煤炭科学技术
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煤炭科学技术
2017年 45卷 11期

刊出日期 2017-11-28

采矿与井巷工程
安全技术及工程
机电与自动化
地质与测量
煤炭加工与环保
青年博士学术专栏
“8 m以上大采高开采技术与装备”专题
 
   
“8 m以上大采高开采技术与装备”专题
1 王国法,李希勇,张传昌,任怀伟
8 m大采高综采工作面成套装备研发及应用

针对8 m大采高工作面围岩控制、液压支架可靠性保证、超大煤量自适应连续运行、工作面配套存在的问题进行研究,建立液压支架与围岩的耦合力学模型,采用“双因素控制法”确定超大采高液压支架合理工作阻力,设计伸缩梁与护帮板分离的三级协动护帮装置、大缸径抗冲击双伸缩立柱,有效控制片帮及顶板压力;采用高强度结构钢及智能焊接新工艺提高8.2 m大采高液压支架可靠性;基于无极软启动、超大规格链条及传动系统和电直驱齿辊式连续破碎装置,研制超大煤量自适应刮板输送机;综合对采煤机行走传动、带式输送机可折叠机身、超前液压支护等多个方面进行研究,研发了首套8 m大采高综采成套装备,并在兖矿集团金鸡滩煤矿108工作面进行工业性试验。试验表明:成套装备能有效地控制顶板和煤壁,具备良好的稳定性及可靠性,煤流运输顺畅,无大块煤堵塞,试验期间工作面最高日产57万t,月产达到150万t以上。

2017 Vol. 45 (11): 1-8 [摘要] ( 51 ) [HTML 1KB] [PDF 2821KB] ( 195 )
9 杨俊哲
8 m大采高综采工作面关键回采技术研究

为解决8 m厚煤层安全高效开采的问题,以补连塔煤矿首个8 m大采高为研究对象,通过联合技术攻关,形成了一批具有神东自主知识产权的关键技术。重型设备配套总功率达到13 0094 kW,装备技术水平得到进一步提升;在围岩控制方面,形成了大断面巷道支护技术、高压水致裂初次放顶技术、超强大阻力支架支护技术,总结出了超大采高矿压规律;在回采方面,形成了双支架垂直过渡工艺,提高了资源回采率;在信息化技术方面,形成了设备动态监测、数据采集等多种技术。通过一系列关键技术的应用,实现日产448万t,具备年产达1 550万t以上的生产能力,回采率达9812%,为类似条件下8 m厚煤层开采提供技术指导和借鉴。

2017 Vol. 45 (11): 9-14 [摘要] ( 34 ) [HTML 1KB] [PDF 1472KB] ( 142 )
15 高有进
8.8 m液压支架设计与制造关键技术研究

针对8.8 m大采高液压支架大缸径立柱材料空白,现有加工制造装备等难以满足用户要求的现状,在架型设计、支架中心距确定、立柱缸径选定与制造、高强钢材料开发与焊接工艺研究等方面进行研究,最终确定了ZY26000/40/88D架型,支架中心距达到2.4 m,立柱缸径600 mm,并形成了优选的加工制造工艺,有效保证了产品品质,与钢厂合作开发了ZMJ06高强钢材料,屈服强度达到890 MPa,有效减小了支架质量,整架质量控制在100 t以内。目前8.8 m液压支架已经顺利通过了国家实验室型式试验检测,效果良好,为下一步批量生产做好了技术储备。

2017 Vol. 45 (11): 15-20 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1260KB] ( 100 )
21 张立辉,李男男
8 m大采高综采工作面矿压显现规律研究

针对大采高综采工作面回采时矿压显现剧烈,易发生煤壁片帮、冒顶压架等事故,以神东矿区首个8 m大采高综采工作面为研究对象,通过数值模拟分析得出该综采工作面支承压力峰值处于前方煤壁6~9 m位置,巷帮压力峰值处于前方煤壁6 m左右位置,以现场实际观测及支架压力数据分析对工作面回采过程中矿压显现规律进行了研究。结果表明:随着采高加大,工作面煤壁片帮现象加剧,矿压显现明显,本工作面初次来压步距40~44 m,来压持续5刀,周期来压步距为72~168 m,平均1077 m,周期来压持续2~8 刀,平均48刀,大致呈现“大-小”不规律相间变化趋势,动载系数为136~174,来压强度较强,相较邻7 m采高工作面矿压显现明显,来压步距减小,来压强度增大,支架阻力满足工作面支护要求,这为同盘区接续大采高工作面安全回采提供了科学依据。

2017 Vol. 45 (11): 21-26 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 1578KB] ( 102 )
27 迟国铭,张立辉,唐海军
特大断面开切眼围岩综合控制技术

基于特大断面开切眼掘进、支护和综合利用困难的问题,以神东煤炭集团补连塔煤矿8 m大采高综采工作面开切眼为例,研究了特大断面开切眼掘进技术,结合现场实际地质条件及支架参数研究确定了特大断面开切眼支护所需锚杆和锚索长度、直径以及间排距等参数,研究确定了工作面初采强制放顶采用水力压裂工艺时孔口直径、孔口深度、孔口角度以及水压强度等参数。结果表明,特大断面开切眼掘进技术、断面支护参数以及后续水压预裂放顶的运用是安全可靠的,应用该掘进技术和支护参数可保证开切眼围岩稳定,可以满足8 m高支架安装和初采,水压预裂放顶效果明显,为类似地质条件下的大断面巷道掘进与支护以及后续综合利用提供借鉴。

2017 Vol. 45 (11): 27-31 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1231KB] ( 108 )
32 李明忠,张德生,刘壮,许义
8.2 m大采高综采工作面超前支护技术研究及应用

针对金鸡滩煤矿82 m大采高工作面大断面回采巷道超前支护难题,综合地质条件和推进效率等因素,确定了双列多节自移式超前支架架型。采用低初撑力、高工作阻力的支护理念和初撑力自动保证技术,开发了避锚护顶、行走调控和斜坡式连接梁等新结构,研制出回风巷和运输巷超前支架组。井下试验表明超前支架抗周期来压能力强,推进效率高,超前巷道顶板完整好,具有良好的适应性;进一步分析了超前支架整体顶梁对顶板的反复支撑作用,提出了柔性顶梁的方解决案,为超大采高工作面超前支护技术提供了示范和参考。

2017 Vol. 45 (11): 32-36 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 1413KB] ( 110 )
37 任怀伟,孟祥军,李政,李明忠
8 m大采高综采工作面智能控制系统关键技术研究

针对8 m大采高工作面围岩稳定性下降、装备功率和尺寸大幅增加,将对控制的实时性、准确性和适应性提出更高要求的现状,开展超大采高工作面智能化控制技术研究。基于布置在液压支架上的压力及倾角传感器,构建液压支架支护状态在线监测系统;在采煤机记忆截割和高精度位置控制的基础上,依据修正后的采割曲线实现自动割煤;提出刮板输送机多电动机功率协同的智能驱动策略;采用三进三回环形供液及高压自动补偿技术,实现动力系统最小压力波动、最大瞬间供液的智能控制。上述技术在兖矿集团有限公司金鸡滩煤矿进行应用,结果表明:煤壁片帮、支架初撑力不足、刮板输送机压死等问题明显减少,三级护帮动作时间减少1/2,大幅提升了设备的运行质量和效率,可有效满足超大采高工作面的控制需求。

2017 Vol. 45 (11): 37-44 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 2197KB] ( 92 )
45 庞义辉,王国法,张金虎,刘化立
超大采高工作面覆岩断裂结构及稳定性控制技术
针对超大采高工作面超大空间、强扰动岩层运动带来的围岩稳定性控制难题,以金鸡滩煤矿8.0 m大采高开采实践为基础,采用理论分析、数值模拟等方法分析了超大采高工作面顶板岩层破坏的应力路径效应,提出了超大采高工作面顶板岩层断裂的“悬臂梁+砌体梁”结构及稳定性控制技术,并进行了超大采高工作面矿山压力实测分析。研究结果表明,不同层位顶板岩层的峰值应力、差应力及强度-应力比存在较大差异,直接影响顶板岩层的断裂状态及破断结构形式。金鸡滩煤矿8 m大采高工作面顶板岩层易形成“悬臂梁+砌体梁”结构,通过开发ZY21000/38/82D型超大采高液压支架、提高液压支架的强度及支架与围岩的组合刚度,实现了8 m大采高工作面的安全高效开采。
2017 Vol. 45 (11): 45-50 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 1906KB] ( 125 )
51 赵国瑞,亓玉浩,杜毅博,岳宁
8 m以上大采高综采工作面综合防尘关键技术

基于超大采高工作面开采高度远超出了传统喷雾降尘有效作用的距离,导致易出现跑尘、漏尘的问题,研究了超大采高工作面的产尘特点及运移规律,探讨了相应的综合防尘关键技术,优化了影响防尘效果的关键元部件的相关参数,提出了8 m以上大采高工作面综合防尘新方法。井下应用表明,综合防尘新方法有效覆盖了产尘区域,解决了8 m以上大采高工作面跑尘、漏尘的问题,保障了工作面生产安全,避免了煤尘对工人健康造成的危害,具有很好的应用推广价值。新方法的提出奠定了8 m以上大采高工作面综合防尘技术理论体系基础,对相关综合防尘技术的研究具有一定的借鉴意义。

2017 Vol. 45 (11): 51-55 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1577KB] ( 106 )
56 毕伟,穆润青,张建军
8 m大采高综采工作面大块煤破碎关键技术与装备

为解决大采高工作面片帮大块煤经常堵塞输送机机头卸载点和转载机入口的问题,提出了片帮大块煤破碎综合配套技术,以金鸡滩煤矿108工作面为研究对象,分析了片帮煤造成煤流拥堵的原因及最易堵煤的位置,设计了挡板内式、挡板外式2种配套方案,适应不同工况环境下成套设备的配套;研制了集电动机、NGW减速器、截齿于一体的大块煤破碎装置,液压缸驱动调高,采用机械、电器、液压3种过载保护方式,使得设备具有较高的安全性;分析研究了截齿布置方式,给出了截线距计算方法,保证了较低的截割能耗。现场应用表明,工作面经过周期来压及采高变化,不同块度的片帮煤均能很好地破碎成可卸载的小块煤,破碎过程连续、可靠,不需要人工干预。

2017 Vol. 45 (11): 56-62 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1851KB] ( 101 )
63 韩会军,曾明胜,宋智鹰,闫跃
8.2 m大采高液压支架设计配套关键技术研究

为完善一次采全厚成套装备技术,提高特厚煤层开采效率,在总结国内外综采装备使用经验基础上,研制出适用于82 m工作面的超大采高液压支架,针对支架稳定性、防片帮措施、抗冲击性能、过渡配套方式及所使用材料的焊接性能等关键技术进行了研究,分析了支架失稳角度及销孔配合对支架稳定性的影响,开发了支架三级协动护帮装置,发明了大缸径能量耗散抗冲击立柱,完成了新型拼装式锻造柱窝设计,解决了35 m大梯度过渡配套难题,研发了Q890新材料及其焊接工艺,在此基础上,解决了超大采高液压支架大尺度高动压敏感结构稳定性和可靠性难题,实现了液压支架轻量化设计,有效提高了煤炭回采率。

2017 Vol. 45 (11): 63-68 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1502KB] ( 91 )
青年博士学术专栏
69 朱世彬,王晓东,许刚刚,武博强,袁克阔
煤矿采空区充填高浓度胶结材料流变特性试验研究

为保证高浓度胶结材料顺利输送到采空区,并控制其堆积效果,选取水泥和粉煤灰为胶结材料,风积砂为骨料,对不同胶结材料配比下高浓度充填浆液流变特性的影响规律进行研究。结果表明:浆液浓度82%,胶骨比1∶5时,浆液的剪切应力、黏度和触变性随粉煤灰占比增大而减小。浆液浓度82%,胶结材料中水泥和粉煤灰比1∶3时,浆液的剪切应力和黏度均较小,触变性随浆体中骨料占比的减小而减小。胶骨比1∶3,胶结材料中水泥和粉煤灰比1∶3时,浆液的剪切应力、黏度和触变性随浆体浓度减小而减小。流动性好且触变性小的浆液材料有利于高浓度充填浆液泵送,即所选浆液需浓度和胶骨比相对较小,粉煤灰含量相对较大,此时浆液的剪切应力和黏度均较小,浆液的流动性较好,触变性较差。

2017 Vol. 45 (11): 69-73,100 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 1260KB] ( 145 )
74 刘鹏亮
胶结充填体水化温度场特征及对煤自燃特性的影响

为了防止胶结充填开采中充填体凝固过程放热引起相邻煤体自燃风险,分别进行了井下充填体温度场实测和煤自燃指标气体试验。在风积砂似膏体连采充填工作面支巷1 386 m3充填体内部、与外部交界面及相邻煤体不同位置设置了16个测点,进行了为期50 d的充填体水化温度场监测,结果表明:温度变化分为“快速上升”、“较快下降”和“缓慢下降”3个阶段,94~98 h内部温度达到峰值63.5~64.4 ℃,水化温度持续时间约30 d;相邻煤体受水化热影响深度约0.5 m。实验室自燃指标气体(CO、C2H4和C3H8)试验表明,受充填体水化热影响的煤样指标气体生成的初始温度低于常规煤样,且相同温度下前者指标气体浓度大于后者,表明前者更容易自燃。研究表明胶结充填采空区煤体自燃风险不容忽视。

2017 Vol. 45 (11): 74-80 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 1547KB] ( 108 )
采矿与井巷工程
81 江玉生,刘颖超,刘波,江华,王义鑫,高雷
补连塔煤矿不同深度岩石磨蚀性试验研究

在神东补连塔煤矿斜井TBM掘进段不同埋深围岩进行了岩石成分分析和磨蚀性试验,采用线激光超高速轮廓扫描仪对磨蚀性试验的岩石划痕进行三维扫描分析,并基于磨蚀性试验结果,分析了岩石磨蚀指数CAI与TBM刀具磨损的关系。结果发现:CAI与等效石英含量相关性最强,等效石英含量越大,CAI越大,划痕深度变小,成层状细砂岩的裂纹延伸扩展最明显;钢针划过粉砂岩、中砂岩、细砂岩展现3种不同破坏方式,分别为细颗粒磨蚀、粗颗粒磨蚀、倾斜磨蚀;刀具磨损与岩石CAI值呈一定相关性,CAI值越大,钢针磨蚀越大,刀具磨损也越大,刀具磨损与钢针划过岩石的磨损破坏形式具有一致性。实际工程中可根据钢针磨损形式预测刀具磨损,改进刀刃形式,减少刀具消耗,带来经济效益。

2017 Vol. 45 (11): 81-84 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1733KB] ( 86 )
88 张天军,董晓刚,潘红宇,张磊
基于散斑点数的松软型煤单轴压缩损伤演化研究

为定量分析松软煤样在压缩过程中的损伤演化特性,利用数字图像相关方法对正方体型煤试样单轴压缩试验过程中采集的表面数字图像进行处理分析,对比分析不同煤样的损伤演化特性,提出了以散斑点数为基准量的散斑损伤变量DI,分阶段探究了煤样的损伤特性,并与面积损伤变量DS值进行比较。结果表明:在应变相等的情况下,依据VIC系统所得到的散斑损伤变量比面积损伤变量大,对于损伤边界和微损伤能够更加细致和具体的描述;强度不同的煤样其加载曲线虽有所差异,但具有相似的规律;煤样强度越高,损伤变量越小,反之越大;散斑损伤变量DI曲线与加载曲线存在相互对应的关系,能够反映煤样经历的损伤孕育、损伤萌生、损伤发展、损伤增长至完全破损全过程,散斑损伤变量DI曲线上C1点可以作为煤样在压缩过程中由弹性到塑性的标志,散斑损伤变量可以描述煤样损伤演化的规律。

2017 Vol. 45 (11): 88-94 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 2577KB] ( 89 )
95 李江华,许延春,姜鹏,廉玉广,牟义
巨厚松散层薄基岩工作面覆岩载荷传递特征研究

基于华北部分矿区巨厚松散层、薄基岩工作面突水溃砂和压架事故的特点,为对赵固矿区覆岩采动破坏的“两带”高度预计、水害预测预报及支架选型的确定提供依据,运用关键层理论建立了硬岩复合破断上覆岩层载荷传递力学模型,推导出复合硬岩及上覆岩层载荷传递系数;根据研究区地质特征建立了地质力学模型,通过数值分析研究了薄基岩工作面开采覆岩的载荷传递效应和覆岩破坏特征。研究结果表明,厚松散层薄基岩工作面硬岩复合破断时上部硬岩与上覆岩层载荷传递系数为024~030;煤层覆岩采动破坏后水平切面上呈“O—X”型破断;工作面覆岩破坏的垮采比为385,裂采比为12;岩层移动角约为70°;工作面两端采动裂隙成为突水溃砂的主要通道。

2017 Vol. 45 (11): 95-100 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1583KB] ( 111 )
101 宋卫华,赵辉,吴昕,史苗壮,赵春阳
预应力锚索腐蚀疲劳损伤对冲击地压防治影响研究

为了研究复杂动力环境及化学作用下受腐蚀疲劳损伤预应力锚索的安全可靠性,采用现场取样,选取不同腐蚀程度的预应力锚索观察其腐蚀状态,在实验室进行拉伸破坏试验,测得不同腐蚀程度下的锚索强度、拉伸值,并建立增量理论本构方程,结合腐蚀损伤模型,揭示塑性条件下瞬时应力锚索持续应变与损伤部位应力集中破坏过程。研究结果表明,锚索珠状腐蚀状态下索体周围地质动力作用最为剧烈;当预应力锚索腐蚀程度达到821%以上时,锚索脆性现象明显,此时锚索索体延展性极小,在巷道中后期锚索腐蚀使得拉伸能力减弱;深部矿井循环瞬时动力作用会使得锚索周围产生滑移带,增加锚索塑性拉伸值,该种应力状态下索体腐蚀比单一化学腐蚀程度更为剧烈,当腐蚀程度使得索体达到脆性状态时,锚索强度降低15%以上,拉伸值降低864%以上,锚索依靠伸缩吸能防冲效果会在支护中后期失效。

2017 Vol. 45 (11): 101-107 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1440KB] ( 98 )
108 汪平生,周国庆
基于孔扩张理论的裂隙岩体冻胀力特性研究

为了研究我国西部地区立井井筒建设采用冻结法施工的过程中,含裂隙岩体地层的冻结对冻结壁和井壁的安全与稳定的影响,基于岩土介质孔扩张理论,建立了裂隙岩体在冻结作用下冻胀力的平面应变力学模型,并将理论分析结果与已有研究结果和光弹模型试验进行对比分析。结果表明:裂隙岩体中冻胀力的理论计算主要取决于裂隙岩体、水冰介质的物理力学特性以及裂隙体积与水冰介质膨胀耦合关系;冻结过程中水冰介质的等效膨胀系数不同时,裂隙壁处产生的冻胀力以及裂隙岩体中径向应力的大小不同;通过对比分析,验证了作者求解方法的有效性,在光弹模型试验中显示出在距离裂隙较近的位置裂隙岩体中应力较大。

2017 Vol. 45 (11): 108-112 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1291KB] ( 96 )
113 郑凯歌,孙四清
煤油气共存巷道掘进对底板扰动效应模拟研究

针对煤油气共存巷道掘进过程中出现采空后形成扰动效应,诱导底板裂隙发育并沟通煤、油气储层,易造成煤、油气异常涌出等安全隐患。运用理论分析、数值模拟和工程验证相结合的研究方法,分析了煤、油气共存巷道掘进过程中底板围岩应力分布规律、位移变化及变形破坏特征。研究结果表明:在掘进扰动效应下,巷道底板岩体出现了原始应力区域、应力集中区域、卸压区域;随着掘进工作面的推进,破坏区域由初始的矩形变为M形分布,底板最大破坏深度为8 m;同时监测深度,随掘进工作面推进,卸压程度呈现“先增大-后增大缓慢-稳定”的趋势变化,巷道底板出现底鼓,底鼓量最大为570 mm;同一掘进阶段下,随着监测深度的增加,底板最大垂直应力和变形量逐渐降低;卸压程度和变形最大区域出现在掘进巷道中部,且呈现耦合关系,通过203掘进巷道瓦斯异常涌出数据收集和对含气层探测,验证了模拟结果的合理性,为后期底板瓦斯抽采钻孔布置及瓦斯异常涌出的防治提供决策。

2017 Vol. 45 (11): 113-118 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2051KB] ( 105 )
安全技术及工程
119 王杰,郑林江
煤矿粉尘职业危害监测技术及其发展趋势

为有效预防煤矿粉尘职业危害,以煤矿粉尘特别是呼吸性粉尘浓度检测技术为研究对象,探讨了呼吸性粉尘颗粒物国内外分离技术和标准、分析了目前环境总粉尘浓度连续监测技术和个体呼吸性粉尘浓度监测技术,针对国内外环境呼吸性粉尘浓度连续监测技术方面尚处空白的现状,提出了开展环境呼吸性粉尘在线连续监测及个体监测技术研究的基本思路,阐述了煤矿粉尘职业危害监测预警技术的发展趋势,以及构建煤矿粉尘职业危害监测预警平台的架构模式。研究结果表明:满足“BMRC”分离曲线的分离器是实现呼吸性粉尘颗粒物浓度检测的前提,激光散射法、微量振荡天平法等是主要手段,只有建立起基于网络化大数据支撑的新型职业危害预警指标体系和预警模型,才能真正实现煤矿粉尘职业危害有效预测,提高监管水平。

2017 Vol. 45 (11): 119-125 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1238KB] ( 113 )
126 陈亮,樊少武,李海涛,张浪,程志恒
煤体孔隙结构特征及其对含气性的影响

为了掌握离柳矿区煤体孔隙结构对含气性的影响,基于压汞和液氮吸附试验对区内煤体孔隙结构的全孔径分布特征进行定量分析,并对孔隙结构表征参数与煤体吸附常数、渗透率进行线性拟合,结合理论分析阐明了孔隙结构对煤体含气性的影响,结果表明:微孔、过渡孔对煤体孔隙体积贡献率分别约为43%、44%,中孔、大孔的贡献率相对较低;微孔对孔隙比表面积贡献率高达71%,其次为过渡孔约27%,大孔仅占002%。微孔比表面积与瓦斯极限吸附量满足指数函数关系,且在煤体比表面积构成中占主导地位,控制着煤体的吸附气含量。中孔、大孔在孔隙体积方面贡献率仅为13%,对煤体游离气含量影响较弱,却与煤体渗透率存在一定正相关性,可作为游离气的渗流通道和存储空间。

2017 Vol. 45 (11): 126-132 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 3275KB] ( 102 )
133 乔伟
软、硬煤结构特征与吸附特性研究

为了研究不同软、硬煤层瓦斯含量与孔隙结构的关系,以山西沁水煤田余梧矿区3号煤层为研究对象,采用等温吸附试验分析了不同软、硬煤的瓦斯吸附特性;通过低压液氮吸附试验研究了不同软、硬煤的孔隙结构特征,并从煤的微观孔隙结构角度分析了不同软、硬煤的瓦斯吸附控制机理。研究结果表明:不同软、硬煤样的瓦斯吸附能力差异明显,瓦斯吸附能力随煤体破坏程度的增加而增大;温度对不同软、硬煤瓦斯吸附能力有重要影响,在相同的吸附压力下,瓦斯吸附量与温度呈负相关,煤体瓦斯吸附能力随温度升高而减弱;从原生煤到糜棱煤,随煤体破坏程度的增加,煤孔径减小,孔比表面积增加,孔隙结构趋于复杂化。余梧矿区构造煤发育,煤中复杂孔隙结构使得煤储层含有大量瓦斯,但由于构造应力作用,软煤渗透性低,影响煤层气开发。

2017 Vol. 45 (11): 133-137,125 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 1226KB] ( 85 )
138 罗朝义,江泽标,郑昌盛,田世祥,李波波,张海清
CO2相变致裂技术在顺煤层钻孔增透中的应用

为了提高喀斯特地质条件下松软低透高瓦斯煤层的瓦斯抽采效果,以贵州绿塘煤矿为研究对象,提出了煤层CO2相变致裂顺层钻孔卸压增透技术,分析了CO2致裂瞬间气体尖劈作用下煤体的破坏特点、裂隙的失稳扩散特点及高压波劈裂机理。CO2致裂顺层钻孔增透试验结果表明:CO2致裂顺层钻孔技术增透效果明显,该区域致裂后煤层透气性提高5倍,衰减性系数降低了53.6%;瓦斯抽采浓度增大3倍,平均抽采瓦斯体积分数约为70%,在抽采时间相同的情况下煤层残余瓦斯含量显著降低,抽采率约为55%,该煤矿6中煤层原来抽采达标周期为6~12 个月,致裂后抽采达标周期为1~2 个月;整体抽采效率提高了6倍,抽采达标周期大幅缩短。

2017 Vol. 45 (11): 138-143 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1231KB] ( 93 )
144 程虹铭,韩颖,乔元栋,董川龙
低渗煤层顺层钻孔塌堵孔修复增透技术研究

为实现顺层瓦斯抽采钻孔塌堵孔有效再利用,从空间、时间2个层面分析得出:抽采过程中钻孔周围煤体塑性区、煤体流变性及抽采负压对钻孔塌堵孔影响较为严重。借鉴穿层钻孔塌堵孔修复技术,以水射流为动力,以冲开塌堵孔段、击落塑性区煤体、冲出孔内破落煤体为目的,制定顺层钻孔塌堵孔修复增透技术;现场试验表明:顺层钻孔修复增透后,瓦斯抽采效果改善明显,抽采浓度平均升高1.4~5.0倍,抽采混合流量平均升高12~35倍;纯瓦斯抽采流量平均升高1.2~10.0倍;顺层钻孔塌堵孔修复增透技术除受修复增透工艺影响,还受钻孔倾角、封孔等影响。

2017 Vol. 45 (11): 144-148,160 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 1458KB] ( 95 )
149 杨建蒙,吕美娟,邢飞,李斌,张炳东,刘哲
基于热线法的松散煤体导热系数测量及数值模拟研究

针对热线法数据处理只能得到导热系数,而无法掌握松散煤体温度场分布的现状,在试验的基础上采用Fluent数值模拟方法对试样筒中2种不同粒径煤样的温度分布情况进行研究。结果表明:通过温度场分布图可以判断热线与松散煤体热量传递所处阶段,结合试验测量数据较为准确地得出导热系数;松散煤体导热系数较小,温度传递范围较小,适宜选用小尺寸的试验装置进行试验。数值模拟结合热线法可以在得出导热系数的同时了解温度的分布情况,对试验数据的精准拟合和试验装置尺寸设计具有参考意义。

2017 Vol. 45 (11): 149-154 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1278KB] ( 80 )
机电与自动化
155 陈庆光,郭自超,王默晗
FBCDZ-10-No36型通风机进气风道气流稳定性分析

根据某矿压入式轴流主通风机在进气风道入口安装片式消声器,在运行1个月后,第1级部分叶片表面出现裂纹的情况,探讨了影响叶轮入口气流不稳定的主要因素,据此对吸声片尾部和进气风道结构进行了改进,并对改进前后风道内的流场进行数值模拟。结果表明:进气风道入口安装消声器后,在吸声片尾迹中卡门涡街阵列、弯曲风道内流动和风道拐弯处分离流动的共同作用下,叶轮入口截面主流速度分布不均匀程度增强、截面气流压力脉动明显加剧,成为引起叶片疲劳破坏的主要原因;结构改进显著提高了风道内以及叶轮入口截面气流的均匀性和稳定性,从而保证了叶片工作的安全性。

2017 Vol. 45 (11): 155-160 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 2449KB] ( 89 )
161 王博,刘志强,杜健民,王帅,范浩
双平台大型立井凿井井架设计方法

根据多年来我国立井凿井井架的设计实践,采用空间有限元分析方法进行了新型双平台立井凿井井架研发,系统分析了井架主体结构选型、施工荷载计算和结构验算等内容。研发的双平台系列凿井井架可满足最大净直径12 m、深度1 200 m条件的立井井筒施工,最多可同时布置4套提升装置,极限悬吊荷重10 000 kN以上。新型双平台凿井井架已在我国大海则煤矿1号副井(井筒直径10 m、深度660 m)井筒工程中应用,采用上层提升平台与下层悬吊平台结构形式,设备布置空间更大、布置方式更加灵活;同时有效降低了井架重心高度,有利于整体稳定。新型双平台井架在大海则煤矿1号副井的成功应用,验证了井架设计方法的正确性。

2017 Vol. 45 (11): 161-167 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 1568KB] ( 92 )
168 方俊
矿用有线地质导向随钻测量装置及钻进技术

针对当前煤矿井下定向钻进技术与仪器无法判识地层,且钻进效率和煤层钻遇率低等不足,以煤系的自然伽马为地层识别依据,通过自然伽马测量技术、信号有线传输技术和信号解调技术等手段,研制了基于自然成功的矿用有线地质导向随钻测量装置,并配套开发了地质导向钻进技术工艺,该装置在2个煤矿进行了试验。试验结果表明:煤系的自然伽马可用于评估钻头位置的地层信息,结合钻孔轨迹参数测量,控制钻孔沿着预定方向在目的地层中延深,降低了分支孔施工数量,为提高煤层钻遇率、探明矿区地层地质信息、保障钻探施工安全及提高钻探施工效率提供了有效手段。

2017 Vol. 45 (11): 168-173 [摘要] ( 27 ) [HTML 1KB] [PDF 1252KB] ( 97 )
174 贾嘉,王义亮,杨兆建,徐婵
截割角和截割线速度对镐型截齿截割性能的影响

为深入研究截割角和截割线速度对截镐型齿截割性能的影响,运用PFC3D离散元软件建立镐型截齿与煤壁模型,将切削厚度恒定为10 mm,截割距离为20 mm,对不同截割角与截割线速度进行直线截割仿真,对煤壁内部的微破坏、截齿载荷以及截割比能耗进行分析。结果表明,截割线速度越大,对煤体的剪切破坏越明显,截割角影响煤壁微破坏程度与裂纹扩展方向;随着截割线速度的增大,截割阻力均值与截割比能耗均呈先减小后增大的趋势;截割角为40°时截割阻力均值明显较大,但截割比能耗较小,与50°接近;截割角为55°时截割阻力均值较小,但截割比能耗明显较大,截割效率低。综合考虑,截割线速度应取3~4 m/s,截割角应取45°~50°为宜。

2017 Vol. 45 (11): 174-179 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1506KB] ( 83 )
地质与测量
180 赵欣,程爱国,潘海洋,陈美英,孙杰,唐朝苗
煤炭资源勘查过程中煤层气资源评价技术研究

基于对我国煤炭勘查过程中煤层气资源评价现状和存在问题的分析,总结提出了煤炭勘查过程中,对煤层气资源勘查在工作程度、工程布置、控制程度、资源量/储量估算及报告编制等方面的评价程度和要求,并重点对煤炭与煤层气资源勘查相似的钻井、测井、含气量测试方法进行对比,提出了具体技术要求。结果表明:在煤炭勘查过程中钻探的煤层气井应执行煤层气相关的钻井作业规范,煤炭与煤层气的测井方法相似,但煤炭使用的小口径测井仪应用在煤层气测井时应进行井径校正;瓦斯含量和煤层气含量测试方法在采样方法、采样与装样时间、煤样完整性等方面存在差异,建议煤炭勘查过程中采取绳索取心,并按照煤层气含量测定方法进行煤层瓦斯测试,以提高精度。

2017 Vol. 45 (11): 180-186,198 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1249KB] ( 99 )
187 焦阳,卫金善,李梓毓,窦文武
槽波反射法在断层探测中的应用研究

断层构造是影响矿井采掘衔接和安全生产的重要因素之一,为了提前查明断层的赋存特征,避免回采和掘进过程中无计划揭露断层构造带来的人员伤亡和财产损失,选择赵庄二矿2301工作面为试验现场,展开槽波地震反射法勘探,通过探采结果对比,研究了该方法对断层构造精确探查的有效性。研究结果表明:以探测区域870 m/s的槽波速度进行分析和计算, 槽波反射法探测出采面内存在一走向为南西向,延伸长度约207 m的反射界面,震相十分清晰,推断为断层构造,经过巷道掘进和工作面回采揭露,有效验证了该断层的存在,且走向近乎一致,位置偏差不大于10 m,因此,槽波地震反射法勘探对断层构造的探测效果良好,能够有效指导矿井的安全生产。

2017 Vol. 45 (11): 187-191 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1842KB] ( 88 )
192 刘光伟,宋佳琛,白润才,李鹏
基于C-F方法三维地质模型精度评价研究

为解决三维地质模型不确定性问题突出、精度难以评价的难题,分析了三维建模过程中误差来源,提出采用C-F方法对三维地质模型各阶段不确定性进行统一度量,以实现三维地质模型精度有效评价。以扎哈淖尔露天矿为工程实例,构建了扎哈淖尔露天矿三维地质模型精度评价体系,以解析法和模糊评价法确定了各证据的可信度,以简单有效的AHP方法确定了各证据权重,经证据的合成与传递,有效地实现三维地质模型精度定量化评价,最终确定了扎哈淖尔露天矿三维地质模型的可信度为0783。经实际采动量核算,验证了该方法的可行性,提高了模型实际应用价值。

2017 Vol. 45 (11): 192-198 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1280KB] ( 84 )
199 王猛,殷博超,张凯歌,兰天伟,邱占伟,孙尚旭
基于ARIMA乘积季节模型的矿井涌水量预测研究

为提高煤矿对矿井涌水量预测的准确性,基于ARIMA季节乘积模型,提出一种新的矿井涌水量的预测方法,通过普通差分和季节差分保证矿井涌水量时间序列的平稳化,以模型定阶、参数估计和假设检验等过程建立合适的乘积季节模型ARIMA(2,1,1)(1,1,1)12。利用该模型对某煤矿2015年各月的涌水量进行预测,得出预测结果,并与实测数据进行了对比分析。研究结果表明:预测结果与实际数据最大误差为3.43%,最小误差仅为0.77%,与实测数据有较好的拟合,预测效果较好,能够很好地满足煤矿实际需求,验证了乘积季节模型可以对矿井涌水量的能做出准确预测,为煤矿生产中涌水量预报和水害防治工作提供了新的思路。

2017 Vol. 45 (11): 199-204 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1293KB] ( 95 )
煤炭加工与环保
205 毛维东,周如禄,郭中权
煤矿矿井水零排放处理技术与应用

为了解决我国西部大型煤炭基地生产过程中面临的水资源紧缺及高矿化度矿井水零排放难题,对矿井水零排放工艺系统中的净化处理、深度处理、浓缩处理及蒸发结晶处理单元进行了技术研究与工程应用。结果表明,对于溶解性总固体TDS质量浓度≤5 000 mg/L的矿井水净化处理采用混凝澄清过滤工艺,深度处理采用苦咸水反渗透(BWRO)工艺,浓缩处理采用BWRO+碟管反渗透(DTRO)工艺,蒸发结晶采用多效蒸发(MED)工艺具有优势。采用上述工艺系统处理TDS质量浓度为1 900~ 2 400 mg/L的矿井水,浓缩处理后高浓盐水TDS质量浓度≥90 000 mg/L,系统回收率≥96.5%,最终出水TDS质量浓度≤300 mg/L;蒸发结晶单元分离出硫酸钠和氯化钠,满足工业盐标准要求,可作为化工原料利用;全系统综合运行费用约为789元/t水;整个工艺运行稳定,对水质变化耐受性好,处理效果佳。

2017 Vol. 45 (11): 205-210 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 1251KB] ( 90 )
211 张秀梅,郭德,李志强
无压给料三产品重介质旋流器结构参数的计算

针对当前无压给料三产品重介质旋流器的结构参数主要依靠实践经验确定,精确性不足的现状,在分析入选原煤性质的基础上,对各产品的数质量进行预测,考虑了各产品的密度组成、体积组成和悬浮液的体积分配情况,结合试验和在实践中总结出的相关数学公式,通过计算确定出了无压给料三产品重介质旋流器的结构参数。将此计算结果与在经验总结基础上得出的无压给料三产品重介质旋流器结构参数确定方法进行了对比,发现二段旋流器溢流口直径按(0.20~0.45)do1(do1为一段旋流器溢流口直径)计算更为准确,为无压给料三产品重介质旋流器结构参数的确定及设备选型提供了新思路。

2017 Vol. 45 (11): 211-214,179 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1190KB] ( 86 )
215 常赵刚,王利斌,裴贤丰,周琦,张飏,白效言,王岩,王之正
蒙东褐煤固定床热解破碎粉化特性研究
为了研究褐煤在热解条件下的粉化特性,利用微型固定床热解反应器对粒径0.5~6.0 mm的内蒙古锡林浩特和宝日希勒2种褐煤的热解破碎粉化进行试验研究,考察了粒径、加热终温、加热速率及固体停留时间对褐煤热解粉化程度的影响。试验结果表明:随着2种褐煤入料粒级降低,对应半焦的原粒级及低一级粒级的总质量分数分别由89.62%增加至99.49%,由77.11%增加至99.53%,2种褐煤的粉化程度随着粒径的增大、加热终温的升高、加热速率的增大及停留时间的延长而加剧。通过灰色关联分析得出升温速率和粒径是影响褐煤粉化的主要因素,而停留时间对其影响较小。建立了粉化前后颗粒群平均粒径的关联模型,经验证能够较好地对颗粒粉化的粒度变化进行预测。
2017 Vol. 45 (11): 215-221 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 1391KB] ( 85 )
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