“2021年煤炭科技发展前沿”特刊_中国煤炭行业知识服务平台

首页 > 专题

“2021年煤炭科技发展前沿”特刊

来源：《煤炭科学技术》2021年第1期

本特刊共有论文30篇，来源于《煤炭科学技术》2021年第1期，是系统了解煤炭科技发展前沿的学习宝库。

行业视野: 其他
类别; 144个
关键词; 134位
专家; 31篇
论文; 22117IP
点击量; 35886次
下载量

矿山围岩变形与破坏光纤感测理论技术及应用

作者(Author)：柴敬, 刘永亮, 袁强, 张丁丁, 杜文刚, 韩志成, 马哲, 雷武林

摘要：矿山围岩应力与结构演化机理是深部煤炭资源开采围岩控制的关键科学问题。开展采场和巷道围岩应力演化与变形破坏监测，是掌握应力场动态迁移规律，分析覆岩分区破裂、结构演化的重要手段，也是实现井下灾害超前辨识和危险区域感知预判的基础。近年来光纤传感技术在解调原理、传感器研发方面取得了长足的进步，可实现不同尺度的围岩应力、变形，大范围、分布式动态监测，成为了岩体变形破坏的重要监测手段之一。分析了光纤传感技术在矿山围岩变形与破坏监测方面的应用进展，总结了用于采场和巷道围岩变形监测中的光纤传感理论及适用特点，归纳了光纤传感系统布设方法与安装工艺，讨论了采场覆岩“横三区、竖三带”分布，覆岩结构演化，支承压力分布，顶底板变形特征的光纤表征机制，介绍了光纤传感技术在矿山围岩变形表征中的最新成果。结果表明：光纤传感技术在矿山围岩监测中的应用仍处于现场应用研究阶段，在智慧矿山建设背景下，采场和巷道围岩变形监测技术向多参数、智能化、实时动态监测发展，光纤传感技术存在多参量、多尺度传感器研发，多维度光纤传感系统及布设工艺，大数据光纤传感数据智能分析系统构建等研究热点。研究成果对推动矿山围岩光纤传感智能监测技术研发与应用具有积极意义。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

639

1615
“三下”采煤膏体充填开采技术研究

作者(Author)：孙希奎

摘要：膏体充填是控制采矿岩层运动、防治地表沉陷的主要充填开采技术之一。针对我国东部煤矿开采过程遇到的建筑物、水体、铁路下以及承压水体上压煤资源开采问题，以淄博矿业集团济北矿区主力矿井的开采条件为背景，分析了膏体充填的基本原理、工艺方法及试验应用情况，重点介绍了岱庄煤矿在建筑物下条带煤柱置换开采，高层建筑下压煤充填开采，承压水体上充填开采等领域的典型应用案例。通过应用膏体充填开采技术，地面受护建筑物移动变形数值均小于建筑物Ⅰ级损坏标准，受底板灰岩水威胁的工作面充填开采后底板破坏深度仅6.0～6.5 m，防范底板水害的作用显著。结合济北矿区未来的发展方向，认为膏体充填应该进一步在承压水体上开采的相关理论和工艺技术，重复采动影响下建筑物保护的理论和对应措施，复杂条件下充填工艺、设备、流程优化以及与井下煤矸智能分选系统相结合等方面着重进行研究攻关。研究结果对济北矿区膏体充填开采进一步应用有重要借鉴意义。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

664

1406
叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验方法研究

作者(Author)：许江, 李奇贤, 彭守建, 闫发志, 张超林, 韩恩德

摘要：为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气开采过程中储层参数和产量的时空动态演化特征，在多层叠置含气系统的特殊煤层气成藏模式和已有试验设备的基础上，对煤层气开采系统进行了改造和升级，煤层气开采系统由开采管、开采管路和气水分离器以及其他附件组成。建立一套集合材料选取、试件制备和煤层气开采的煤层气开采物理模拟试验方法，最后对试验系统和方法的优势、今后改进方向和适用条件进行了汇总。为了对开采物理模拟试验方法进行效果验证，以直井为例开展了叠置含气系统煤层气开采试验，研究了4个煤层在煤层气开采过程中的瓦斯压力、煤层温度、煤层变形、产量等参数动态演化规律。结果表明：瓦斯压力以井筒为中心近似呈现椭圆状，越靠近井筒区域瓦斯压力越小，反之越大，气体运移速度由近井段向远井段逐渐降低；煤层温度下降量在煤层内以井筒中轴线为起点呈圆弧状向边界递减，越靠近井筒区域温度下降量越大，反之越小；1—4号煤层在第360分钟的最终体积应变分别为0.067%、0.109%、0.117%和0.154%，初始瓦斯压力越大的煤层，其最终的变形量也越大，且初始瓦斯压力越小的煤层，体积应变增长速率变缓的时刻越早；瞬时产量曲线呈现在开采初期迅速达到峰值并急剧下降的单峰曲线类型。研究结果验证了叠置含气煤层气开采物理模拟试验方法的可靠性，能够为现场煤层气开采提供参考。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

599

1043
寺家庄矿综采工作面顶板走向高抽巷合理层位研究

作者(Author)：朱红青, 霍雨佳, 方书昊, 郭晋麟

摘要：阳煤集团寺家庄矿15106综采工作面瓦斯涌出量较大且具有突出危险性，针对该工作面上隅角瓦斯易超限的难题，基于工作面上覆岩层破坏的“O”型圈理论，提出了沿走向在顶板布置高抽巷进行瓦斯抽采的方法。为了探究高抽巷布置的最佳区域，首先应用理论计算及材料相似模拟的方法，得到采空区垮落带高度为0～20 m，裂隙带高度为20～60 m，弯曲下沉带高度为60 m以上；“O”型圈的导气裂隙圈在采动侧长为20 m；沿走向方向，开切眼侧破断角基本稳定在60°，回采侧破断角在43°～68°处波动，平均55°；当工作面推进距离与工作面长度相同时，沿倾向方向进风巷和回风巷破断角均为58°。应用Fluent软件分别模拟高抽巷与煤层顶板垂距为20、30、40 m，与回风巷内错距为30、40、50 m时的抽采效果，结果表明：高抽巷垂距为30 m、内错距40 m时，高抽巷内瓦斯体积分数最高，为21.2％，上隅角瓦斯体积分数最低，为0.54％。将试验所得方案应用于现场实践后，在回采初期，由于大裂隙尚未形成，上隅角瓦斯体积分数存在超限危险，随着工作面的推进，风排瓦斯量逐渐减小，高抽巷抽采瓦斯量逐渐升高；在进入正常抽采期后，上隅角瓦斯体积分数平均值约为0.6％，与模拟所得结果基本相符，该方案能够大幅缓解风排瓦斯的压力，有效解决上隅角瓦斯超限的问题。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

366

701
晋城寺河井区煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术研究

作者(Author)：孟召平, 李国富, 杨宇, 李超, 乔元栋

摘要：随着煤层气勘探的不断深入，煤矿采空区煤层气已成为煤矿区煤层气重要资源之一。基于晋城矿区寺河井区煤矿采空区分布特征，通过地质分析、采空区煤层气成分、浓度试验和资源量模型计算等方法系统研究了煤矿采空区煤层气资源条件及地面抽采关键技术，揭示了采空区煤层气赋存规律，给出了不同赋存状态下煤层气资源量计算模型和方法，探索了煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术。研究表明，煤矿采空区煤层气来源于煤柱及残留煤层、邻近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。根据吸附气和游离气资源量计算模型计算寺河井区煤层气总资源为213.016×108m3，其中游离气资源0.102×108m3，吸附气资源为212.914×108 m3。采煤方法和采空区密闭性对采空区煤层气的来源和富集程度有重要影响。针对采空区上部岩体裂隙发育特征，将采空区煤层气抽采井身结构由二开优化为三开结构，实现了二开固井封闭裂隙带上部含水层，三开下入割缝套管护壁，有效解决了采空区上部含水层涌水对钻井井身稳定性影响及抽采效果等问题。在此基础上，研发了潜孔锤 + 压缩空气（氮气）钻井工艺，用氮气取代空气作为循环介质，形成了安全揭露含气裂隙带钻井工艺技术，为采空区煤层气安全抽采探索了有效途径。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

579

949
底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采时效性研究

作者(Author)：王兆丰, 席杰, 陈金生, 李学臣, 李艳飞, 马雄伟

摘要：为了提高穿层钻孔的利用率，基于煤岩动力学行为下的采动裂隙场和应力场演化规律，提出全生命周期的底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采技术，即按先后顺序实现采前预抽、边采边抽以及采空区瓦斯抽采功能。以古汉山矿1604综采工作面为例，进行现场试验。结果表明：一孔多用试验钻孔的抽采效果具有明显的时变特性,为定性定量分析试验钻孔的抽采时效性规律，根据抽采纯量变化将抽采全生命周期划分为初始预抽增流期、高效预抽期、预抽快速衰减期、高效卸压增流期、低流枯竭期、采后纯量回升期和采后衰减低流期7个阶段；高效预抽期是全生命抽采周期中最关键的阶段，其次为高效卸压增流阶段，平均瓦斯抽采纯量可达到在预抽高效期钻孔平均瓦斯抽采纯量的61.4%；确定前方距离工作面70 m至后方距离工作面40 m范围内为穿层钻孔受采动卸压影响区，工作面超前35～40 m，抽采浓度和纯量最大；在边采边抽阶段，距离采面前方20～70 m的试验钻孔平均抽采纯量比卸压前提高5倍；古汉山矿底板岩巷穿层钻孔采前预抽合理抽采天数为260 d，边采边抽有效抽采期为46 d，采空区瓦斯抽采有效抽采期为26 d。通过一孔多用的底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采实现了预抽达标和降低工作面瓦斯涌出的目标，具有良好的推广应用价值。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

310

860
角联管网瓦斯爆炸超压演化及火焰传播特性研究

作者(Author)：石必明, 牛宜辉, 张雷林, 张煜, 钟珍

摘要：为了探索瓦斯在煤矿井下复杂巷网内爆炸后的超压演化规律及火焰传播特性，在实验室自行搭建了瓦斯爆炸试验系统，对甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸爆燃波传播规律进行了试验研究，并对瓦斯爆炸超压及火焰传播过程进行了数值模拟。试验与数值模拟结果表明：管网角联分支中，甲烷-空气预混气体爆炸后由于爆炸压力波的叠加，形成超压增高区域，但产生的火焰波很微弱，温度较低。并联分支中，随着爆燃波传播距离的增加，超压峰值和焰面传播速度呈逐渐减小的趋势，而火焰持续时间呈先增加、再减小的趋势。试验中火焰的最大传播距离为18.75 m，而数值模拟的传播距离为21.25 m，但试验值和模拟值的变化趋势一致。研究结论可对煤矿井下复杂巷道内瓦斯爆炸灾害的防控及救灾提供理论支持。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

271

417
基于改进Otsu的煤体CT图像阈值分割算法的研究

作者(Author)：王刚, 陈雪畅, 韩冬阳, 秦相杰, 冯净

摘要：煤体CT图像阈值选取的准确性对于三维重建的模型能否还原真实煤体结构至关重要。Otsu阈值分割法（简称Otsu法）对煤体CT图像中孔裂隙结构的过分割，使得三维重建的煤体模型与实际不符。为克服该缺陷，首先探究了Otsu法对煤体CT图像阈值分割失效的机理，并据此确定合适的权重因子修正Otsu最佳阈值选择公式，提出了一种改进的Otsu阈值分割法（MP-Otsu阈值分割法，简称MP-Otsu法）。最后利用MatLab软件检测MP-Otsu法对煤体CT图像的二维分割效果，同时利用Avizo软件对煤体孔裂隙结构进行三维重建并对比改进前后孔裂隙参数的变化。结果表明：煤体内部矿物含量与Otsu法确定的阈值两者之间呈正相关关系。煤体内部矿物组分的存在导致目标和背景区域方差差异大，低孔隙率导致煤体CT图像灰度分布直方图呈单峰分布且不能提供足够的方差信息，这些特征是Otsu法对煤体CT图像阈值分割失效的主要原因。MP-Otsu法引入矿物含量与Otsu阈值的拟合曲线斜率，目标在图像中所占的大致比例等3个权重因子改进Otsu阈值分割法，得到的二值图像与原图像高度契合，能够准确提取孔裂隙目标区域。三维重建的模型孔隙率和最大喉道尺寸与Otsu法相比分别下降了96.18%和80.07%，有效克服了Otsu法对煤体CT图像过分割的缺陷。此研究能为进一步探究与孔裂隙结构相关的煤体物理特性提供基础。

免费下载

煤炭科学技术

2021年第01期

592

580