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):冯龙飞窦林名王晓东靳德武蔡武许刚刚焦彪
    关键词(KeyWords):冲击矿压回采速度悬臂梁砌体梁弹性能

    摘要:坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一,针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制,运用理论分析结合现场监测手段,对垮落带内的顶板悬臂梁结构,建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型,推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解;对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构,建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式,并进行讨论得到结论:加快回采速度使顶板悬臂梁的悬臂长度和峰值应力集中系数增加,使峰值距煤壁位置减小,三者均能造成顶板弯曲变形能增大,释放弹性能增加,且悬臂长度和应力集中系数影响效果更为明显;高速回采造成采空区充填程度低,促使关键块B的回转角增大,造成关键块A的破断步距增大,破断释放的能量也大幅增加,甚至促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构,其破断释放的弹性能更大,大能量矿震产生的动载易叠加高静载煤体诱发冲击,同时使超前段顶煤支护失效造成冒顶事故;通过对关键层及围岩结构的判别,证实了两种坚硬顶板的破断模式,且微震监测表明坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性,并得到坚硬顶板条件大采高工作面临界回采速度为4 m/d,科学指导了胡家河矿的开采强度优化。
  • 作者(Author):罗振敏 王涛 文虎 张江 程方明 赵婧昱 王秋红 王亚超 刘长春
    关键词(KeyWords):预混气体爆炸极限爆炸压力基元反应辐射强度火焰光谱

    摘要:为深入研究CO对CH4爆炸特性的影响并分析其作用机制,采用可燃气体爆炸极限测定装置测定了CO作用下的CH4爆炸极限参数;结合自主设计、改进的密闭球形爆炸实验测试系统与光谱测量系统获取了CO-CH4-空气爆炸压力参数,并同步采集爆炸过程三种自由基(H*、OH*、CH2O*)的瞬态发射光谱参数,通过对比分析CO-CH4-空气爆炸压力参数与火焰发射光谱强度参数,以宏观-微观相结合的方式评估了CO对CH4爆炸特性的影响规律。结果表明:少量CO会增大CH4爆炸危险性,减小其临界氧体积分数,并显著增加惰化混合体系所需的惰性气体量。CO对CH4爆炸压力的影响主要取决于体系中的氧含量和其自身化学性质,在富氧状态下,CO会加剧预混体系的爆炸强度,随着体系中氧的减少促进作用逐渐减弱,在贫氧条件下则体现出阻尼效应。CO对CH4 爆炸压力参数和三种自由基发射光谱参数的影响规律具有良好的一致性,最大爆炸压力时间光谱强度极值时间的变化规律相互吻合,而自由基开始大量积累的时间与预混体系中可燃气体含量及爆炸强度存在相关性。爆炸强度越大则越早开始积累且积累速度越快,中间产物大量且快速的积累是造成体系爆炸加剧的原因之一。相关数据可加深对多元混合体系爆炸机制的理解,为优选化学抑爆介质、提升相关抑爆效能提供理论基础。即,进一步深入开展以气体燃爆过程中的关键自由基团为直接作用目标的化学抑制剂改性相关研究,通过提高其阻断链式反应进程水平的方式加强其抑爆效能。
  • 作者(Author):于远祥柯 达王京滨王赋宇陈宝平任建喜
    关键词(KeyWords):巷道开挖帮部煤体弹性理论柱条模型极限平衡区

    摘要:回采巷道开挖后,其围岩应力重新分布,两侧煤体在上方集中应力的作用下产生变形后形成极限平衡区,其理论宽度是合理确定巷道煤帮支护方案及其参数的重要依据, 目前,计算煤帮极限平衡区的主要方法有:利用松散介质平衡理论建立煤帮应力平衡微分方程来求解极限平衡区宽度;或考虑工程扰动程度和煤体地质强度,运用非线性摩尔-库伦准则建立极限平衡区宽度方程。本文在总结现有研究成果的基础上,建立了回采巷道煤帮在高支承压力作用下体的力学计算模型,运用弹性力学理论分析了帮部任一点煤体的应力应变分量。基于弹塑性界面煤体在峰值支承压力发生片帮的柱条模型,确定该界面上发生最大水平拉应变的单元煤体位于距离底板0.65倍巷道高度处,进而提出了该单元煤体极限拉应变与煤帮极限平衡区及其破裂区宽度的理论计算公式。分析表明,煤帮极限平衡区宽度不仅取决于煤体的极限拉应变、泊松比及弹性模量,而且与原岩应力大小及巷道开挖后发生重分布的最大支承压力及煤帮弹性区宽度密切相关。具体表现为煤帮极限平衡区宽度随巷道埋深增大而不断增加,但随煤体弹性模量及其极限拉应变的增加却快速减小。在此基础上,利用所提出的理论公式计算了百良矿14501工作面运输顺槽350~400m区段的煤帮极限平衡区和破裂区宽度,进而优化了巷道帮部锚杆支护参数,取得了良好的支护效果。结果表明,上述研究成果能够较好地进行深埋煤层巷道煤帮极限平衡区的预测分析。
  • 作者(Author):董海龙高全臣刘娜张赵陈汝博
    关键词(KeyWords):两向不等压围岩塑性区应力构造法近似隐式法数值模拟

    摘要:针对两向不等压巷道围岩塑性区的解析问题,使用应力构造法求解时,巷道围岩塑性区以外的弹性区应力被主观地认为与围岩弹性应力状态下的应力在形式上一致。这虽然明显不合理,但在侧压系数为1的某个邻域内,应力构造法的准确度较高;只是在该邻域以外,其仅能确保围岩水平(或竖向)轴上塑性区半径的精度,其余位置并不准确,甚至偏差很大。同时,以侧压系数为1的特例为基准,将依据近似隐式法得到的围岩塑性区半径与基于成熟轴对称平面应变理论的相应解析解进行对比,可以发现前者存在较大理论误差。为改进上述不足,以应力构造法为基础确定围岩水平(或竖向)轴上塑性区半径;再结合近似隐式法能够较好反映塑性区形态一般变化规律的优势,以近似隐式法为基础确定塑性区的形状;最后,依据相似原理,相对准确地给出了两向不等压巷道围岩塑性区的近似解析范围。将该理论应用于工程实例的分析计算,并以数值模拟结果为基准就各算法的准确性问题进行了对比分析,结果表明:上述算法不仅消除了近似隐式法在侧压系数为1时的理论误差;还克服了应力构造法无法反映塑性区一般形态变化规律的缺陷。该算法与数值模拟的结果比较接近,可代替数值模拟进行两向不等压巷道围岩塑性区的近似求解。
  • 作者(Author):雷顺康红普高富强司林坡
    关键词(KeyWords):新元煤矿破碎煤体单轴抗压强度钻孔触探法点载荷强度指数预测模型

    摘要:单轴抗压强度(UCS)是衡量煤岩体力学性能的基本参数之一,破碎煤体UCS一直是煤矿工程师面临的一个难题。本文以新元煤矿为工程背景,提出了一种基于原位钻孔触探法快速测定破碎煤体UCS的方法,为构建破碎煤体单轴抗压强度现场测定方法提供了一个新的思路。首先通过优化探针直径和改进动力源,现场对破碎煤体进行原位钻孔触探强度测定,然后采集破碎煤样进行实验室点载荷强度测定,同时根据钻孔触探法和点载荷法两种测试方法将测试数据分为两组,得到对应测试结果威布尔分布相关参数,其次运用数理统计软件SPSS分别对回归方程和回归系数进行显著性检验,建立临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)的关系,在此基础上借助Is50与UCS的经验关系,建立破碎煤体UCS与Pc的关系,实现破碎煤体UCS的原位快速测定。研究结果表明:钻孔触探法与点载荷法测试数据对应的威布尔分布形状参数分别为:4.02、4.12,即两种测试方法的测试结果分布函数形状基本一致;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷与点载荷强度指数的关系为:Is50= 0.066 Pc - 0.002;新元煤矿破碎煤体UCS与钻孔触探临界载荷的关系为:UCS = 0.807 Pc + 1.726;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷为1.55~3.48 MPa,UCS为2.97~4.53 MPa;新元煤矿破碎煤体UCS测定结果与现场估算较为接近,表明所提出的破碎煤体单轴抗压强度测定方法切实可行。
  • 作者(Author):夏祖昊张小波姚池陈辉辉杨建华姜清辉周创兵
    关键词(KeyWords):峰后破裂岩石加卸载围压应力路径Forchheimer公式渗透性非线性渗流

    摘要:针对岩石裂隙面因加、卸载围压环境而引起渗流特性的改变,采用自行研制的温度-应力-渗流多场耦合岩石三轴试验系统,开展峰后破裂岩石加、卸载围压过程的渗流试验,研究峰后岩石裂隙在不同围压加、卸载路径下的非线性渗流特征。为了量化裂隙岩石非线性渗流过程,采用Forchheimer公式对水力梯度与渗流流量之间的关系进行拟合分析,将峰后破裂岩石渗流过程划分为线性Darcy流阶段与非线性Darcy流阶段,引入非线性影响因子E,作为区分达西流与非达西流的临界点。对比加、卸载围压过程中相同渗透压力下的裂隙渗流流量与裂隙渗透性,分析产生渗流差异性的发生机制。研究表明:峰后破裂岩石在围压的加载过程中,其渗流主要表现为非线性特征,裂隙的渗透性随围压增大而逐渐减小。在高围压作用下,虽然裂隙面会产生一定程度的压缩闭合,但存在的少量张拉裂隙会逐渐扩展和连通,可能会引起峰后破裂岩石的渗透性发生改变。当围压从较高水平卸荷后,且裂隙面渗透压力处于较低水平下时,裂隙渗透性没有增加反而减小,表明裂隙面在加、卸载围压和过流冲刷的共同影响下发生了不可逆的变形,导致裂隙面开度的逐步降低。当围压卸载到与加载过程同一水平时,各级渗透压力下的渗流流量均大幅下降,表明裂隙面的渗流能力的恢复存在明显的滞后效应。
  • 作者(Author):王爽郭永存胡坤李德永
    关键词(KeyWords):双盘式磁力耦合器振动噪声多物理场耦合法有限元分析

    摘要:为了在双盘式磁力耦合器设计阶段分析振动噪声特性,优化双盘式磁力耦合器设计,提出了一种利用模态叠加原理来分析其振动噪声的方法。双盘式磁力耦合器具有高转矩密度与高效率等优势,因此逐渐发展成为煤矿机械柔性传动装置。由于双盘式磁力耦合内部的转子磁场非正弦分布以及涡电流谐波等因素影响,双盘式磁力耦合器输出转矩中不可避免的存在波动。若根据计算得出的双盘式磁力耦合器的电磁振动噪声特点,在设计时选取振动噪声小的参数进行优化组合,可在实际中降低其电磁振动及噪声,有利于减少制造成本。本文结合双盘式磁力耦合器的结构特征,提出了一种模态叠加响应法计算电磁振动噪声,建立了其电磁径向力的解析模型,并在多物理场耦合作用下分析主要电磁径向力波在工作频率内的谐波响应,最后在额定功率为55kW双盘式磁力耦合器实验台上进行试验验证。基于麦克斯韦张量法,建立了双盘式磁力耦合器的径向电磁力解析模型,并得出0阶与10阶电磁径向力波是产生振动噪声的最主要原因;利用多物理场耦合分析法进行谐波响应NVH特性分析,结果显示0阶力波的振动加速度与形变量均大于10阶力波的振动加速度与形变量,因此双盘式磁力耦合器的电磁振动主要来源于0阶力波;在额定功率为55kW,最高转速为1500r/min的双盘式磁力耦合器实验台进行振动测试,试验结果显示在1500r/min时,试验得出的最大的振动峰值及频率约为35m/s2和4950Hz,与有限元仿真结果的误差对应为6.3%和1.1%;而当变频电机的输入转速依次增大时,振动加速度的理论值、仿真值与试验值的曲线形态较为接近,误差较小;噪声估计值与实测值的最大误差仅为8.9%,基本验证了本文所提出模态叠加法的正确性。利用模态叠加法来分析振动噪声,为快速并准确地分析双盘式磁力耦合器的电磁振动噪声特性提供了一种有效的技术手段。
  • 作者(Author):左延红程 桦程堂春
    关键词(KeyWords):分数阶微分算子瓦斯监测煤矿安全生产管理最小二乘法数据融合

    摘要:在煤矿生产信息的检测与采集中,传感器间的性能及其工作环境难免存在差异性,这些无法避免的差异性致使在同一地点工作的多个传感器对同一生产信息的测量数据间存在较大差异性,从而导致数据检测中心收集到的检测数据很难反映真实的生产信息,直接影响这煤矿生产管理的正常运行秩序和生产系统的生命财产安全。相较传统的消耗重资购置高性能信息检测设备以提高信息数据的准确性的硬件性能提升法,本文提出了基于分数阶微分滤波算法的煤矿生产信息监测数据的多传感器检测数据软件融合处理法。探讨了分数阶微分算子在信号处理中的应用特性,建立了基于分数阶微分算子的煤矿监测数据融合处理模型,并通过0.5阶微分算子在淮南某煤矿井下瓦斯浓度检测数据融合处理实验中的应用验证了分数阶微分滤波算法的优越性。实验证明:分数阶微分算子具备较强的差异性检测数据融合性能,可有效提高煤矿检测数据的准确性和煤矿安全生产管理决策的科学性;与传统的购置高性能信息检测设备以提高信息数据准确性的方法相比,基于分数阶微分滤波算法的煤矿生产信息监测数据的数据融合处理方法具有成本低廉、融合效果显著的突出优点。研究成果对于提高物联网下煤矿生产管理系统的工作可靠性和决策科学性具有重要意义。
  • 作者(Author):王登科李文睿魏建平于充张凯旋
    关键词(KeyWords):分形表征微纳米孔隙瓦斯气体相对粗糙度视渗透率模型

    摘要:为揭示煤体孔隙内表面粗糙微结构对瓦斯传输的影响机制,准确研究粗糙孔隙中的瓦斯气体传输规律,运用自相似特性分形理论推导出了微纳米孔隙内壁面粗糙元有效平均高度和孔隙有效半径的精确数学表达式;采用Optical Tensiometer设备对取自煤体孔隙内壁表面进行3D形貌结构量化分析,将所得关键参数代入相对粗糙度表达式求得对应值为0.352;结合流体速度滑移效应和分子扩散传输机理,推导出了粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体滑流修正传输方程和非连续流扩散传输方程,再通过等效转换原则推导出微纳米孔隙内的视渗透率模型;考虑到煤体纳米级孔隙难以进行精确测量表征和规避孔隙连通性对气体传输的影响,选取结构规整的纳米级圆孔阳极氧化铝薄膜作为气体流动通道载体;基于气体压差穿透实验原理,利用实验室PMI微渗透率设备进行了纳米级孔隙薄膜的渗透性实验,将实验结果所测得的渗透率数据与本文理论模型计算值进行了对比分析。研究结果表明:基于分形表征建立的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程合理可靠,考虑孔隙粗糙度对瓦斯流动的影响是应该且必须的,以分形理论表征的孔隙相对粗糙度公式比前人所提出的孔隙粗糙度经验性公式更为精确,研究结果可为在分形拓扑领域中构建自仿射粗糙微通道的气体流动模拟研究工作中提供重要的理论支撑。
  • 作者(Author):孙中光姜德义谢凯楠王克全李磊蒋翔
    关键词(KeyWords):花岗岩热损伤核磁共振核磁成像

    摘要:研究岩石的热破裂和损伤机制在高放废物地质处置工程中越来越受到重视。本文以我国甘肃北山的高放废物处置库的花岗岩岩样为研究对象,采用低场核磁共振系统、MTS岩石力学试验机、倒置镜像光学显微镜对重点预选场址花岗岩的热稳定性开展室内试验研究。研究发现:(1)核磁共振T2谱图在0℃~400℃温度范围内没有明显变化,当温度高于500℃,T2谱图振幅显著增大且向右大幅移动,T2谱面积与孔隙率在加热过程中呈现幂率关系;(2)峰值应力随着温度和孔隙度的增加以幂律关系降低;(3)通过核磁共振成像(MRI)发现,温度低于500℃时质子密度分布均匀且没有发现明显的质子密度簇,说明岩石内部结构稳定。当温度高于500℃时,晶体裂纹和边界裂纹的产生致使出现大量的高质子密度区域,并随着温度持续升高质子密度高的微小区域融合成大的连通区域;(4)花岗岩岩样在不同温度条件下的核磁成像像素的概率密度函数都服从对数正态分布,当温度超过500℃,概率密度函数整体向右转移;(5)通过显微结构观察,500℃时在长石晶间和长石晶粒与石英晶粒间有边界裂纹产生,并在晶体内部出现少量的穿晶裂纹,当试样温度加热到600℃时,超过了石英α/β相变点,石英颗粒产生大面积透明状穿晶裂缝,同时伴随着明显的穿晶网络。
  • 作者(Author):佘臣杰唐婕琳何环张朦童丽唐俊陶秀祥
    关键词(KeyWords):硫酸盐还原菌生物反应器重金属离子傅里叶红外光谱(FT-IR)

    摘要:为了研究硫酸盐还原菌和稻壳联合生物反应器在重金属废水处理中作用及机理。利用实验室前期分离鉴定的硫酸盐还原菌Desulfuromonas alkenivorans S-7联合填充稻壳柱式生物反应器处理人工合成酸性重金属(Fe3+,Mn2+,Cr6+)废水。比较了废水处理过程中理化特性(pH,Eh,Ec)及三种重金属离子变化规律,并利用FT-IR光谱仪分析了微生物和稻壳联合处理作用下重金属离子去除特性。研究结果表明:S-7能够明显提高酸性废水的pH,20 d后pH最终稳定在6.20左右,也能使反应体系维持在较高的还原环境并降低体系的电导率。S-7菌株对三种代表性离子都有一定的处理效果,对Fe、Mn、Cr三种金属离子的去除效率分别为Fe>Mn>Cr。反应器处理前期废水中离子的去除速率较快,后期由于离子共存对废水处理的影响使废水中金属离子浓度趋于平衡,出现动态制约平衡,S-7菌株对三种重金属离子的去除机制可能存在差异。处理后期由于Cr6+浓度上升明显,增大了SRB反应器中的重金属含量,明显影响SRB反应器的稳定性能;稻壳填充对S-7菌株生长能够稳定维持SRB反应器的厌氧环境,并且稻壳对金属离子去除也存在一定程度的物理吸附作用。FT-IR分析表明:S-7菌体处理废水时会吸附Fe、Mn、Cr离子,其中羟基、胺基、酰胺基及羧基是发生吸附作用重要的官能团;稻壳在处理重金属废水前后,稻壳的Si-O-Si和羰基在处理重金属废水中可能发挥了作用。
  • 作者(Author):杨恩王世博葛世荣向阳
    关键词(KeyWords):反射光谱近红外煤岩感知识别灰分产率支持向量机

    摘要:根据岩石的反射光谱含有其丰富成分信息的基本原理,同时受反射光谱技术在岩石地物遥感探测和岩矿成分分析两类领域应用的启发,本文通过实验验证了反射光谱技术用于原位煤岩区分的可行性。为研究利用反射光谱进行煤岩感知识别,收集了同一综采工作面煤层与顶板交界处外观较为相似的碳质页岩和烟煤块状试样75个,在实验室搭建了由近红外分光光谱仪、卤钨光源、光纤准直镜、Y型光纤等部件组成的煤岩反射光谱采集实验装置。根据常见顶板高度,设置光纤准直镜与试样距离为3米,采集了试样表面近红外波段(1000~2500nm)反射光谱,然后测定了试样表面光谱采集区域的灰分产率。使用一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、连续统去除(CR)、标准正态变量变换(SNV)四种方法对13点Savitzky-Golay(SG)卷积去噪后的试样光谱反射率曲线进行了预处理,对其中50个煤岩试样的灰分产率与其预处理后光谱进行了相关性分析,得到最大相关系数为0.777,由连续统去除预处理方法获得,其所在波长点为1698nm,位于与煤岩主要有机成分有关的1700nm光谱带附近。取此50个试样最大相关系数波长点1698nm左右区间[1693nm, 1703nm]共11个波长点处的连续统去除预处理光谱值,及其灰分产率、煤岩类型,建立了支持向量煤岩灰分回归(SVR)、支持向量煤岩分类(SVC)模型,两种原位煤岩感知识别模型对其余25个测试煤岩试样的预测精度分别为92%、96%,同时对单个样本识别总耗时均小于0.1s,其中,支持向量煤岩灰分回归模型对此25个测试煤岩试样表面灰分产率的预测均方根误差(RMSE)达到了5%,决定系数达到0.88。本文的原位煤岩反射光谱感知实验和识别方法,为研制具有远距离、准确、快速、低成本等优势的井下煤岩识别系统提供了思路。
  • 作者(Author):姚征曹代勇魏迎春熊先钺李宁王喆
    关键词(KeyWords):煤层气固相微粒煤层结构泥质夹层 水岩反应

    摘要:为查明复杂煤层结构对煤层气开发中固相微粒生成规律的影响,应用单相液流岩心驱替仪开展了水岩反应物理模拟实验,对比分析了在不同浓度的KCl溶液条件下泥质夹层与煤层生成固相微粒的数量、类型、运移特征及其对玻璃珠层导流能力的伤害程度。结果表明:与煤层相比,泥质夹层在水岩反应中易于生成更多的粘土矿物型固相微粒;KCl溶液浓度影响着泥质夹层产出固相微粒的规律,低浓度的KCl溶液与泥质夹层会发生高强度的水岩反应,从而使固相微粒的生成量和迁移率增大;固相微粒的粘滞状态会伤害玻璃珠层的导流能力,随着溶液浓度升高,固相微粒的生成强度和运移距离减小,渗透率降低幅度的波动变化持续时间相应变短。结合韩城区块煤层气开发实践,认为以复杂结构煤层为生产开发层会使煤中夹矸的层数增加、厚度变大、岩性多样和矿物复杂,这将导致泥质夹层等敏感岩层的组构稳定性在应力破坏和水岩反应中降低,进而加剧固相微粒的生成和运移。
  • 作者(Author):牛剑峰
    关键词(KeyWords):综采工作面煤岩识别直线度视频巡检自动控制无人化开采

    摘要:为解决综采工作面煤岩识别、工作面找直等自动化技术难题,针对工作面生产过程中带来的恶劣环境对视频监视技术应用的影响,提出了在综采工作面依托刮板输送机,构建一套悬挂式轨道视频巡检系统技术方案。通过对煤壁拍摄的图像进行灰度识别,计算出顶板岩层厚度,为采煤机下一刀割煤提供滚筒摇臂调高补偿信息,实现了采煤机割煤过程中的煤岩识别与自动化控制。通过在工作面液压支架上设置标签,使用视频巡检装置对工作面液压支架和刮板输送机拍摄的视频进行图像处理,测算出工作面直线度的偏移度,为液压支架推移动作的离线补偿控制提供依据,实现工作面的自动找直。通过调节巡检装置的工作模式,改善了视频系统的应用环境,提高了拍摄质量。随着综采工作面视频系统应用技术的提升,也必将推动综采工作面无人化技术的发展与应用。
  • 作者(Author):王平冯涛蒋运良刘海李立新余伟健朱永建鲁义
    关键词(KeyWords):再生顶板破坏机理围岩控制组合支护

    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(Author):王市委陈松降陶秀祥石开仪陈鹏陈文辉
    关键词(KeyWords):低阶煤疏水力常数水化膜油泡诱导时间non-DLVO理论

    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(Author):马双忱向亚军陈嘉宁万忠诚张净瑞柴晋
    关键词(KeyWords):脱硫废水水泥固化抗压强度结合氯离子能力

    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。
  • 作者(Author):何源福夏毅敏赵先琼乔硕宁波
    关键词(KeyWords):截齿耐磨层残余应力工作过程钎焊接头应力钎料层厚度

    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(Author):邢耀文桂夏辉韩海生孙伟曹亦俊刘炯天
    关键词(KeyWords):颗粒-气泡粘附疏水力AFMDWFA

    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(
  • 作者(Author):董书宁王皓张文忠
    关键词(KeyWords):华北型煤田奥灰顶部注浆改造底板破坏深度新预测模型

    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。
  • 作者(Author):万丽荣陈博杨扬曾庆良
    关键词(KeyWords):放顶煤液压支架尾梁动态响应刚柔耦合固液弹簧耦合Hertz接触

    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。
  • 作者(Author):张宏伟刘长江李云鹏刘昆轮赵象卓荣海
    关键词(KeyWords):巷道变形开采影响锚杆支护方案优化

    摘要:为解决神新公司宽沟煤矿巷道支护问题,综合利用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对巷道锚杆支护方案进行优化。工作面开采过程中,运输巷道受到超前垂直应力升高影响的范围约为55m,回风巷道受到超前垂直应力升高影响的范围约为70m,邻近工作面回采造成运输巷道应力升高明显,回风巷道围岩应力较低;针对两条巷道的应力状态及塑性区分布,分别设计了支护方案;优化支护方案较原支护方案,回风巷道与运输巷道顶板下沉量减小了20%和27%,工作面帮位移量减小了44%和37%,煤柱侧位移量减小了3%和15%。优化方案提高了巷道支护效果,且支护材料总成本降低10.1%,为神新能源公司宽沟煤矿的安全高效生产提供技术支撑和安全保障。
  • 作者(Author):张盛王小良赵文峰王猛吴自强赵龙刚
    关键词(KeyWords):D型聚能管预裂爆破沿空留巷切顶卸压 钻孔窥视

    摘要:为了得到D型聚能爆破管合理的爆破参数,结合云煤一矿22204运输顺槽沿空留巷的条件,对影响预裂爆破效果的影响因素,包括装药量、封孔长度、装药结构以及爆破孔间距等,进行了井下爆破试验,提出采用隔孔爆破的方式,利用非爆破导向孔联结相邻爆破孔的裂缝,并采用井下钻孔窥视技术对爆破效果进行监测,最终确定了云煤一矿沿空留巷中合理的预裂爆破参数,在切顶卸压孔深度9m,孔径48mm,爆破孔倾斜角度为15°条件下,爆破孔单孔装药量不低于450g/m,封孔长度不低于2m,采用隔孔爆破方式,两爆破孔间距不大于800mm,对于同类条件下矿井聚能预裂爆破参数的选择有一定的工程参考价值。
  • 作者(Author):王鹏飞谭烜昊刘荣华王海桥李泳俊田畅
    关键词(KeyWords):气水喷雾出口直径流量特性雾化粒径降尘效率

    摘要:为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2.0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3, 2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2.0~3.0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。
  • 作者(Author):孙鹏郑斌毛明明杨化震高召强
    关键词(KeyWords):热逆流氧化蜂窝陶瓷内置换热器H型翅片管换热特性

    摘要:基于热逆流氧化床内置翅片换热器的取热过程,自行搭建陶瓷填充床内置翅片换热器稳态取热实验台,实验研究陶瓷多孔介质围成的狭小空间内H型翅片管的换热特性,并通过外壁镀银的方法分析传热方式对H型翅片管换热系数的贡献。结果表明:H型翅片管边缘的温度随入口温度增加最大增长264℃,随入口雷诺数增加最大仅增长35℃,且靠近基管管壁处温度随入口温度和入口雷诺数变化不大;蜂窝陶瓷的存在强化了H型翅片管外壁面的热辐射作用,同时减小了29.80%的散热量,但在一定程度上抑制对流传热;辐射传热贡献度随入口温度增加从48.17%增至60.34%,随入口雷诺数增加从57.2%降至55.35%。对试验数据进行归纳分析,得到陶瓷氧化床内H型翅片管换热特性的试验关联式。

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