走向高抽巷参数优化的理论与模拟研究

采煤工作面上隅角和回风巷瓦斯超限的问题,严重制约煤矿的安全生产。采用理论分析、数值模拟和现场验证相结合的研究方法,结合山西潞安集团某矿S2107综放面的实际情况,对走向高抽巷参数优化进行系统的分析研究。结果表明:在裂隙带发育高度理论分析计算和数值模拟研究的基础上,确定S2107综放面高抽巷的最优层位高度为34.06~40.37 m,最优平距为距回风巷平行距离30~40 m的位置,在S2107综放面实施高抽巷后,工作面的上隅角和回风巷瓦斯浓度明显降低,可以保障S2107综放面的安全高效生产,同时验证了理论计算和数值模拟的正确性。     

渗透剂溶液对瓦斯解吸促进作用的实验研究

为提高瓦斯解吸效率,利用自主设计的瓦斯解吸测定装置,进行外液后置侵入过程中的瓦斯解吸实验,分析了纯水和0.025%渗透剂溶液侵入后含瓦斯煤的瓦斯解吸规律。结果表明:渗透剂溶液能够促进瓦斯解吸,而纯水作用不明显;外液侵入后瓦斯快速解吸集中在前10 min之内,而后逐步变缓并趋于终止。该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间的时间制约问题具有一定的参考价值。     

表面活性剂对瓦斯水合物生成诱导时间影响

为了揭示表面活性剂在瓦斯水合物生成过程的促进作用规律,利用可视化水合物实验设备,研究了5组表面活性剂溶液体系(T40,1.0×10-3 mol·L-1;T80,1.0×10-3 mol·L-1;T40/T80,1.0×10-3 mol·L-1;SDS,10.0×10-3 mol·L-1;SDBS,2.0×10-3 mol·L-1)中瓦斯水合物的生成过程,运用直接观测法测定了水合物生长的广义诱导时间,结合建立的水合物诱导时间模型对实验数据进行了计算和分析.结果表明:表面活性剂的加入降低了溶液的表面张力,促进了烷烃类气体溶解,加快了晶核形成过程,缩短了水合物生成的诱导时间.该成果对运用水合物技术储运瓦斯具有一定理论价值.     

交错式充填对采空区上覆岩层的影响

针对充填开采成本较高、条带开采煤炭采出率较低等问题,根据某矿的地质资料,运用FLAC3D软件模拟交错式充填法和垮落法开采过程中上覆岩层的应力分布、垂直位移变化情况.结果表明：当采高为1 m、煤层距地表178.8 m时,垮落法开采的采空区中部出现0～4.1 MPa的拉应力;交错式充填的采空区上部压应力为2.0 ～3.0 MPa,采空区充填区域压应力为3.0 ～4.0 MPa,应力均小于原岩应力.垮落法采空区中部上覆岩层位移最大,向两侧逐渐减小;交错式充填采空区上覆岩层的位移较小,最大下沉量为0.006 m.在降低充填成本的情况下,交错式充填法能够有效控制采空区上覆岩层应力分布和下沉量,为“三下”采煤提供理论依据.     

回采巷道顶板锚杆组合作用下锚杆预紧力理论确定

在阐述回采巷道顶板锚杆组合作用的基础上,给出了直接顶范围内岩层分层之间发生离层所必须满足的载荷、跨度、挠度三个条件.在指出锚杆组合作用下组合梁内的岩层组合属于关键分层之间组合的基础上,进一步依据变形协调一致的原则,推导出了回采巷道项板锚杆支护中锚杆预紧力计算公式.该研究对回采巷道顶板锚杆支护设计具有一定的指导意义和参考价值.图4,表1,参6.     

不同质量分数渗透剂溶液侵入对瓦斯解吸影响的实验

针对含瓦斯煤体中瓦斯解吸问题,利用自主设计的外液侵入条件下瓦斯解吸测定装置,首次证实了外液对瓦斯解吸促进作用的存在,分析了竞位脱附和毛细静力驱动两方面原因,指出渗透剂溶液对瓦斯解吸的促进效果随着其质量分数的增加而越发明显,以及对瓦斯解吸促进作用只发生在一段时间内的规律,并结合工作面瓦斯抽采提出了提高瓦斯解吸效率的具体措施与实施途径.该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间在时间上相互制约问题具有一定的参考应用价值.     

复合顶板离层分析与预应力锚杆支护参数确定

为了解决复合顶板端头锚固预应力锚杆支护中其技术参数确定问题,通过理论分析,给出了锚杆长度、间距、排距、预紧力四个关键支护技术参数的确定过程及相应计算公式,通过现场工业试验收到了满意效果。研究表明:直接顶范围内岩层分层之间发生离层必须同时满足载荷、跨度、挠度三个条件;锚杆组合作用下组合梁内的岩层组合属于关键分层之间的组合;锚杆技术参数确定应遵循变形协调一致的原则。该研究对回采巷道顶板锚杆支护设计具有一定的指导意义和参考价值。     

中厚煤层区段煤柱留设宽度理论确定

依据GB50218-94工程岩体质量级别及相应质量定性特征描述,综合考虑顶板完整程度和软硬程度,以及巷道位置、巷道与煤层尺寸等因素,从应用的角度出发将巷道围岩划分成6种组合类型,依据Mohr-Coulomb准则和Kastner方程,确定出了中厚煤层区段煤柱留设宽度的理论计算公式,并应用于东保卫煤矿三采区36#煤层回采巷道布置当中,收到了良好的技术与经济效果,该研究对确定区段煤柱合理留设宽度具有参考作用.     

桃山三井胶结充填管输系统试验研究

为了解决桃山三井工作面充填开采过程中出现的堵管以及管道的高磨损率等问题,运用流体力学和采煤学,结合该工作面的实际情况,采用自流+泵送的管道输送技术进行了工业试验,并利用ANSYS模拟分析了在工业既定速度2.0 m/s时不同料浆浓度、管径对全程管压的影响。模拟结果表明:在既定输送速度下,管压在合理的可控范围内且易于输送时的充填料浆浓度、管径取值范围分别为52%,140~180 mm时,此时的输送管压分别为134.561 kPa,130.053~138.759 kPa;利用模拟结果进行料浆输送的工业试验结果表明,堵管、管道磨损得到了解决,充填开采取得良好的效果,有效地控制了顶底板的变形,降低了顶板的下沉量,减少对环境的破坏,同时也表明该管输系统是一种"安全、经济、环保、可靠"的充填采煤系统,为该矿以及类似条件下的矿山充填开采提供了借鉴作用。     

突出煤层槽硐周围煤体的应力与应变

为研究水力掏槽技术在突出煤层中实现快速掘进,分析槽硐周围煤岩的应力与应变、煤体弹性模量与竖固性系数的关系。利用ANSYS有限元软件建立水力掏槽槽硐数值模型,分析槽硐横向、竖向剖面周围煤岩体应力、应变云图。结果表明:槽硐周围煤体在应力重组作用下,径向、轴向应力集中带均向深部移动;距离槽硐不同位置测点,煤体应力、应变均呈规律性变化;同一剖面上距离槽硐中心径向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越小;距离槽口轴向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越大,但是超过一定距离后,又逐渐减小。现场实验结果验证了理论分析和数值模拟结果的准确性。