煤矿智能干选系统设计方法研究

煤矿智能干选系统的研究与应用是响应国家关于加快推进我国智能矿山建设的重要举措.为探索智能干选系统设计方法,详细介绍了智能干选技术的基本原理、关键技术和主要优势,阐述了井下智能干选系统布置原则,提出了两种井下智能干选系统布置方法,即大巷端部转载点布置方法和大巷中部布置方法,并结合工程设计案例进行了详细的介绍.在此基础上,...     

基于导水裂隙扩展-重金属离子迁移的短壁块段式充填保水采煤机理研究

短壁块段式充填采煤技术可有效解决煤炭资源浪费、水资源流失和矸石堆积等问题,然而,采空区矸石充填材料受到矿井水的长期作用后,其内部重金属离子可能会发生浸出,对矿区水资源造成一定潜在污染影响。为此,结合短壁块段式充填采煤技术,系统地对采动造成的水资源流失和水资源污染综合防治展开研究。首先,针对矿区水资源流失防治,基于“煤柱、充填体-阻隔层-隔水层”的层位组合关系,研究短壁块段式充填采煤覆岩导水裂隙发育特征,揭示短壁块段式充填采煤诱发的覆岩结构演变下水资源保护的控制机理。其次,针对矿区水资源污染防治,建立采空区矸石充填材料重金属离子迁移模型,揭示矸石充填材料对水资源的污染机理,分析矸石充填材料重金属离子迁移规律。并由此总结矿区水资源流失-污染综合防治技术,提出基于水资源流失-污染防治的充实率设计方法。结果表明：在水资源流失防治方面,矸石材料作为充填体充入采空区后,作为永久承载体与块段间保护煤柱共同承担上覆岩层的载荷,有效阻止了低位岩层组的垮落,限制覆岩导水裂隙贯穿隔水层,确保高位岩层组的完整性;在水资源污染防治方面,矸石充填材料重金属离子在渗流、浓度、应力的耦合作用下,以矿井水为载体,在重力...     

采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

煤矸石浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化规模处置的重要技术手段,是实现煤炭绿色开采的重要途径之一,符合国家绿色发展理念。但针对浆体充填材料制备缓存、浆体长距离输送及采空区充填处置等方面的研究仍不完善,部分问题的研究尚属空白,严重制约浆体充填技术在煤矸石固废处置领域的发展。通过近年来研究,煤矸石浆体充填在基础理论及关键技术均取得了大量的成果。文章系统性地梳理了多种煤矸石充填固废处置技术及其发展历程,总结了其适用性及优缺点,阐述了浆体充填诞生的技术背景及科学内涵,明确了浆体充填关键技术与工艺原理。从大规模推广应用角度出发,总结了浆体材料精准制备与流变特性、矸石浆体长距离管输特征、采空区空隙空间浆体介入规律3项关键科学问题,围绕以上关键科学问题,重点开展了精准制浆技术、管道输送技术、浆体多位充填技术等方面的研究。分析了多因素耦合条件矸石浆体流变特性,揭示了矸石浆体成浆机理,构建了矸石浆体精准制备模型,提出了矸石浆体管道输送关键参数确定方法,总结了高位、低位、邻位3种形式的浆体流动扩散规律,进而指导浆体充填工程实践。在以上研究基础上,分析了浆体充填技术当前研究的不足及未来研究的重点难度,并对...     

底板岩性对煤矸石充填体重金属元素迁移影响规律数值模拟

近年来煤矸石充填采煤技术作为煤矿绿色开采技术之一得到了较大规模的推广应用。煤矿采空区中的煤矸石充填体长期处于偏酸性或偏碱性矿井水环境中,其富含的重金属元素有向底板迁移进而影响地下水的风险。通过煤矸石静态浸泡实验,利用ICP测试浸泡液中重金属元素浓度,确定了煤矸石浸泡液中的主要重金属为铍(Be)、锰(Mn);运用COMSOL Multiphysics建立了不同底板岩性(泥岩、花岗岩、砂岩、灰岩)条件下的煤矸石重金属元素迁移数值模拟计算模型;以Mn元素为例分析了重金属元素在不同岩性底板中的扩散距离及浓度分布,得到了重金属元素扩散距离与底板岩层渗透系数的关系。结果表明:未铺设黏土垫层时泥岩、花岗岩、砂岩、灰岩底板中Mn元素在底板中的扩散距离分别为5.2,12.5,16.0,19.0 m,铺设黏土垫层后Mn元素扩散距离为0.9,2.8,5.2,9.1 m,分别下降了82.69%,77.60%,67.50%,52.10%。     

采空侧动压巷道底鼓控制技术研究

通过FLAC~(3D)数值模拟软件,建立采空侧动压巷道模型,研究了2种不同支护方案下的巷道围岩应力、位移变化,在此基础上为巷道支护方案及参数的确定提供一定的参考。根据数值模拟结果,设计了工作面底板加固方案,并进行了工程应用。     

房柱式采空区顶板破坏失稳机理研究

针对房柱式采空区失稳致灾问题,以榆林某矿房柱式采空区遗留煤柱为研究背景,采用理论分析、物理相似模拟、数值分析等研究方法,对房柱式采空区顶板失稳机理进行研究。研究结果表明：矿井采空区遗留煤柱稳定性安全系数为1.54,考虑煤柱在顶板长期载荷作用下发生蠕变作用,最终会发生大面积失稳;房柱式采空区煤柱破坏失稳诱灾影响因素包括煤体物理力学性质、风化作用、开采方式、积水浸蚀、蠕变作用等5种因素;房柱式采空区顶板灾变演化为“由点及面”的破坏规律,顶板由破坏到失稳分为初步破坏阶段、破坏扩展阶段、破坏加剧阶段及彻底失稳阶段4个阶段;采空区彻底失稳时煤柱应力峰值为15.08 MPa,应力集中系数为3.92,顶板下沉位移为392.44 mm。     

不同级配矸石侧限压缩过程声发射特征研究

为研究不同级配矸石压缩过程中应变与能量的关系及声发射规律,本文借助MTS815.02岩石力学电液伺服压力机与PCI-2声发射测试分析系统,对6种级配的矸石进行侧限压缩试验,建立矸石应力应变与AE能量、AE事件等声发射参数之间的关系。试验结果表明:1)连续级配矸石的抗变形能力较强,且粒径组成越均匀,承载压缩率越低。2)不同级配的矸石承压破碎后,矸石粒径组成相似,且小粒径矸石占比越高,破碎率越低。3)应变速率较快时,声发射能量较为活跃,大粒径矸石占比越高,声发射累计能量越高,说明声发射累计能量主要由破碎型AE贡献。4)不同级配的矸石在压缩过程中,应变与声发射能量均有较好的对应关系,且在不同阶段内均可拟合为一次函数。     

露天矿排放矸石三轴压缩宏-细观力学特性研究

露天矿排放的矸石目前被广泛应用于井下固体充填采煤中。针对固体充填采煤中破碎矸石在采空区的受压状态及矸石块体形状不规则、块体间咬合作用突出的特点,采用PFC3D数值软件,通过编写边界面程序,选用Clump模型生成形状不规则的凸面几何块体以模拟矸石块体,对破碎矸石在三轴压缩条件下的宏观力学响应及微观运动特性进行研究。研究结果表明:破碎矸石在侧限压缩条件下所产生的侧压力与其所受轴压成正比;破碎矸石承载能力随围压的增加而增加;围压效应下块体轴向位移呈上凹型层状分布,试样顶部存在明显的轴向位移三角区,试样两侧中部存在明显的侧向位移三角区;且粒径越小颗粒转动越活跃,大颗粒自身具备"运动惰性";随围压增加,试样内部力链间相互贯通程度逐渐增强,接触力链总数及颗粒间最大接触力逐渐增大,且相同轴向应力状态下侧限压缩条件时试样内部接触力链总数及最大接触力均高于围压条件。     

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架工作阻力研究

为了研究浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律并确定其合理的支架工作阻力,选取神东大柳塔煤矿5^-2煤503工作面作为研究对象,通过薄板理论以及现场实测矿压数据对浅埋煤层大采高工作面矿压显现的规律进行了研究,并结合2种不同的理论计算公式对支架支护阻力进行分析。结果表明:52503工作面初次来压步距为64.4 m,与基于薄板理论计算得到初次来压步距61.7 m基本一致;正常回采期间周期来压步距在7.65～29.75 m之间波动,平均为19.16 m,动载系数1.45～1.57,平均为1.50,矿压显现强烈;来压期间工作面沿倾向方向的支架阻力呈"凸"型分布,其中工作面下部支架阻力约为中部的69.8%,工作面上部支架阻力约为中部66.5%;基于2种支护强度理论计算得到的工作阻力分别为17 871 kN和19 890 kN,均小于额定工作阻力为21 000 k N的ZY21000/36.5/70D型液压支架,能够满足工作面上方顶板压力的支护要求。     

短壁充填巷道宽高比对围岩稳定性的影响研究

为了研究短壁充填巷道断面宽高比对围岩稳定性的影响规律,采用理论分析和数值模拟的方法,分析了短壁充填巷道协同控顶原理,得到了不同宽高比条件下围岩稳定性的变化规律。研究结果表明:当巷道高度固定时,顶底板和两帮最大移近量随宽高比的增加先缓慢增加然后略有减小,在宽高比大于1.0后又快速增加;且在巷道宽高比为1.0时,单位面积的巷道变形量最小,最有利于巷道围岩的稳定;结合百良旭升煤矿具体开采条件确定了短壁充填巷道的合理宽高比为1.0,并根据非对称性的变形特征给出了具体的支护方案。