于AE峰值频率的演化特征分析,给出了弱胶结砂岩临界破坏前兆信息识别方法。研究表明,随着弱胶结砂岩粒度的减小,其峰值强度增加,岩样破坏时表现出的脆性破坏更加明显,AE振铃计数的峰值呈现数量级增加,能量集聚效应更加明显,岩样的自蓄能能力更强,且产生更高的AE幅值及更长的AE持续时间。弱胶结细粒砂岩在线弹性阶段初期最先出现更低频段(10~20kHz);弱胶结粗粒砂岩在塑性变形阶段AE峰频出现更高频(275~285 kHz),且AE峰频由两个主频段演化为五个;弱胶结中粒砂岩在达到应力峰值前,两个主频段(40~50,145~155kHz)累积计数最大;AE峰频的更高频、更低频及主频累积计数值等变化特征可以作为鉴别不同粒度弱胶结砂岩单轴压缩破坏过程中声发射信号源的判识依据。岩样进入塑性变形阶段时,AE峰值频率表现为由初期的两个主频演化为四个或五个频段,频段增加特征亦可作为不同粒度弱胶结砂岩破坏前兆信息判识的依据。

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