带压开采煤层底板破坏特征与突水风险分析

为弄清采动条件下底板破坏特征,以辛置煤矿10409工作面为研究对象,采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,详细研究采动过程中底板应力场分布特征和底板岩层破坏损伤演化特征,结合现场压水试验验证结果,得出采动条件下煤层底板岩层中支承压力分布规律和底板岩层破坏范围,并分析评价矿井10号煤层带压开采风险。结果表明：采动影响下煤层底板呈现拉张破坏-压实-拉张破坏的周期性破坏,影响底板破坏深度的工作面长度临界值约为160 m;底板岩层最大破坏深度可达9.50 m,底板突水最大风险点滞后工作面2.6 m左右。     

高突危险水体上煤层开采下限及带压开采分区研究

确定开采下限,对高突危险水体上煤层的安全开采具有十分重要的意义。本文基于肥城矿区地质条件,用FLAC3D软件,对开采煤层下伏岩层移动变形规律进行了深入研究,对煤层底板三带范围进行了初步确定;同时,从不同方面对煤层底板开采破坏深度进行了理论计算。根据突水系数、导水带深度、导升带高度和经验数据,确定出正常条件下带压开采的下限(-720m)以及安全措施条件下(底板预注浆处理等)的带压开采下限(-850m)。依据开采下限,对带压开采条件进行了分析,初步形成了高突危险水体上煤层带压开采的分区分类,划分了"开采相对安全区(安全开采区、次安全开采区、条件安全开采区)、深部突水危险区、构造突水危险区",为确定安全开采技术与工艺奠定了理论基础。     

煤层底板隐伏陷落柱突水预测及采前注浆加固评价

华北型煤矿开采受底板岩溶强含水层威胁,通过对淮南张集矿1613A工作面底板隐伏岩溶陷落柱突水危险性分析,采用FLAC3D方法模拟采动条件下岩溶陷落柱活化过程。模拟结果显示:陷落柱上方的煤层底板岩体发生塑性变形,导致陷落柱附近岩体失稳,陷落柱筒壁产生局部剪切破坏,剪切破坏位置易导致奥灰强含水层发生陷落柱突水。采前采用注浆方法改造岩溶陷落柱,对改造后的陷落柱进行数值模拟分析,其内部注浆岩体对陷落柱筒壁具有良好的支撑作用,抑制了筒壁位置剪切破坏的发生,使有效隔水层厚度增大,降低了陷落柱突水的危险性。     

司马矿薄基岩区顶板突水危险性数值模拟研究

为了研究司马矿薄基岩厚松散层特殊地质条件下的采动覆岩破坏、渗流等特性,评价发生顶板突水的危险性,建立了薄基岩厚松散层开采条件下的数值计算模型。采用理论分析、数值模拟和现场工程相结合的方法,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics,研究了随工作面推进采场的变形、破坏、渗流和应力变化规律。结果表明:在司马矿薄基岩厚松散层这一特定的地质条件下,工作面涌水量、顶板破坏高度均随工作面推进不断增加并最终趋于稳定,当工作面推进到200 m时,顶板破坏高度约为80 m,工作面涌水量约为33 m3/min,与实测数据基本吻合;随着开采的进行,在采空区后方煤层的支承压力峰值位置几乎不变,在工作面前方形成的支承压力峰值极值点位置不断前移,应力集中系数约为2.0;在司马矿薄基岩区,在煤层采厚为5 m、基岩厚度为40 m的条件下,若顶板黏土层厚度大于40 m,将不会发生顶板突水。     

华北型煤田岩溶陷落柱导水性研究

岩溶陷落柱在华北型煤田广泛发育和分布。本文研究了华北型煤田岩溶陷落柱的导水类型、导水条件及突水规律特点。这对华北型煤田煤矿安全生产有重要意义。     

奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术

针对邯邢矿区煤层开采受奥灰承压水威胁现状及保水开采的现状,提出了区域超前治理防治水技术,以超前主动、区域治理、全面改造、带压开采的指导原则,该技术在邯邢奥灰含水层顶部区域超前注浆改造中进行应用,以孔口终压1.0 MPa、稳定30 min以上和单孔吸浆量小于50 L/min作为注浆结束标准。试验过程中采用地面多分支水平钻进关键技术,最终达到注浆和加固煤层地板含水层及奥灰顶部改造含水层目的,大幅降低煤层底板突水可能性,安全开采出受承压水威胁的煤炭资源。     

煤层开采诱发地表裂缝成因数值模拟

为了通过分析地表裂缝的成因来研究采空区上覆火成岩非连续性破坏,根据现场数据和概率积分法确定了研究的岩土体范围,使用FLAC3D进行建模。布置6条监测线进行地表沉降监测,并与模拟得到的地表裂缝出现位置的变形数据进行对比,模拟得到了岩体塑性区的分布。结果表明,造成地表裂缝的主要原因是采空区上覆岩层中存在产状不均匀的火成岩,且位于松散层下方。采空区影响向上发展至火成岩底部造成火成岩边缘区域局部悬空。当采空区面积足够大时,火成岩上部拉应力超过其抗拉强度,进而发生断裂,松散层陷落导致地表裂缝。     

基于数值模拟的扇形水幕阻挡稀释氯气扩散的影响因素研究

在重气储罐区内设置喷射水幕是安全隔离、控制重气泄漏后扩散和减缓事故后果严重程度的重要措施之一。为此,利用计算流体力学(CFD)模型建立了氯气泄漏扩散模型,对扇形水幕阻挡稀释氯气扩散过程进行了动态模拟及影响因素分析,分别模拟了外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量和水幕液滴直径等参数对氯气泄漏后扩散的影响情况。结果表明,合理地设置水幕能够有效阻挡氯气的扩散、缩短危险距离和减少危害面积。在大气稳定的情况下,外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量等参数、水幕液滴直径是影响扇形水幕阻挡氯气扩散的重要因素。其中水幕距泄漏源距离和水幕流量2个因素对阻挡稀释效果的影响比较明显,水幕距泄漏源的距离越小,水幕的动量越大,阻挡稀释效果越好,水幕流量适中时效果最好,流量过大或过小阻挡稀释效果都要差一些。因此,合理设置相关参数有利于提高水幕性能,更加有效地降低氯气泄漏事故的后果。     

基于渗流-损伤耦合分析的煤层底板突水过程的数值模拟

根据杨村煤矿17煤的水文地质条件,应用岩石破裂过程渗流与损伤耦合作用分析系统(F-RFPA2D),建立了薄煤层底板采动破坏的数值模型,模拟了采动条件下底板的破断失稳、裂隙扩展和突水过程,探讨了底板突水的机理,并对底板的易发生突水部位进行了预测.结果表明,当回采工作面推进到26.8 m时,在隔水层的两个约束端产生拉剪破坏区.该破坏区和12灰贯通形成突水通道.突水后通道处的位移、流量都发生突变增加,并形成连锁反应,使12灰到13灰及其之间的隔水层依次发生破坏,最大破坏深度达13 m,但未勾通和14灰、奥灰之间的水力联系,在底板没有断层的地段不会发生突水.两个工作面采前和采后压水试验结果表明,采动后底板破坏深度在9.96～12.35 m,同数值模拟结果相吻合.     

高架卷烟立体仓库机械排烟影响因素数值模拟研究

以某卷烟配送中心高架立体仓库的实际尺寸建立几何模型,运用火灾场模拟软件（FDS）对该仓库在无水喷淋作用下的机械排烟进行数值模拟,探讨排烟口位置、数量、风速以及排烟量对高架立体仓库机械排烟效果的影响。模拟结果表明：顶棚排烟优于侧壁排烟;在排烟量一定的情况下增加排烟口数量排烟效果较好;排烟口风速应根据建筑的具体参数进行合理设置;按照NFPA92B设置的排烟量可将仓库烟层控制在距地面3m处,满足仓库人员疏散和火灾救援要求。     

某铅锌矿采空区处理与卸压开采方案研究

900m水平似上采空区回收矿柱及900 m水平以下的巷道掘进或矿房开采时经常发生岩爆.为了安全、经济地回收矿柱并实施深部开采,在数值分析的基础上,提出了一种急倾斜矿体的采空区处理与卸压开采方法,并用ANSYS数值模拟确定了采空区处理及卸压开采的施工参数.结果表明,在下盘脉外巷道离采空区边缘的水平距离为10 m时,上盘脉外巷道离采空区边缘的水平距离取20m;在巷道底板隔断开采的深度不超过20m;必须从上、下盘脉外巷道同时向采空区围岩实施V型松动爆破;可只在上盘巷道底板进行隔断开采.该采空区处理与卸压开采方法技术可行、经济合理、简便适用.当地表允许岩体移动时这种新方法适合急倾斜、厚度大矿体的采空区处理与卸压开采;如果地表不许可岩体移动,使用这种新方法是不合适的.该采空区处理与卸压开采方法是一种采空区处理的联合法.它能够用工程爆破这一种手段实现采空区处理、应力向有利于安全生产的方向转移等多种目的.     

跨界水污染事故危害实时判定方法的建立

针对跨界突发性水污染事故特点,基于压力-状态-响应模型(PSR)构建了跨界水污染事故预警指标体系,并确立了各指标的分级标准。采用AHP(层次分析法)-综合模糊评价法建立了事故危害实时判定方法。     

上海松江泖港地区蟹种养殖对水质的影响

为了探究河蟹蟹种养殖模式对水环境的影响,于2012年6-10月,对上海松江泖港地区蟹种池塘和水源的水质进行了监测.结果表明,在整个养殖周期中,蟹种池CODMn不断增长,水源水的变化趋势为先增后减.在多数时段,水源水亚硝酸盐质量浓度高于蟹种池,但6月26日蟹种池反而显著高于水源水(p＜0.05).在整个监测过程中,水源水硝酸盐质量浓度均显著高于蟹种养殖池(p＜0.05).养殖前期,水源水磷酸盐质量浓度高于蟹种池;养殖后期蟹种池高于水源水,但均无显著差异(p＞0.05).台风过境后,水源水氨氮质量浓度达2.21 mg/L,磷酸盐质量浓度达0.467 mg/L,表明农田化肥水和地表径流可能是导致水源水体富营养化的重要原因.     

盐水层中注水促进超临界CO2溶解的数值模拟

采用数值模拟的方法,通过考察不同注水模式、注水速率、注水位置、盐度和孔隙度下CO_2的分布特性和溶解行为,系统地分析了注水对CO_2溶解的影响。结果表明,超临界态CO_2呈倒锥形分布于注入井附近的盐水层顶部,并随时间延长缓慢向外扩展。注水虽不明显改变CO_2的分布,但能促进CO_2的溶解,降低超临界态CO_2的量。增大注水速率、靠近盐水层顶部注水、在注CO_2的过程中同时注水均可有效提高CO_2的溶解率。在一定范围内,CO_2的溶解量随盐水盐度降低而提高,但几乎不随岩石孔隙度变化。研究表明,通过优化注水条件可以显著促进CO_2的溶解封存。     

贵州西部煤矿区不同类型河流沉积物重金属含量及生态风险评价

通过对典型煤矿区的河流表层沉积物进行调查与采样分析,探讨不同类型河流沉积物重金属质量比的变化及对水生态环境的影响。结果表明,受矸石堆场排水、矿井排水和洗煤排水的影响,煤矿区污染河流的沉积物可分为砂质沉积物、黄色泥质沉积物和黑色泥质沉积物。黄色泥质沉积物中Fe、Cd、Hg的平均质量比分别是黑色泥质沉积物的4.46倍、2.19倍、1.59倍,是砂质沉积物的2.36倍、2.43倍、1.59倍;而黄色泥质沉积物中Cr的平均质量比分别是黑色泥质沉积物和砂质沉积物的1.20倍和8.5%;黄色泥质沉积物中Pb、As的平均质量比分别是黑色泥质沉积物的22.62%和45.85%,是砂质沉积物的47.21%和88.84%。3种沉积物之间Fe和Pb的平均质量比差异较大,其次为Cd和As,再次为Hg、Zn、Mn。通过对沉积物重金属进行潜在生态风险指数(RI)分析、覆水释放与隆线溞生物毒性试验,发现3种沉积物重金属都具有很强的生态风险,其强度从大到小表现为黄色泥质沉积物、黑色泥质沉积物、砂质沉积物。     

毕机沟露天矿岩体力学参数折减系数的数值模拟确定

岩体力学参数是边坡设计、边坡稳定性研究的基本条件,力学参数选取正确与否直接影响模拟结果的准确性。现场试验获取岩体力学参数既昂贵又费时,一般借助室内岩石力学试验并进行参数折减得到岩体力学参数,但各方法折减系数差异较大。依据毕机沟露天矿边坡开挖现状,结合工勘的岩石质量指标RQD,在室内岩石物理力学性质试验的基础上,应用拉格朗日有限差分法(FLAC-3D),分别研究单一参数变化及正交变化的边坡稳定性。正交试验中以边坡水平位移为评价指标,选择围岩体3个基本力学参数弹性模量E、内摩擦角Φ、黏聚力C为试验因素,计算模拟各参数不同水平组合下的位移分布,通过极差分析和方差分析,得出各参数对水平位移的影响显著性。结合边坡的应力分布,从而综合确定该矿山的岩体力学参数折减系数。     

受限空间脉冲细水雾灭火数值模拟

为研究脉冲细水雾灭火效果和灭火机理,采用FDS软件对连续和脉冲细水雾熄灭受限空间油盘火进行了数值模拟。通过模拟和理论分析确定了脉冲细水雾周期为8 s开启、8 s暂停,并设置了冷却和窒息两种灭火条件,对两种细水雾熄灭不同尺寸的柴油池火进行了研究。结果表明:连续细水雾无法熄灭直径15 cm和20 cm的小尺寸油盘火,对直径25 cm中尺寸油盘火的灭火机理为冷却,对直径为30cm和35 cm大尺寸油盘火的灭火机理为窒息;脉冲细水雾能够熄灭不同尺寸的油盘火,且灭火效率高,火焰熄灭均发生在喷头暂停喷水期间,灭火机理为水雾蒸发稀释氧气而窒息。     

生物表面活性剂产生菌处理水体石油污染物的研究

为研究水体石油污染物的生物处理方法,通过富集培养、蓝色凝胶平板分离初筛、摇瓶复筛等方法从长期被石油污染的油泥中筛选生物表面活性剂产生菌.采用薄层层析显色法和红外光谱法鉴定该菌所产表面活性剂种类,测定表面活性剂的乳化性能、表面张力和临界胶束浓度等性能,并对菌株降解水体石油污染物的影响因素及效果进行了研究.结果表明,筛选出的生物表面活性剂高产菌株LJ2所产表面活性剂为糖脂,其乳化指数为33％,25℃下可将水的表面张力从71.14 mN/m降至27.22 mN/m,临界胶束质量浓度为5 mg/L;当表面活性剂水溶液质量浓度为100 mg/L时,其乳化指数可达50％.温度、降解时间以及NaCl质量分数对菌株LJ2处理水体石油污染效果影响很大.在34℃条件下处理5d,菌株LJ2对质量浓度为2 g/L的水体石油污染物的降解率高达99.5％.研究表明,生物表面活性剂产生菌L J2对水体石油污染物有良好的降解效果,而且该菌还对水体中较高浓度的NaCl有一定的耐受性.