乌达煤矿采空区煤自燃影响因素评价分析

应用层次分析理论,选择影响乌达煤矿采空区煤自然发火的主要因素即煤的自燃倾向性、煤层的赋存条件、开采技术水平等,进行分析计算。依据层次分析法确定了采空区煤自燃各影响因素的权重系数,并对其进行总排序,最后进行综合评定各采空区煤自燃影响因素。评定结果表明:煤自燃倾向性M、煤的硫含量L、回采工作面推进速度g、地质构造d等是影响采空区煤自燃的主要因素。为制定相应的开拓开采方案和有效的防火措施,提供了科学的理论依据和切合实际情况的评价方法。     

综合物探技术在老空区水害防治中的应用

老空区水害是影响我国矿山安全生产的重大灾害之一,通过应用综合物探技术查清老空区的开采规模、开采位置、空间形态及冒落、积水等情况,结合钻探揭露的空区和矿体赋存情况进行对比验证,表明高密度电阻率法和瞬变电磁法对采空区的探测具有较好的探测效果,能有效地对采空区的含水性进行探测与评价,防止重大突水事故的发生,为后期进行的开拓工程提供可靠的依据。     

突变级数法在采空区塌陷预测中的应用

基于突变级数理论,分析影响采空区稳定性的因素(包括采空区体积率、距地表的垂深、地质构造复杂程度、煤层倾角、覆盖层厚度、覆盖层类型等),研究采空区塌陷的预测方法.对各影响因素进行排序并确定各因素指标体系,得到各样本的突变级数,从而对采空区稳定性进行预测.实例验证表明,突变级数法的判断结果符合实际,与神经网络分级法的判断结果一致.可见,基于突变级数理论的采空区塌陷预测方法具有科学性和有效性.     

炮采放顶煤采空区自然发火的数值模拟应用

针对炮采放顶煤开采采空区容易发生自燃问题，基于漏风渗流方程、气体渗流一扩散-氧消耗方程，建立了采空区自然发火非稳定数值模型，采空区按非均质考虑，耗氧汇按煤矸氧化和瓦斯涌出稀释两方面综合考虑，用有限元数值方法联立求解模型。结合羊草沟矿实例，通过该矿自然发火后来的测试区的现场实测结果，拟合反演得到采空区煤的耗氧速度、瓦斯涌出强度和渗透特征参数，用确定的模型分析了前段出现自然发火的原因；描绘了炮采放顶煤开采时采空区冷却带、自燃带和窒息带等三带的形状，指出冒落压实的不均衡的非均质采空区，自燃点在偏人风一侧。用三带划分理论讨论了工作面参数（风量、推进度、控顶距）同自燃的量化关系，提出了从根本上预防采空区自然发火的途径与方法。     

基于偏序集的采空区塌陷危险性评价研究

针对采空区塌陷危险性评价方法中的赋权争议问题,基于偏序集理论提出偏序集评价模型。首先阐明评价指标并确定其分级标准;然后应用偏序集评价模型得到Hasse图,并通过图展现的层集信息判别采空区塌陷危险程度;最后应用该模型对大宝山矿11个采空区的塌陷程度进行判别,评价结果准确合理。研究结果表明:该模型避免了以往研究中的赋权争议问题,克服了样本量不足致使模型无法应用的问题,而且能够应用更多的赋权方法识别排序的稳定程度,体现出样本间的分层信息。     

立体抽采条件下高瓦斯采空区煤自燃危险性预测

为准确预测高瓦斯采空区煤自燃的状况,通过分析发现高抽巷是监测采空区遗煤自然发火的最有效地点。推算出采空区气体在高抽巷中所占的体积分数,进而确定采空区遗煤不同的燃烧阶段所对应的CO体积分数和CO指数。结果表明:当高抽巷中的CO体积分数Chdr CO<30×10-6或CO指数ICO<0.5%时,采空区的遗煤处于低温氧化阶段;当高抽巷中的CO体积分数Chdr CO≥30×10-6或CO指数ICO≥0.5%时,采空区遗煤进入自然发火危险阶段,此时必须采取措施控制采空区自燃氧化的进一步发展。对80501工作面的采空区煤自燃成功地进行预测预报,实现了安全生产。     

基于尺寸效应的采空区危险度RS-TOPSIS法辨识

为准确预测地下采空区危险性,选用采空区结构的跨度、暴露面积、高度、埋深、矿柱尺寸布置等5个采空区危险度结构尺寸影响因素作为评价指标,建立采空区危险度粗糙集-逼近理想解排序法(RS-TOPSIS)综合评价体系。基于粗糙集理论(RS)中的粗糙依赖度,通过计算评价指标与评价等级间的粗糙依赖度得到指标权重。以40个采空区探测系统(CMS)实测采空区作为评价对象,根据单指标分类区间下限构造5个不同等级的典型采空区,结合逼近理想解的排序法(TOPSIS),实现采空区危险度5级贴近度的分类,并辨识实测采空区危险度。研究结果表明,用为采空区群矿山建立的采空区危险度基于结构尺寸效应的RS-TOPSIS法,能够实现危险度5级分类辨识,辨识结果与采空区危险度数值分析结果吻合度为92.5%。     

晋牛矿1303综放面采空区注氮方案研究及数值模拟

为了合理设计采空区注氮防灭火方案，以晋牛煤矿1303综放工作面为研究对象，通过在采空区进、回风侧布置束管监测系统，连续测定采空区气体浓度变化，划分采空区自燃“三带”分布区域,并基于采空区自燃“三带”划分标准和数值模拟的方法，利用流体力学COMSOL计算软件，研究不同注氮量、注氮位置下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:注氮量和注氮位置参数的变化，对氧化自燃带上界限的影响并不显著，而对氧化自燃带的下界限影响比较显著；最合适的注氮位置应该在距离切顶线30 m左右，运用Origin软件得出注氮量与氧化自燃带宽度呈指数关系，由拟合式计算出最优注氮量为386 m3/h，此时氧化自燃带的宽度为31.5 m。     

空区处理与残矿回采对围岩及地表影响的数值模拟分析

为了提高矿山企业开采的生产效益及确保施工中设备人员的生命财产安全,采用现场声波测试试验与室内物理力学试验得出的力学参数,应用FLAC3D数值模拟软件,在空区顶板-矿柱体系简化为弹性矩形薄板-H-K体流变力学模型的基础上,分析空区处理与残矿回采对围岩及地表的影响规律。结果表明:矿区三中段充填回采过程中压应力最大值出现在Ⅲ-10开采之后,右帮壁形成了9. 8 MPa的压应力集中区;拉应力区域主要存在于充填体内,且大部分拉应力超过了充填体抗拉强度幅值0. 12 MPa;地表移动带范围内垂直方向位移保持在0～1 mm。实际施工中应采取加强充填体强度达0. 27 MPa以上或保留部分矿体支撑顶板等措施确保回采安全。     

空区隐患爆破治理方案及延期时间的数值模拟分析

为了防止矿山空区引起地表塌陷造成建构（筑）物的破坏以及降低矿柱塌落振动对井下开采的威胁,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,优选爆破治理方案和延期时间。根据炮孔布置和爆破参数,建立实际比例数值模型;在岩石物理力学指标测试的基础上,确定模型材料参数;采用LS-DYNA数值模拟软件,对比分析方案优劣以及确定爆破延期时间。研究结果表明:在满足空区隐患爆破治理效果的前提下,同一节点处A方案质点振速峰值为0.923 9 m/s小于B方案质点振速峰值1.225 3 m/s;而且当延期时间为100 ms时,通过模型垂直方向的位移云图可知岩石的破坏范围最大,塌落区域更加分散。现场应用结果显示空区隐患治理工程爆破效果良好,形成了隔离缓冲层,可以保证露天和井下的安全。