倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下 沿空留巷关键参数

为了确定倾斜煤层厚层坚硬顶板条件下的合理预裂爆破切顶卸压参数,通过理论计算和数值模拟,在切顶预裂爆破深度为4.0,5.0,5.5,6.0,8.0 m 及切顶角度为 0°,5°,10°,15°,20°时,对巷道顶板的垂直应力分布和巷道顶板垂直位移进行分析.试验结果表明:考虑经济成本,最优切缝深度为5.5 m;当预裂切顶角度为10°时,能有效切落采空区侧顶板,并且巷内围岩压力的卸压效果较为明显;根据聚能管直径确定切顶卸压爆破孔直径为55 mm,根据理论计算和数值模拟确定切顶卸压爆破孔间距为600 mm.将所得结果应用于柏林煤矿-2446(K26)综采工作面,可以保证该综采工作面的安全高效开采.     

大直径钻孔布置方式对卸压效果影响的研究

随着煤矿开采深度的不断增加,高应力巷道的数量越来越多,围岩应力越来越大,容易发生冲击地压灾害。本文介绍了大直径钻孔卸压机理,通过应用数值模拟软件FLAC,分别模拟了钻孔单排布置方式和三花布置方式对卸压效果。结果表明在应力卸压效果中,钻孔单排布置卸压效果优于三花布置。     

钻孔卸压防治巷道冲击地压的数值模拟

基于ADINA有限元分析软件,对某矿巷道冲击地压应力集中区钻孔卸压效果进行了数值模拟研究;根据实际开采条件建立了ADINA有限元模型,通过模拟3,5,8 m不同钻孔深度,得到了巷道垂向应力图,分析了不同钻孔深度的卸压效果.数值模拟结果表明:在3种钻孔深度的对比下,钻孔深度越深,卸压效果越明显.冲击地压应力集中区钻孔卸压数值模拟对工程应用具有一定指导意义.     

双重上保护层叠加开采应力分布规律

为获取双重上保护层重叠采动作用下的煤层卸压规律及保护层间的相互影响，以平煤八矿一采区为原型，采用FLAC3D软件模拟了丁、戊组煤层多工作面重叠开采过程。研究结果表明，仅丁组煤层开采时，采区边界煤柱对应范围出现应力集中现象，最大应力值达到19 MPa,影响范围达到下方80 m,不利于被保护层卸压。工作面间区段煤柱最大应力值达39 MPa,但向底板传递范围较小。丁组单独开展卸压区域能够影响至己组，己组煤层应力卸压值约为1 MPa;丁组、戊组煤层重叠开采，当戊组工作面位于丁组煤层区段煤柱下方，同时丁组工作面位于戊组工作面区段煤柱上方，使丁组煤层工作面间区段煤柱应力集中减弱利于卸压，丁组煤层区段煤柱应力值由39 MPa卸载至7.5～10 MPa之间；同时当己组煤层位于戊组单独保护范围时，垂直应力卸压值为2～3 MPa,当己组煤层位于丁戊共同保护范围时，垂直应力卸压值为4～6.5 MPa。     

Ti-55511合金高温蠕变行为TEM分析

文章结合Ti-55511钛合金的高温工作环境进行了4组蠕变实验：400℃200MPa、400℃300MPa、500℃200MPa以及500℃300MPa。蠕变后,使用透射电镜实验观察了蠕变后样品的微观组织。结果表明：高温高应力状态下,位错攀移在蠕变过程中占主导地位;在高温低应力或低温高应力状态下,合金蠕变过程主导机制为位错滑移;当温度较低,应力相对较低时,合金蠕变过程中主导机制为晶界扩散机制。     

基于桧树亭矿顺层钻孔抽采效果影响因素分析

顺层钻孔抽采是治理高瓦斯矿井工作面最常用的技术措施,为了提高钻孔的抽采效率,从理论分析、数值模拟和现场试验三方面对钻孔抽采的合理参数进行了研究分析。结果表明,钻孔抽采半径随抽采时间延长而增大,但后期瓦斯压力变化梯度减小;钻孔抽采瓦斯的效率随着开采深度的加深而降低;抽采负压对有效抽采半径影响不明显;随着钻孔直径的增加,抽采有效半径增大。但是,抽采钻孔直径的增幅对抽采效果的影响是有限的。抽采钻孔孔径为75 mm时,桧树亭矿二1煤层抽采半径为2.5 m,钻孔间距以5 m为宜。     

近距离煤层群水射流割缝卸压石门快速揭煤技术分析

针对西南地区高瓦斯近距离突出煤层群层间距小于7 m时,石门揭煤工作面前方多层煤层需统一消突管理,常规超前钻孔工程量大,严重制约了煤矿安全生产和采掘工作面接替等问题,提出采用穿层钻孔水射流割缝防突技术,一次性对石门工作面前方煤层群统一卸压增透,快速安全揭煤的思路。以贵州雷公山煤矿为例,采用FLAC3D模拟了不同缝槽布置方式以及缝槽间距对煤层群卸压效果的影响。研究表明：多煤层煤孔中部均布置一个缝槽,同一煤层内缝槽间距为4 m,可使石门揭煤工作面前方控制范围内煤体整体卸压。现场应用证明：采用水射流割缝技术,预抽达标时间缩短约39 d,钻孔工程量减少610 m,钻孔数量减少30个,可实现快速安全揭煤。     

小煤柱应力集中区钻孔卸压效果的数值模拟

在分析钻孔卸压机理的基础上,用ADINA模拟了小煤柱应力集中区钻孔卸压效果,得出了钻孔周围位移与应力分布变化规律.通过小煤柱应力集中区钻孔卸压效果模拟表明:合理钻孔孔径和孔距的卸压孔可以导致煤层结构性破坏,从而使应力峰值向深部转移.研究表明:钻孔对小煤柱应力集中区卸压效果十分显著.     

不同间距上保护层开采卸压效应UDEC数值模拟

为了对比研究不同间距上保护层开采时对被保护煤层的保护效果,利用UDEC软件对不同间距上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到不同间距保护层开采时,被保护层在开采过程中的垂直应力和位移变化规律,结果表明:上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随间距的减小而减小,垂直位移随间距的减小而升高.并且模拟得出开采后不同间距被保护层的卸压率、卸压角和变形膨胀率,为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采质量浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

近距离上保护层开采下伏煤(岩)裂隙时空演化过程分析

为研究近距离上保护层开采下伏煤(岩)的裂隙时空演化特征,以平煤五矿为例(保护层与被保护层平均层间距为8 m),利用3DEC软件模拟不同开采距离下伏煤(岩)裂隙发育及分布特征,统计被保护层穿层斜交卸压瓦斯钻孔的抽采数据并对保护层开采效果进行验证。结果表明,随着保护层工作面的不断推进,底板岩层内裂隙逐步发育并向深部延伸;从回采8 m开始,被保护层己16-17煤层已出现裂隙发育,当回采18 m时,己16-17煤层内横向裂隙和垂向裂隙发育明显;然而,当回采24 m时,由于采空区上覆岩体的垮落压实作用,底板岩层内的裂隙将发生闭合现象。沿着水平方向,底板岩层裂隙依次可以分为原始状态区、高强度卸压增透区和重新压实区。随着卸压效果越来越明显,被保护层月瓦斯抽采量由2014年6月至11月逐渐增大,最大值达到每月174 400 m3;之后,由于被保护层裂隙闭合,每月瓦斯抽采量开始降低,并逐渐稳定在每月50 000 m3左右。     

低透气性煤层长钻孔爆破增透技术

为改善高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放效果,提高煤层瓦斯渗透性,以新安煤矿八号煤层为例,应用长钻孔爆破技术对煤层进行松动控制爆破,运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟控制孔对煤岩裂隙区的影响过程。结果表明：合理布置控制孔可以增加裂隙区的范围,提高松动爆破的卸压和瓦斯排放效果。当不耦合系数为1.5、控制孔距爆破孔2 m时,裂隙区的范围约为爆破孔径的25倍。     

深孔松动爆破切顶在保护层开采中的技术实践

深孔松动爆破可以增加煤层透气性系数、缓慢排放煤体瓦斯、降低瓦斯压力和瓦斯含量,从而降低了煤体瓦斯压缩内能,提高了煤体的机械强度,达到减弱或消除煤与瓦斯突出危险的目的。同时有利于使煤体原集中应力带及高压瓦斯带移向煤体深部,即增加卸压带的宽度,减少瓦斯抽放时间,从而提高工作面回采速度。对于松动控制卸压爆破,在爆破孔周围布置了不装炸药的控制孔,控制孔在爆破过程中起到控制爆破方向与补偿爆破裂缝空间作用。由于控制孔的控制导向作用,结果是在介质内部的炮孔周围产生一柱状的压缩粉碎圈和一沿爆破孔与控制孔连心线方向的贯穿爆破裂缝面。控制孔的存在相当于在爆破孔周围增加了辅助自由面,相对缩小了爆破抵抗线的长度,使爆破更有利于形成更大范围的破碎圈带和松动圈带。松动控制卸压爆破可以极大地破坏了煤岩体的整体性,可以消除回采过程中大跨度悬顶悬露以及回转下沉对沿空留巷围岩的影响,同时提高被保护层煤层的透气性,提高抽采钻孔的预抽率,有效地释放地应力,消除煤与瓦斯突出危险性。十二矿作为埋深达千米的矿井之一,在己15-31010工作面采取了该防突措施后,大大提高了抽采钻孔的预抽率,使瓦斯应力和地应力得以提前释放,有效地防治煤与瓦斯突出和冲击地压,并成功优化了留巷区域应力场,确保了保护层开采的正常安全进行。     

顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺优化选择

根据岩石力学、弹塑性力学理论建立了顺层钻孔周围煤体塑性区应力分布数学模型,分析了顺层抽采钻孔施工过程中周围煤体破坏规律及应力分布状态。数值模拟了采用水泥砂浆封孔、聚氨酯封孔、胶囊封堵-压力注浆封孔三种工艺下钻孔周围煤体应力分布规律,三种封孔工艺分别通过改变钻孔支护阻力、钻孔周围煤体物性参数等方式进行模拟。结果表明:胶囊封堵-压力注浆封孔工艺可有效封堵裂隙,加固钻孔周围破碎煤体,对钻孔周围煤体应力分布的控制效果优于现有的封孔工艺,对于顺层瓦斯抽采钻孔封孔工艺有一定的指导意义。     

煤炭地下气化注入井压力控制

煤炭地下气化具有煤炭清洁利用和低碳能源保障的优势，是煤炭清洁转化技术创新战略方向。而压力是影响煤炭气化的重要因素，为使煤炭气化在地下高效安全进行，需要对注入井的压力进行控制研究。为了实现对注入井压力的控制，本文建立了气化剂注入的流量压力仿真模型，对水力摩阻的部分影响因素进行分析，并调整生产参数，进行了压力控制研究。研究结果表明:（1）水力摩阻随井筒直径的增大而减小；水力摩阻随连续油管外径的增大而增大；水力摩阻随注水排量的增大而增大。（2）在10 MPa注入压力下调整环空中的注水排量由5.50 L/s改变为5.75 L/s时，井底压力由7.26 MPa降至6.11 MPa。（3）当在8 MPa注入压力下调整连续油管中的注氧量由594.44 L/s改变为629.37 L/s时，井底压力由8.91 MPa降至8.87 MPa。（4）在8 MPa注入压力下调整生产井粗煤气的产出流量由800 L/s改变为900 L/s时，井底压力由8.94 MPa降至8.63 MPa。研究结果可为注入井的压力控制提供一定的指导。     

高压水射流自旋式割缝技术在柿花田煤矿的应用

瓦斯治理的根本措施是抽放,然而应用单一钻孔预抽瓦斯,钻孔直径是决定抽放效果的关键因素.孔径小,其自由面小,瓦斯的排放速度低,等待开采的时间较长,影响了矿井的生产效率,而孔径又不能太大,否则在煤层综合应力下,孔的形成和孔的稳定性会受到破坏,而且孔径大的钻孔钻进速度较慢,效率较低,而且钻孔的有效煤孔段往往只占整个钻孔的一小部分,完全没有必要施工孔径较大的钻孔.介绍了一种新型高压水射流自旋式割缝技术,该技术可以有效解决上述问题.高压水射流自旋式割缝设备主要由高压水泵、水箱、高压胶管、高压密封钻杆、旋转接头、力矩喷头和喷嘴组成,该技术是在瓦斯抽采钻孔完成后,利用钻机将切割钻具输送至孔内,采取后退切割的方式,对钻孔内煤体进行切割,形成若干个垂直于钻孔方向的圆盘状缝隙,使孔内煤体暴露面积增加,同时由于高压注水作用,缝隙周围裂隙增加使煤体的透气性增强,从而有效提高抽采效率.试验发现：该技术的割缝半径为0.6～0.7m,使用该技术切割后,瓦斯涌出量大幅增加,百米瓦斯自排量和瓦斯抽放量分别是非切割钻孔的5.6和4.5倍,且衰减系数有所增加.     

基于FLUENT软件对水城矿区某煤矿钻孔抽采参数的优化研究

瓦斯抽采钻孔参数的改进和优化是提高瓦斯抽放效率、进行瓦斯防治比较重要的一个环节。本文以贵州省水城矿区某煤矿为例,对钻孔直径、抽放负压两个钻孔抽采参数,采用FLUENT数值模拟软件进行了优化研究。最后提出优化的最优值,改善该煤矿的瓦斯抽采效果。本文的研究成果,对贵州其它煤矿进行瓦斯治理也提供了一个有益的参考。     

文丘里高压湿气测量虚高特性数值模拟

给出一种高压条件下文丘里湿气虚高的预测方法．该方法基于计算流体动力学离散相模型,对标准文丘里（直径比为0．55,口径15．24cm）虚高特性进行数值模拟．仿真流体介质为氮气和煤油,工作压力为2MPa、4MPa和6MPa,气相流量为400m3／h、600m3／11、800m3／h和1000m。／h,液相流量范围在0～65．11m2／h之间．数值模拟实验虚高预测结果与英国国家工程实验室高压实流实验数据进行比较,虚高预测值的最大相对误差为5．14％,平均相对误差小于2．8％．同时,将TJU-CFD仿真模型与Steven等7个经典模型的气相流量预测能力进行了比较,在3个压力下．仿真模型依次排序为第2、第4及第3位,最大相对误差小于7．5％,平均误差为2．5％．     

不同性质外液对煤与瓦斯突出防治效果影响

针对煤层注水防止工作面煤与瓦斯突出问题,以七台河新兴煤矿92#煤层工作面生产条件为背景,采用数值模拟研究和现场工业试验相结合的方法,研究了注入介质为纯水和表面活性剂溶液时,其对工作面钻孔围岩塑性浸润区和工作面垂直应力分布规律的影响。结果表明:具有煤与瓦斯突出危险的回采工作面预采煤体注液后,能够降低应力峰值、增加峰值距、扩大应力增高区的覆盖范围,从而使防突效果提高;防突效果的提高程度与所注入的外液性质有关,表现为表面活性剂溶液强于纯水;钻孔注液后,孔间塑性浸润区的发展状态与注液压力及所注入的流体介质性质有关。相同流体介质条件下,注液压力越大,塑性浸润区的发育范围也越大;在纯水中加入表面活性剂之后,其孔间塑性浸润区的发育不仅范围更大,速度更快,且在各方向上更为均匀。该研究对注水防止煤与瓦斯突出具有很好的实际指导意义。     

基于改进NGO算法的煤体应力反演

大直径钻孔卸压是防治煤矿冲击地压的有效手段之一,研究钻进过程煤体应力的变化情况对防止冲击地压有重要意义。目前关于钻进参数与煤体应力的关系模型研究较少且精度有限,对此本文提出了一种基于北方苍鹰优化算法(northern goshawk optimization,NGO)与支持向量回归(support vector regression,SVR)的PSO-NGO-SVR煤体应力反演模型。首先,该模型在NGO种群初始化阶段引入Tent混沌映射,并将粒子群算法（particle swarm optimization,PSO）的优势融入到北方苍鹰算法中,使改进后的北方苍鹰算法拥有更好的性能;接着,使用改进后的北方苍鹰算法对支持向量回归中的超参数迭代寻优;最后,以迭代后的最优超参数建立模型。结果表明:改进后北方苍鹰算法的敛速度和收敛精度有较大提升,PSO-NGO-SVR煤体应力反演模型拥有较高精度。