综采放顶煤冒放模型的模拟试验

传统放顶煤模拟模型对厚煤层放顶煤的适应性研究表明,该模拟模型确定的移动场与实际顶煤移动场不符,放出体上部宽度与下部宽度相差1.3～1.7m,同椭球体模型理论分析相距在30%～40%。并对传统放顶煤模拟模型进行改进,构建了顶煤垮落角等多个模型,使放顶煤模拟研究中的连续性假设条件得到松驰。改进后的模拟模型应用表明,横向概率每增大10%,顶煤放出量增加约2.2%,顶煤放出率达到88%,比改进前提高7%～17%。

空区激光探测系统在我国的研究与应用

阐明了空区激光探测系统(CMS)的基本构成和工作原理,分析了井下环境温度、湿度、目标反射率及探测位置等环境因素对CMS探测结果的影响,并提出了相应的解决措施;紧密结合国内各矿山的自身特点,阐述了目前CMS在我国的研究现状,分别从空区信息动态监测、露天塌陷坑探测、采场边界对比分析、顶板安全管理、采场回采贫化损失精确测定、复杂边界矿柱回采爆破设计及实测采空区稳定性数值模拟分析等主要方面对CMS的应用进行了深入研究。研究结果表明,CMS的成功应用为我国矿山空区动态监测及安全预警等相关研究开辟了一条新的有效途径。

深井松散煤巷超高强预应力组合锚杆支护技术

深井松散煤巷支护一直是制约矿井安全生产的难题,常规的锚杆支护方式及支护强度已很难适应其变形特征。文中以丁集煤矿1262(1)巷道为例,在新型锚杆强化支护体系的应用研究中,采用了超高强预应力组合锚杆支护技术,通过加大支护强度及采取各种补强措施,进一步优化围岩应力场,充分调动围岩自身承载能力,有效控制了巷道围岩变形,实现了巷道长期稳定,满足了矿井的安全高效生产,并为该类煤层巷道推行锚杆支护技术提供了参考和借鉴。

注浆孔壁劈裂判据及裂缝扩展的数值模拟

在进行现场注浆时,经常会遇到注浆孔与岩体裂隙不相交的情况,因此,很有必要讨论在一定注浆压力作用下,注浆孔周围岩层是否劈裂以及劈裂的方向,从而可以判断该劈裂裂缝扩展以后是否与岩体原有裂隙相贯通。这样有利于进行注浆理论分析、数值模拟等。文中在考虑地应力和不考虑地应力2种情况下,分别对注浆孔周围岩层的劈裂与否以及劈裂方向给出了判据,同时在劈裂情况下,通过对大型有限元软件ANSYS进行二次开发,应用6节点奇异等参元模型模拟了劈裂裂缝尖端应力场的奇异性,并引入应力强度因子,对劈裂裂缝的扩展进行了数值模拟,从而得到了劈裂裂缝的最终扩展长度。研究结果对注浆理论的研究以及实际注浆工程问题的解决都具有一定的参考价值。

大倾角厚煤层综放工作面平巷锚网支护技术

王家山煤矿大倾角厚煤层综放工作面回采巷道变形破坏比较严重,是制约工作面实现安全高效生产的主要因素之一。文中根据巷道变形及锚杆受力的现场实测和巷道分步开挖与支护过程的FLAD3D模拟,分析了王家山煤矿大倾角厚煤层综放工作面回采巷道围岩变形破坏基本特征,提出了采用锚杆不对称布置方式,巷道断面采用圆角微拱矩形的锚网支护方案及其参数。现场试验获得了良好的技术经济效果。

亚急斜煤层采空场覆岩变形破坏数值与相似模拟

依据煤层倾角及开采后顶板破坏特征及其影响不同,将倾角在45～60°的煤层称为亚急斜煤层,其开采过程中顶板影响相对显著。文中针对乌鲁木齐矿区,通过相似材料与数值模拟试验,对亚急斜水平分段放顶煤开采过程中采空场覆岩变形破坏特征进行了试验研究。研究结果表明:亚急斜煤层开采过程中采空场覆岩变形破坏主要沿煤层法向方向发展;基本顶(老顶)岩层破坏后并没有直接垮落,而是有可能形成一定的结构体——铰接岩块结构;关键层位结构体的回转失稳是造成大范围覆岩剧烈活动的根本原因;岩层结构的存在,特别是关键层位结构体的存在,使得覆岩大范围垮落对工作面的影响程度大大降低了,支架可以保持良好的运转,有助于工作面的安全高效生产。

破碎断层变形破坏过程的试验研究

范各庄矿F0断层是一条走向贯穿整个井田的破碎断层,极大地影响了该矿采区布置及矿井深部开拓,对矿井的安全生产具有重大威胁。为了研究F0断层在采动影响下的变形破坏过程,采用电镜、薄片及蠕变力学试验方法分别对断层物质的原样和3种含水量、5组样品的复制样进行了分析研究。试验表明:围压效应、结构效应、含水量效应均对断层物质的性质产生巨大影响;断层物质具有明显的流动变形特征;结构面的存在、承压水的作用以及围压的改变极大地影响着断层物质的性质。试验研究结果对于分析断裂滞后突水具有重要意义。

高等级公路下煤矿采空区注浆处治效果分析

大量的实践证明,煤矿采空区残余变形期长达几年甚至几十年,其残余移动变形会对高等级公路的正常运营产生影响。目前对高速公路下的采空区的处治方法一般为钻孔注浆,但是如何有效地判断注浆的效果,目前还没有一个统一的标准和具体的方法。文中结合采空区的具体特征和注浆的数据资料,通过对山西某高等公路下煤矿采空区处治过程中的注浆实践分析研究,提出通过计算采空区未密实等效高度和注浆量等效高度可以对采空区治理的效果进行分析评价。

综放采空区抽放条件下自燃“三带”分布规律

主要从抽放条件下综放采空区的特点出发,对综放采空区抽放条件下的自燃危险区域进行划分。利用大型煤自然发火实验台,对铜川下石节煤样自燃特性参数(耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期)进行了实验测定,为抽放条件下综放采空区渗流场的数学模拟提供了基础数据;建立了抽放条件下采空区渗流、氧化和扩散的数学模型,并利用数值模拟对该模型进行求解,得到了抽放条件下综放采空区内的氧浓度分布和漏风强度变化规律;利用数值模拟得到的氧浓度和漏风强度分布结果,结合自燃特性参数,对抽放条件下自燃"三带"进行划分,确定了综放工作面的极限推进速度,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火区治理提供依据。

东欢坨煤矿自然发火标志气体的优化选择

通过实验室实验研究,综合分析选取的4个典型煤样的一氧化碳、乙烯、乙烷等气体的检出温度,对比指标气体优选原则,综合分析了东欢坨煤矿实验检出气体。实验表明,东欢坨矿一氧化碳出现的临界温度值为50℃,4个煤样基本上在110℃左右出现斜率变化增大的情况,并且该气体呈现单调递增趋势。因而,在50～350℃之间,选择一氧化碳作为预测预报煤炭自燃的标志气体是可行的。由于东欢坨煤矿煤层中赋存有CO,因此,在利用CO作为预报预测自燃发火标志气体和采空区密闭内取样分析时,可采用CO浓度差值法和ICO来消除环境因素和风量的影响。

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。

矿井密闭填充材料力学性能分析与稳定性预测

采用水凝胶密闭填充材料建造密闭墙是防止煤层自燃、有害气体扩散或者瓦斯爆炸的方法之一。通过一系列单向压缩试验,分析了吸水性单体、交联剂、促凝剂的含量等对水凝胶内填充材料力学性能的影响。并利用灰色GM(1,1)预测模型对水凝胶密闭填充材料进行了持久稳定性分析。实验发现,随着单体与交联剂添加量的增加,水凝胶材料的弹性模量增大,强度提高,弹性减弱;而促凝剂含量的影响正好与之相反。同时水凝胶材料的应力-应变曲线出现了阶段性变化,且分界点的位置由材料本身的形变所决定,一般出现在纵向形变为50%处;模型精度较好,亲水性单体浓度增大,水凝胶材料的持久稳定性也较好。

巷道冒落区瓦斯积聚的数值模拟及应用

巷道冒落区的瓦斯积聚,既可能会引起瓦斯燃烧或爆炸,又会导致煤自燃,同时瓦斯随风流进入巷道也会引起事故,构成煤矿安全生产的重大隐患。文中采用计算流体动力学软件FLU-ENT对巷道冒落区的瓦斯积聚和扩散情况进行了数值模拟,重点比较了不同风速条件下瓦斯积聚的差异。巷道风速越大,瓦斯积聚越弱,但是风速高于临界风速时,并不能显著地降低积聚瓦斯的最高浓度;同时模拟结果表明冒落区内设置导风板对稀释积聚瓦斯具有良好的效果。模拟结果进一步验证了实际预防冒落区瓦斯积聚措施的合理性和科学性。

煤矿救援机器人全局路径规划

全局路径规划是煤矿救援机器人自主导航的关键技术之一,其任务是按照某一最优指标寻找一条从起始点到目标点的安全避碰路径。文中针对矿难发生后,井下部分巷道的局部环境不确定的特点,提出以矿难前的已知GIS系统为基础,结合改进蚁群算法获取环境不确定情况下的优化路径,从而获得全局最优路径的策略;依据安全性、路径最短原则设计了适应值评价函数,依此作为路径评价和信息素更新的依据;为避免停滞现象,采用确定性选择和随机选择相结合的路径选择策略。实验结果验证了算法的正确性和有效性。

“构造控灾”理论与“绿色矿区”建设

构造介质、构造形态、构造界面、构造应力相互影响,相互制约,协同作用,为人类地下采矿活动营造了一个特殊的环境——构造环境。在不同的构造环境下,同样强度的地下采矿活动所引起的煤矿区地面沉陷、断陷、开裂的致灾程度有明显差异。与地下开采有关的煤矿区地表环境灾害,虽然源于采动,但其形成与发展,本质上受控于该区域构造环境的内在结构和动态因素。构造环境是决定煤矿区地质环境承载能力的重要因素之一。在开采之前,根据煤矿区构造环境,结合煤矿区土地利用类型对地表移动变形及地下水位变化的敏感度,科学评价煤矿区地质环境的承载能力,为合理规划开采区域或开采强度提供科学依据,是建设"绿色矿区"的基础性工作。

多热源合成SiC热源数目判定模型

多热源合成SiC冶炼炉炉体尺寸大,一次性生产原材料消耗大,用实验手段难以预测给定条件下的热源数目等参数。通过对冶炼炉温度场的数学分析及数值模拟,以合成SiC温区断面面积比率最大为原则,提出了多热源合成SiC热源数目的判定模型,给出了实例,并通过工业实例对模型进行了验证。热源数目的预测,可以为SiC工业生产提供理论指导。

无人工作面采煤机自主定位系统

基于依靠惯性仪表为导航信息源的导航系统无需外部信息源、不向外部辐射能量的优点,研究国内外采煤机自主定位系统现状,分析井下采煤机工作环境、运动路线以及影响采煤机运动轨迹的因素,确定采煤机在不同运动路线的运动特征,建立一个复杂程度满足要求的动力学模型;选用微机械陀螺和加速度计2种传感器组合自主定位系统。实验室模拟实验结果表明,惯性传感器误差是导致自主定位系统精度低的主要因素,据此提出利用环境特征、路标识别以及基于GIS的地图匹配技术来减少系统误差,提高自主定位精度。

能源化工基地可持续发展中的利益关系

基于对陕北榆林能源化工基地建设与发展中利益分配失衡的量化分析,揭示了利益分配失衡构成陕北榆林能源化工基地可持续发展的深层制约。从资源地居民自然依赖关系淡化、体制缺陷和机制障碍等方面剖析了陕北榆林能源化工基地建设与发展中利益分配失衡与冲突的原因,并提出重塑利益分配观念、改革资源开发管理体制、顺畅利益表达渠道、转变财税政策、建立资源开发生态补偿机制等协调利益关系的有效举措。

煤矿井下工作面生产系统可靠性仿真

以随机过程理论为基础,根据系统元件的运行状态服从某一特定的概率分布的特性,采用以时间步长法为主线,其中贯穿最小时间步长方法的计算机随机模拟方法,动态地模拟了综采工作面系统生产的整个过程,并且得出元件和系统的有效度、停机率、煤流等定量的变化曲线,以及产量等一系列量化指标,为客观分析综采工作面系统提供了依据,还可以提供生产面的改造方案与优化、煤仓合理容量的确定与优化、系统设备选型与匹配优化等方面的实际应用,对提高生产效率具有理论指导意义。

基于MTS-AE单轴压缩下的煤岩损伤特征

基于MTS-AE单轴压缩条件下,对煤岩损伤、变形与破裂过程进行了测试;运用损伤变量理论,分析单轴压条件下煤样损伤破裂阶段的声发射能量-应力/应变参数与损伤变量之间的内在联系与特征规律。研究结果可对现场安全开采提供一定的理论指导。

采场作业环境模糊综合分析

针对采场作业环境目前存在的问题,利用环境科学、人机环境系统工程观点和模糊数学理论对采场作业环境进行分析和评价,建立了一套全新的采场环境系统危险性模糊单个因素和整体综合分析评价模型,并提出改善采场作业环境的具体方法措施,以提高系统安全。最后以贵州某磷矿采场为研究对象,对其进行危险性分析和评价,验证了模型的合理性,从而为管理者提供辅助决策,实现系统的高产、高效与高安全。

急斜煤层放顶煤开采中基本顶的溃屈破断分析

针对急斜煤层水平分段放顶煤开采过程中基本顶破坏活动对工作面的影响,应用板裂介质力学计算模型,进一步研究结构分叉后平衡路径的演化途径;应用后屈曲能量准则建立平衡稳定模态幅值方程和溃屈极限长度方程。研究表明:分叉点附近的邻域与煤层赋存条件、岩体材料及结构几何特征有关;基本顶从初始屈曲到后屈曲的变形过程中,只有当正则因子改变正负号时,系统才会从一个状态跳到另一个状态,基本顶岩体结构的后屈曲是一个由分叉点后屈曲性态到极值点后屈曲性态的耦合过程;而由倾角确定的剖分因子始终控制着系统状态变量与载荷的对应关系,影响基本顶的稳定性。

《西安科技大学学报》征稿简则