丁集煤矿深部地温预测

针对丁集煤矿矿井高温热害严重的问题,采用井下炮眼温度测定方法,测量地温;借助有限元ANSYS的热耦合分析程序,模拟岩巷和煤巷调热圈,修正矿井地温,确定地温梯度．预测该矿深部地温。结果表明,该矿-500m水平以上、以下的地温梯度分别为3．5、4．0℃／hm;采煤层深度为一600m以下的地温在38℃以上,属于二级热害区。该研究可为矿井深部降温提供数据参考。     

深部矿井热害治理地层储冷系统研究

煤矿开采深度不断加深,随之而来的热害问题越来越严重.能源危机推动地层能、风能等新型能源的发展利用.地层储冷技术是将地热能和风能相结合,利用地层储存冬天空气的冷能,辅以换能系统,解决井下降温问题.以夹河矿为例,以该矿的地质条件、热力学及水力学参数为设计参数,采用数值模拟方法,对储冷系统的等温线、不同温度范围冷水体体积进行了数值模拟分析.从理论上证明了储冷系统储冷和制冷的可行性,可储存和提供足够的冷量用于深部矿井降温.研究成果可为我国矿井节能减排提供有益的思路.图9,表3,参12.     

热害矿井冷负荷分析

以热害矿井风流为研究对象,建立能量平衡方程,通过理论推导出非稳定多股流冷负荷表达式、稳流冷负荷表达式、稳定流忽略动能变化、忽略势能变化、忽略风机做功影响等5种情况下冷负荷表达式,推导了井下湿空气焓变的表达式和围岩散热计算过程,案例分析和计算矿井冷负荷,对热害矿井治理和设计具有良好的理论指导意义.     

基于瓦斯治理抽采利用一体化的深部突出矿井安全绿色开发模式与示范工程

分析了深部突出矿井在瓦斯治理与循环利用中存在的主要问题，总结了瓦斯治理、瓦斯抽采、瓦斯利用及热害治理方面的发展现状。以首山一矿为例，提出了瓦斯治理-瓦斯抽采-瓦斯发电-集中制冷-热害治理的闭环系统构架，以实现深部突出矿井的安全、高效、绿色开发。研究了首山模式下大采高单一低透突出煤层“一面多巷”瓦斯综合治理技术，研发了分源网络化瓦斯立体抽采技术与动态调控技术，实现了瓦斯治理与抽采的高效协作；分析了瓦斯发电设备与制冷设备联合运行过程，实现了深井热害的有效治理。建立了首山一矿发电并网示范工程与矿井降温示范工程，实现了瓦斯资源综合治理与循环利用的统一，形成了深部突出矿井的安全、高效、绿色开发模式，可为国内类似矿井开发提供借鉴意义。     

利用卸压巷道技术控制深井回采巷道变形破坏

煤矿深井回采巷道除受围岩压力影响外,还受回采工作面动压及相邻采空区基本顶运动的影响。巷道围岩变形破坏严重,底臌量大,维修困难。结合东海煤矿五采区左十二面回采巷道的地质和地压情况,提出了卸压巷道的解决方法,并分析了卸压巷道解决此问题的原理,对卸压巷道位置、支撑煤柱宽度、让压煤柱宽度、巷道宽度进行了计算。同时,将让压巷道作为回采工作面的排放瓦斯尾巷。东海煤矿的实践表明,该方法取得了很好的效果,卸压巷道在一定条件下可以解决深部巷道的变形问题。     

深井降温与地热资源利用

为了解决深部矿井围岩、巷道空气温度过高,影响了围岩的力学性质、矿井生产安全和地热资源利用三方面问题。采用在巷道内设蒸发器(装有制冷剂的管组)释放冷量降低环境温度,工质蒸发吸收热量;在地面设压缩机、冷凝器和换热器,气态工质经压缩后在冷凝器内释放热量,一次从井下提取热量的深井降温系统;达到既改善工作环境,降低巷道内环境温度,又将置换出的热量用于地面供热及生活用水的方法。该系统的研究对深井降温与地热资源利用有一定的参考价值和指导意义。     

煤矿深部巷道破坏规律及返修支护技术

采用钻孔窥视测试和理论分析相结合的手段分析了魏家地煤矿二号石门的破坏规律,得到二号石门围岩稳定的主要因素包括高应力、软弱围岩、断层、埋深和采动的影响.给出了二号石门包含的全岩、上岩下煤、全煤及上煤下岩等4个特征段的破坏规律.提出了留设柔垫层让压联合返修支护技术.现场应用表明:返修后巷道的变形控制始终在允许范围内,返修支护技术是合理的.     

Experimental study on stability control technology of surrounding rock of deep roadways in coal mine

In order to solve effectively the problems of deep mining with safety and high efficiency, the multi- pie factors influencing the stability of deep rock roadway and technical problems are analyzed in the light of the severe situation of effective mining for deep coal resource, and the stability control methods for deep rock road- way are provided, which are based on the idea of combined support with separated steps and integral control of surrounding rock of deep rock roadway. The suggested methods were applied to a deep rock roadway with -648 m depth in Gubei coal mine of Huainan area. The field test was carried out and the in-situ monitoring was imple- mented, and the support scheme was optimized and adjusted to improve the stability of the surrounding rock of the roadway based on the feedback analysis. The results showed that the stability can be improved greatly by the provided control methods tbr deep roadway. The present methods lbr stability control of deep rock roadway can be used to other deep rock roadways with the similar conditions.     

赵各庄矿井高倾斜煤层深部开采矿井涌水量预测研究

赵各庄矿井13水平西翼第8号石门区域的3839工作面是一个典型的近百年开采的高倾斜煤层深部开采区。为预测3839工作面涌水量,首先分析了其上部9-13水平近30年的开采面积、降水量、奥灰水位、开采深度等因素与矿井涌水量的相关性;其次,筛选出了老空积水量、降水量、奥灰水位变幅和开采深度等影响因素;最后,通过建立多元线性回归分析预测模型(方程),并利用2012年涌水量数据对预测模型进行验证,发现该预测模型与2012年实测数据相关性很高。进而对2013年的3839工作面涌水量进行了预测,得到的结果与已有的比拟法、解析法预测结果均较接近。说明该模型涌水量预测可行,但未证明该模型具有普遍适用性。     

深井松散煤巷超高强预应力组合锚杆支护技术

深井松散煤巷支护一直是制约矿井安全生产的难题,常规的锚杆支护方式及支护强度已很难适应其变形特征。文中以丁集煤矿1262(1)巷道为例,在新型锚杆强化支护体系的应用研究中,采用了超高强预应力组合锚杆支护技术,通过加大支护强度及采取各种补强措施,进一步优化围岩应力场,充分调动围岩自身承载能力,有效控制了巷道围岩变形,实现了巷道长期稳定,满足了矿井的安全高效生产,并为该类煤层巷道推行锚杆支护技术提供了参考和借鉴。     

深井巷道围岩滞后注浆加固的合理时间

合理滞后注浆时间的确定是深井巷道围岩加固支护技术的关键,在分析深井巷道最佳支护时间原理的基础上,以望峰岗矿-817 m水平巷道为研究背景,通过现场实测及UDEC数值模拟对巷道掘进后围岩变形及裂隙发育特征进行深入研究,获得了深井巷道围岩滞后注浆加固的合理时间。结果表明,注浆加固应在巷道剧烈变形阶段后的缓慢变形阶段初期,在巷道围岩裂隙发育相对稳定时,合理时间为巷道掘进后15～20 d。工程实践表明,合理时间的滞后注浆有效地控制了深井巷道围岩稳定性。     

深部矿井倾斜煤层采空区下回采巷道布置的数值模拟

为减少深部矿井倾斜煤层采空区下回采巷道的变形量和卧底量,降低回采巷道的返修率,以某矿为例,分析采空区下布置回采巷道的矿压显现规律及回采巷道位置参数,并采用FLAC^3D快速拉格朗日差分分析法进行数值模拟计算。结果表明：两层煤联合开采的下层位煤层回采巷道,应布置在上层位煤层已经稳定的采空区下;回采巷道与上层位煤体边缘之间的水平距离可通过取其在下层位煤层应力降低区域与下层位煤层小变形区域的取值范围的交集获得。该研究为采空区下回采巷道的位置选择提供了可靠的理论依据。     

深井硬岩矿山岩爆灾害防治研究

采用室内试验、数值计算和现场岩爆研究相结合的综合研究方法,以冬瓜山矿床开采为对象,对深井矿床开采岩爆防治进行了系统的研究.由矿岩力学试验,采用岩爆综合评判指标确定了矿岩的岩爆倾向性,指出岩爆倾向性具有本源性和诱导性两种属性;电镜试验、物理模型试验和现场岩爆研究发现岩爆主要由张拉断裂引起,具有明显的岩石破坏和工程施工异常性前兆;现场岩爆研究和数值计算表明岩爆危险区位于应力集中、能量贮存大及具有快速释放能力和条件的区域;从岩爆预防角度,采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标,对采场结构参数、开采步骤等进行了优化;从减少能量贮存、控制能量释放、采用柔性支护和建立岩爆监测系统4个方面,得出了具体的岩爆防治措施.图3,表2,参11.     

深井采场大规模垮塌三维探测及可视化计算

运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合冬瓜山铜矿深井采场垮塌区实际,研究一种新颖的大规模采场垮塌区综合信息可视化计算方法。采用CMS对采场垮塌区进行三维探测,获取垮塌区相关信息,并以垮塌区实测数据为基础,运用Surpac构建起垮塌区三维可视化模型,准确获取采场垮塌区三维形态和实际边界;运用采场设计资料建立采场底部结构、回采设计单元及矿堆三维模型,通过模型间的布尔运算,准确计算垮塌区体积、顶板暴露面积及存留矿量等综合信息。研究结果表明:采用该方法可有效地实现大规模采场垮塌区综合信息的可视化计算;计算获得的采场垮塌区信息可靠,为矿山准确掌握垮塌区现状,制定治理及回收垮塌区周围矿体方案提供重要的依据。     

深井长距离大断面回采巷道支护方案优化

为解决文家坡煤矿4101首采工作面长距离大断面回采巷道顶板下沉量大、钢带变形严重以及帮部破碎扩容显著等围岩失稳带来的支护质量差甚至支护失效现象,采用钻孔窥视仪对巷道进行布孔观测和工程类比法对原支护方案进行优化。结果表明:采用优化方案后,顶板下沉量从600 mm降低到100 mm,并且钢带受剪切变形显著减少;巷道尺寸收敛现象为50~100 mm,低于优化前的300 mm.为避免巷道变形严重,在监测监控基础上增加支护强度是合理可行的。     

深部矿井热害治理地层储冷数值模拟研究

以夹河矿为例,以该矿的地质条件、热力学及水力学参数为设计参数,采用数值模拟方法,对储冷井的等温线、不同温度范围冷水体体积及储冷时冷水体最大影响半径进行了数值模拟分析.分析结果表明,回灌流量越大,回灌温度越低,越有利于储冷.从理论上证明了,储冷层冷水体在井下制冷设备运行过程中,可为井下工作面降温提供充足的冷量.图7,表4,参8.     

深部矿井季节性通风风流与围岩换热特性

 针对矿井通风入口风流季节性差别大的现象,对不同季节通风巷道风流温变规律进行现场测试,建立巷道围岩-风流换热的数学物理模型,数值模拟通风风流与围岩的换热特性。研究结果表明,风流在煤巷中流动过程中不断与围岩进行热交换,进而导致风流温度不断升高,但在工作面段风流升温缓慢,数值计算结果与实测结果相吻合。不同季节通风巷道内风流升温效果差别明显,入口风流温度越低,风流在巷道内流动相同距离时,温度越低,但温升越大。     

聚类分析和因子分析对深井软岩软化系数的预测

为了预测深井软岩巷道开挖后不同水环境下的岩石软化系数,将深井软岩软化系数定义为含水率的函数,利用聚类分析和因子分析理论研究影响其软化系数的因子之间的相关性,并建立分析模型。结果表明：深井软岩的干密度、颗粒密度、孔隙率对其软化系数的影响具有共性,可归为一类因子;含水率和黏土矿物质量分数分别为一类。文中提出的分析模型与实验结果相吻合,对矿山深井巷道施工和支护设计具有一定的指导意义。     

深部巷道围岩瞬态温度-热应力的耦合作用

为了研究深部巷道温度场与应力场的耦合作用,采用理论推导得到圆形巷道围岩瞬态热-弹性耦合解析解,分析了巷道围岩温度场和热应力的分布规律,并通过数值模拟和现场观测研究了热应力对巷道围岩稳定性的影响。研究表明:围岩温度分布呈非线性变化,表层温度梯度大,围岩深处温度梯度小;随通风时间延长,围岩温度逐渐降低,冷却圈不断增大,温度梯度逐渐减小,温度分布曲线趋于平缓;通风能够改变围岩应力状态,切向热应力在围岩表层表现为较大的拉应力,而在深处表现为较小的压应力;径向热应力为拉应力,热应力加剧了巷道围岩顶底板塑性区扩展的深度。