浅埋厚煤层回采巷道围岩破坏分析及支护优化

为解决神东矿区浅埋厚煤层回采巷道围岩变形量大、巷道维护效果不佳等问题,以神东矿区某矿105工作面胶运顺槽为工程实例,综合利用理论分析、数值模拟和现场实测方法,对巷道围岩破坏机制和围岩应力状态进行分析并对巷道支护方案进行优化。结果表明:巷道支护的主要对象是巷道塑性区内圈松散破碎煤岩体;巷道顶板、副帮、正帮松动破坏范围分别为3.42 m、1.51 m、1.36 m;巷道锚杆锚固段未全部处于深部稳定煤岩体中,锚杆锚固能力未得到充分发挥,是导致巷道围岩变形量大、锚固失效的根本原因。基于巷道围岩松动圈实测和数值分析结果,对巷道支护方案进行优化,现场应用表明,巷道支护方案优化后,锚杆支护作用得到充分发挥,巷道表面位移降幅明显,巷道维护效果得到明显改善。     

巷道围岩调热圈分布特性研究:以羊场湾煤矿为例

为了研究矿井巷道围岩温度场的分布情况，首先在羊场湾煤矿13采区回风下山937高程附近，利用深孔测温技术测定围岩温度，同时测定具有代表性的岩石热物性参数；然后利用COMSOL软件建立数值模型，模拟巷道围岩的温度场；最后通过改变通风时间和风流特性，分析其对该巷道调热圈温度场的影响。结果表明：通过深孔测温可知该巷道原始岩温为28.3℃,调热圈半径为32 m;通过数值模拟可知：其调热圈半径为30.9 m,与实测结果误差为3.4%。随着巷道通风时间的延长，围岩的扰动范围不断增加，围岩温度不断降低，且温度降低速率逐渐变缓；随着风流温度的降低，围岩温度也逐渐下降，且越靠近巷壁的围岩受风流温度的影响越明显；随着风流速度的增大，围岩温度会逐渐下降，当风速大于4 m/s时，围岩温度趋于稳定。     

深部矿井下高温硐室降温装备体系试验研究

深部矿井硐室高温是煤矿六大灾害之一,进行降温保证硐室设备安全运行对于煤矿安全生产具有重要意义。首先分析了煤矿硐室热量来源,建立基于常微分方程的数学和物理模拟模型,通过模型对煤矿硐室实施增大风速、降低入口温度降温措施进行效果分析。研究结果表明,硐室内温度场分布特征受风流场的影响,在连接处已形成涡流(高温区);硐室内温度随着入口风速的增大而降低,随着风流的增大而降低;将风速由原来的1.68 m~3/s增大到4.52 m~3/s,入口处温度由294.6 K降到291.4 K,能够明显改善降温效果,为矿井硐室降温提供了理论指导和技术支持。     

高温矿井掘进工作面冰块降温数值模拟研究*

为确定冰块在矿井高温掘进工作面降温中的设计参数,以大红山铜矿西矿段高温掘进工作面为对象,开展通风降温和冰块降温下掘进工作面温度场变化的数值模拟,分析冰块量、摆放方式对掘进巷道工作面附近温度场的影响。结果表明:与只采用通风降温方案相比,增加冰块的降温方案降温效果明显;当冰块摆放方式相同时,冰块量越多,有效制冷时间越长,但增加到一定程度时有效制冷时间基本不变;冰块摆放方式对降温效果有显著影响,在相同的冰块量及同一水平摆放方式下,冰块摆放高度与风筒齐平时的降温效果最佳;当冰块量及垂直摆放方式相同时,距掘进工作面越远,掘进工作面附近温度场温度的分布越均匀,制冷空间越大。     

基于微地震监测的华丰煤矿深孔爆破防冲技术

为提高深孔爆破措施对防治华丰煤矿冲击地压的有效性,采用微地震监测技术连续监测其1410工作面围岩破裂情况。根据采场附近岩层"破裂-应力"对应关系,得到工作面前方、侧向及垂直方向上的支承压力峰值区,由此确定深孔爆破卸压的具体参数。结果表明:卸压孔深40 m(倾向投影为4倍采高)时,爆破对煤岩的整体性破坏明显,煤岩体中积聚的弹性能得到释放。监测期间共释放能量9.47 MJ,高应力区向煤岩深部转移,采场附近形成一定的卸载区域,减弱或消除了煤岩体的冲击危险性。     

高温矿井多孔介质相变蓄热降温研究及设计

为了解决机械通风难以满足高温矿井降温需求的问题,提出由石蜡和膨胀石墨构成多孔介质相变蓄热模块来达到巷道降温效果的方法,基于Fluent模拟软件,对通风和相变蓄热联合降温多条件下巷道温度场进行数值模拟,确定相变蓄热模块的设计参数,最后对掘进巷道热环境进行模拟研究和方案设计。研究结果表明：相比于仅通风降温,联合降温效果明显;采用双侧布置相变模块降温效果明显优于单侧布置工况;随着风速逐渐递增,降温效果下降,且降温幅度减小;模块厚度分别为100,200 mm时降温效果基本一致,厚度300 mm时,巷道温度明显升高。     

煤岩体导热系数试验及单因子方差分析

为研究温度和含水量对煤、岩体导热系数的影响,采用激光闪射法测得8种煤、岩样品的导热特性参数;利用单因子方差分析方法对不同温度条件下的煤岩体导热系数测定结果进行比较分析,结果表明:煤岩体的导热系数随温度升高线性降低,随含水量增大而增大;岩石的导热系数大于煤体的导热系数,岩石的导热系数为1~5W/(m·K),煤的导热系数为0.1~0.5 W/(m·K);拟合得到不同煤体导热系数和温度的关系式,其拟合函数相关度在0.93左右,最大相对误差为2.18%。因此,可利用拟合函数和测试结果预测测试矿井的煤岩体导热系数。     

不同隔热材料下的深井巷道隔热降温模拟研究

为解决煤矿开采深度不断延伸带来的热害问题,揭示深井巷道温度场分布特征,选用5种矿用隔热材料开展深井巷道隔热降温模拟研究,分析不同厚度隔热层、不同围岩初始温度对围岩温度场、调热圈半径及巷内风流温度变化的影响,并探究隔热层附近围岩温度场的演变特征。结果表明：添加泡沫混凝土的材料隔热性能最佳,经济成本最低;隔热层选用导热系数较低的隔热材料有助于提高隔热层的隔热效果,5～10 cm为最佳隔热层厚度;温度场与围岩层、锚喷层、隔热层在空间上分布一致,隔热材料导热系数与巷道围岩的温度梯度呈负相关,隔热层厚度、原岩温度与巷道围岩温度梯度呈正相关,隔热材料、隔热层厚度和原岩温度对调热圈半径有一定程度的影响,相比无隔热层巷道,巷道隔热和降温效果显著。     

机械降温技术在煤矿的应用

我国是世界上第一产煤大国,也是高温热害矿井最多的国家。矿井热害不仅影响着井下作业人员的工作效率,影响矿山的经济效益,还严重地影响着井下的安全生产。 新汶矿业集团华丰煤矿就是一个饱受热害威胁的矿井。目前,华丰矿开采深度已达到一1100m,深部采区由于受围岩放热和采掘生产的影响,环境温度普遍较高,     

湘西金矿岩温变化规律的研究及其应用

阐述了在湖南省湘西金矿对岩体温度所开展的多项试验研究工作和所取得的科研成果,特别对8中段至27中段间的岩体进行了全面的岩温测定工作,经过对测试结果的分析研究,揭示了湘西金矿岩体温度的变化规律及其对环境条件的影响,预测了深部岩体的温度。为确定合理的降温方案提供了可靠的依据,在此项成果的指导下,最终采取了以通风降温为主,再结合低温岩层预冷入风流和采用局部循环的综合降温措施,降低了工程费用,取得了较好的技术经济效果。     

掘进巷道通风降温试验及数值模拟研究

通过对夏甸金矿-652 m水平掘进巷道进行通风降温试验,运用Comsol对试验巷道进行模拟,研究通风过程中掘进巷道内速度与温度的变化规律。研究结果表明,局部通风在30 min内即可达到较好的降温效果。通风前巷内气温超过28℃且分布紊乱,通风后巷内气温降至28℃以下,巷内流场和温度场也变稳定了;Comsol模拟局部通风时,掘进巷内距掌子面越近,温度越低,风速越高,降温效果越明显;受岩壁热交换及摩擦阻力的影响,同一巷道断面温度呈四周高中间低分布,风速呈四周低中间高分布。对比模拟与实测验证了Comsol模拟结果的准确性,为通风降温现场实际应用提供依据。     

不同推进速度下煤岩体采动力学行为响应特征与控制

为获得不同推进速度下煤岩体的采动力学行为特征,通过轴压和围压分别模拟不同推进速度下垂直应力、水平应力,采用增轴压降围压的方式模拟煤岩体的采动力学行为,同时采用数值模拟和工程实践相结合的方法对不同推进速度下煤岩体的采动力学行为进行研究。结果表明:在围压卸载速率相同的条件下,随着轴压加载速率（推进速度）的增加,煤体的峰值强度、轴向应变和横向应变呈增大趋势,在峰值阶段产生了较大的轴向应变和横向应变,呈现出一定的延性,破坏形式具有塑性特征;在轴向加载和围压卸载的综合作用下,煤体体积一直处于膨胀变形状态,围压的卸载加速了煤体损伤破坏的进程,煤体破坏时的峰值应力和体积扩容受控于围压卸载的程度,控制轴压加载速率和围压卸载程度可控制煤体破坏时的峰值应力和体积变形。生产实践中,应结合煤岩体的采动力学行为特征,确定合理的推进速度并加以控制,以保证回采巷道与采场围岩的稳定性。     

湘西金矿岩温变化规律的研究及其应用

阐述了在湖南省湘西金矿对岩体温度所开展的多项式试验工作和所取得的科研成果,特别对８中段至２７中段间的岩体进行了全面的岩温测定工作,经过对测试结果的分析研究,揭示了湘西金矿岩体温度的变化规律及其对环境条件的影响,预测了深部岩体的温度。为确定合理的降温方案提供了可靠的依据,在此项成果的指导下,最终采取了以通风降温为主,再结合低温岩层预冷入风流和采用局部循环的综合降温措施,降低了工程费用,取得了较好的技     

采动影响下K+I型巷道支护方案优化研究

为了解决车场复杂交岔巷道在采动影响下围岩体稳定性薄弱的问题,选取平沟煤矿902盘区车场K+I型巷道为研究对象,在分析采动影响下采场围岩应力重分布规律的基础上,根据矿井车场的实际生产条件提出了"锚杆+锚索+锚网+钢梁"的联合支护优化方案,并采用数值分析和现场监测的方式对支护效果进行了分析。研究表明,所提出的围岩控制支护结构位于围岩承载区的稳定岩层位置,可与围岩承载体共同起到良好的支护作用,能够充分发挥破碎岩体的锚固作用,对车场巷道变形的控制效果是显著的,可为其他类似条件下的工程提供参考。     

双压入贴附送风在高温巷道掘进中的降温规律研究

为量化研究高温矿井深部开采掘进巷道在抽压混合通风中设备布置及风量分配对降温效果的影响规律问题,利用AN-SYS-FLUENT软件数值模拟掘进巷道通风降温模型.首先,提出双压入式混合贴附通风降温思路,并分别建立传统抽压混合通风与双压入式混合通风的巷道三维几何模型;然后,进行6组不同设备布置及风量分配的降温方案对比实验;最...     

巷道断面形状对围岩散热规律的影响研究

为了研究巷道断面形状特征对围岩散热特性的影响,结合矿井通风的实际情况,建立贴体坐标系下二维径向围岩非稳态导热的微分方程.利用坐标变换方法将实际物理平面内的控制方程转换到规则的计算平面内进行求解.以水力半径为1.2 m的不同断面形状的巷道为研究对象,利用自主编制的基于有限体积法(FVM)的C++求解程序,对其内部温度场变化情况开展数值模拟研究.结果表明,矿井通风初期的前5年内,围岩温度场的分布特点受巷道断面形状的影响较为显著.围岩散热呈现各向异性特点,且通风时间越长各向异性的特点越显著.通过数据分析拟合发现,巷道围岩的调热圈半径随通风时间呈指数变化,且经历相同通风时间后,调热圈半径随形状因子增大呈线性增加趋势.巷道壁面平均温度和散热热流密度随形状因子增大而降低,但二者随时间变化的轨迹不同.     

高温矿井制冷降温

制冷法用于矿井降温已有50～60年历史。实践证明,高温矿井采用制冷法降温,技术上是有效的,经济上是合理的。目前,国外在金、铜、煤、钾盐和高硫矿中均有应用,我国也开展了一些试验研究,取得了一定的成果。这里就高温矿井降温的制冷方法、制冷设备、制冷剂与冷媒及制冷降温系统等问题作一简要介绍。一、制冷方法制冷方法很多,按制冷原理可分三类:利用物质在物态变化时吸热制冷、利用气体     

用热棒技术强化煤堆降温幅度试验

为破坏煤堆内部蓄热环境,有效降低煤自然发火的危险性,预防煤堆自燃,基于热棒闭式汽-液两相流强化热传导原理,构建煤自燃防灭火热棒移热降温性能试验测试系统,研究煤堆升温过程中热棒对其内部温度场分布的影响效果。热棒对煤堆自燃升温过程具有较明显的抑制降温效果,煤体与热棒距离越近,降温效果越明显;热棒的累积移热量和降温能力随时间的增加而不断增大。结果表明,试验条件下,煤堆内部各测点最高降温依次为13.30,9.80,7.70,6.70,4.50,3.20,1.50和0.50℃,对应温度降幅依次为29.00%,23.90%,24.70%,19.40%,16.00%,13.50%,8.90%和3.87%,平均降温速率分别为1.20,0.90,0.70,0.62,0.39,0.29,0.16和0.11℃/h。     

巷道交叉点对穿锚索支护技术研究

为了提高巷道交叉点围岩的支护效果,采用理论分析的方法,建立半平面体力学计算模型,分析了法向分布力作用对岩体应力状态的影响和岩体内部三维应力分布状态;采用数值模拟计算的方法,模拟巷道交叉点围岩在预应力作用下的应力状态,揭示预应力锚索与围岩之间相互作用机理。结果表明:预应力锚索支护可改善交叉点围岩应力状态,防止裂隙扩展,提高围岩自身承载能力;通过锚杆支护结合对穿锚索加固的方法,巷道交叉点支护效果良好,保障了矿井安全生产,可为今后类似工程的矿山开采实践提供经验。     

大断层采动“活化”导水特性研究

煤层回采引起的断层“活化”导水是矿井突水的一种重要形式,具有很高的危险性和隐敝性。依托具体的工程背景,建立简化的力学模型和数值模型,根据弹塑性力学和裂隙介质水动力学理论分析不同推进距离时断层面上的主应力和法向应力变化情况,并通过模拟计算得出回采过程中应力变化与塑性破坏特征。研究结果表明,新集矿区F10大型断层在煤层推进至距断层20 m位置时开始有“活化”趋势,断层带岩体位移值陡增到005 m,距10 m时断层面主应力急剧增大,峰值应力向浅部转移,断层带发生明显位移,孔裂隙扩张。为保证生产安全,需预设30 m防水煤柱,避免煤岩体突水通道沟通主干断层及承压含水层,该研究成果可为矿井生产提供一定的参考价值。