矿井水害防治是当前煤层开采的重要工作,是保证煤层安全高效开采的前提.为查明高家堡矿井白垩系含水层水文地质条件,通过地面钻探实测了导水裂隙带高度,采用实测裂采比对其进行预测,利用抽水试验和水化学分析等方法从岩性特征、富水特性、水力联系、水化学特征等方面总结了洛河组含水层水文地质特征.实测导水裂隙带高度为 88.03～327.35 m,预测值为 92.03～277.13 m,导水裂隙带已经波及到白垩系洛河组含水层.白垩系含水层水文地质条件简单,洛河组含水层对矿井开采威胁较大.
钻屑法作为一种简单、可靠的冲击地压监测手段,在冲击地压预测、卸压效果检验等方面具有重要作用,但钻屑法仍然采用传统的操作方式,特别是在煤粉数据上传方式上,仍采用人工记录、升井后交予防冲部门的方式,因此监测结果具有较大的滞后性,不符合矿井智能化发展的要求.为改变传统的钻屑监测数据上传方式,实现煤粉量测量结果的实时传输、数据的自动化分析,研发一种钻屑法监测数据自动上传系统,该系统主要由计量装置、遥控器、分析软件等组成,其中计量装置可同时实现煤粉量的计量和Mesh自组网上传功能;遥控器还提供数据采集、上传方式;分析软件实现钻屑数据的自动分析功能.现场使用结果表明,该系统稳定可靠、智能化程度高,可将钻屑过程中钻孔每米煤粉量、动力效应等信息实时传送至地面,及时对钻孔信息情况进行分析,完全满足钻屑法监测的相关要求,使钻屑法对冲击地压的监测更加简便、高效.
为研究高瓦斯矿井综放工作面瓦斯抽采情况,以山西某矿090507 工作面为研究对象,采用工作面顺层钻孔、高位钻孔和采空区埋管等方法,对工作面瓦斯进行综合治理,且对钻孔进行设计,对抽采效果进行分析.结果表明,顺层钻孔抽采本煤层瓦斯能够在较高的浓度下持续较长时间;高位钻孔抽采瓦斯时钻孔倾斜距布置在25～66 m抽采效果好;上隅角最佳埋管长度为 15～20 m;当提高工作面瓦斯抽采混合量时,瓦斯抽采量增加,回风流瓦斯浓度下降,具有很好的瓦斯治理效果.研究结论能有效地预防工作面及采空区瓦斯超限问题.
水帘洞煤矿东区属于老采区,以往4 号煤层开采极不规则,加之长期处于停滞状态,为遗煤自燃提供了可能.针对物探工作对该区推断的采空区和火烧区为例,结合矿区地质、水文地质及以往井下实际采掘资料,利用机械岩芯钻探的手段,选用钻探、煤厚测量及煤芯分析、顶底板围岩分析、简易水文观测等方法,对采空区、火烧区进行了探查.经验证,物探推断的采空区和钻探结果一致,可信度较高;物探推断的火烧区和钻探结果不一致,可信度较低.由于受钻探探查的局限性,建议矿方下一步增加钻孔数量,扩大探查范围,为该区的成功复采提供强有力的指导.
中国西北地区大部分煤田均存在煤层自燃现象,不仅浪费大量的煤炭资源,而且污染环境.同时由此形成的烧变岩是良好的导水及储水空间,容易在煤田采掘过程中造成突水危害,直接威胁到煤矿的安全生产,因此火烧区边界的确定对煤矿安全生产具有重要意义.采用自然电磁脉冲理论与NEMV地质勘探技术,结合当地地质背景资料确定火烧区边界的解释原则,通过数值模拟和实测数据处理对比分析发现,电磁脉冲信号由正常地层经过烧变区时,信号值会发生突变,应力系数剖面上表现为由高到低或由低到高的突变点,或应力系数剖面上的变化界线,进而精确划分火烧区边界.通过层析成像剖面与应力系数分布剖面对红柳林研究区域 4-2 煤层火烧区边界进行精确划分,为今后煤田工程设计提供了技术保障.
针对无机加固材料和普通有机加固材料在井下开采应用中出现的反应温度较高、粘结度差、易发火等问题,采用实验室试验和理论分析相结合的研究方法,对研发的新型低温高分子加固材料的主要性能进行测试,并根据叙永一矿 1599 工作面顶板破碎情况进行注浆加固方案设计和现场应用.结果表明,新型低温加固材料的浆液粘度、固化时间、反应温度、闪点、阻燃性能以及力学性能等主要性能指标均优于国家标准要求;采用新型有机高分子超低温加固材料对支架上部破碎岩体及煤壁前方顶板进行预注浆加固,注浆施工采用深、浅孔结合,同时兼顾加固与堵水双重作用;1599 工作面顶板注浆加固后,上覆岩层强度变大,承载能力随之变强,工作面液压支架阻力平均值均低于支架的额定工作阻力值,注浆加固效果良好.
地质条件的复杂性已成为制约智能开采发展的瓶颈,亟需查明工作面内部地质发育情况,构建动态地质模型,为煤矿安全智能开采提供地质保障.以黄陵一号煤矿810 工作面为例,结合地面钻孔、槽波地震勘探、钻孔探测、巷道测量、地质写实等信息,对工作面的地质条件进行数据融合分析,构建动态地质模型,实现工作面地质信息透明化.研究地质模型与智能开采的交互关系,由地质截割曲线实现基于透明地质的智能割煤,构建的地质模型可满足智能开采的精度要求.该成果可为实现基于透明地质的智能开采模式提供借鉴.
为了确保纳林河二号煤矿深部小煤柱沿空布置工作面的安全高效回采,通过深入分析 3-1煤层上覆岩层关键层结构、见方期间采场出现的高静载、强动载冲击要素后,重点采用地表沉降手段对控制地表沉降的主关键层7 的破断问题进行观测,同时采用微震监测系统对控制临空顺槽的近距离的亚关键层 1 和亚关键层 2 的破断事件进行监测,形成了"高位防震、低位消冲"的冲击风险管控模式.在 10 刀/d的高强度开采工程背景下,"高位防震"管控中发现了最大下沉值的移动速度VΔH-max和最大下沉速率的移动速度VV-max两项关键指标与工作面回采速度基本一致,消除了高位矿震风险."低位消冲"中发现了近距离岩层破断基本呈现"能频同步"的现象,确保了顶板岩层能量处于均衡平稳的释放状态,为今后类似条件下的冲击地压回采工作面煤矿采空区矿震、冲击风险管控、产能调控提供了一条新的路径.
煤巷不仅是煤炭开采中的主要成本,而且是井下作业的主要场所.为了科学指导煤巷的布置、掘进、支护等工作,基于煤巷稳定性分析技术的研究现状,构建以地质因素、巷道因素、支护因素和回采因素为准则层的煤巷围岩稳定性分级评价体系,以顶底板强度、埋深、煤层强度、异常构造影响等14 项指标作为指标层的煤巷稳定性分级评价指标体系.联合物元可拓理论和特尔菲理论,建立一种评价煤巷围岩稳定性的新方法.以河曲矿区某矿21003 工作面辅运巷道为例,基于特尔菲-物元可拓模型对辅运巷道围岩稳定性进行评价,评价结果符合煤矿生产实际情况.
陕北侏罗纪煤田榆神矿区2-2煤自燃形成的烧变岩裂隙、空隙发育,为地下水的径流、储存提供了良好空间,是当地稳定可靠的供水水源.本文以榆神矿区河兴梁井田为例,采用地面调查、三维地震、瞬变电磁勘探、电视窥视、钻探和抽水试验等方法,查明烧变岩含水层的岩性特征、裂隙发育情况,并对其导水性及富水性等水文地质特征进行分析研究.为后期煤炭开采、水资源开发利用与保护提供参考.
针对白羊岭煤矿 15111 工作面过断层存在顶板破碎、矿压显现强烈的问题,以推进方向上的DF11 和DF10 断层为工程背景,选取JDAQ-4 无机加固材料对断层破碎带落差大、对工作面安全回采影响大的区域进行不饱和注浆,并设计自制了一种自封孔式定向注浆钢管应用于现场的注浆加固工程中.在胶带顺槽内设计了合适的钻孔参数并采取了合理的注浆工艺对断层进行注浆加固,使得破碎的煤岩体能够重新胶结为统一的整体.现场实践效果表明,自封孔式定向注浆钢管能够达到注浆的要求并且能够节省浆料,注浆加固后能够将断层重新胶结为统一的整体,提高围岩强度,对抑制顶板来压异常效果显著,具有一定的推广和应用价值,对类似过断层的注浆加固工程提供了借鉴.
瓦斯防治是煤炭资源安全开采的首要任务,而瓦斯防治的关键是根据矿井瓦斯自然释放规律及其影响因素进行精准治理.以黄陵二号煤矿为研究对象,对矿井采掘活动中最常出现的底板油型气自然释放规律及其影响因素展开分析.得出掘进工作面主要油气自然释放位置在巷道中部底鼓裂隙且衰减规律符合幂函数关系,工作面回采过程中油型气钻孔抽采效果与其终孔位置密切相关,并确定了油型气钻孔抽采最佳层位;同时地质构造对油型气自然释放具有重要影响,其中背斜影响最为显著.研究成果为二号煤矿油型气防治提供了一定的理论依据.
河曲露天煤矿在首采区服务年限结束后面临的采区转向问题可能会严重影响河曲露天煤矿的经济效益与正常的生产工作,进而影响河曲露天煤矿工作面布置、采排成本与剥采比以及后续的发展,基于以上原因开展对河曲露天煤矿首采区转向二采区的合理过渡转向方式的研究工作.通过对重新拉沟、扇形转向、缓帮留沟3 种转向方式的特点进行分析并进行多方面论证,结合运距、外排量、煤质变化与平均剥采比等工程因素进行综合考虑,基于经济上合理、工程上适用的原则对3 种转向方式使用集值迭代法确定不同指标所占有的权重,最终使用TOPSIS评价法得出使用缓帮留沟方法转向为最佳转向方式.
矿井环境复杂,粉尘颗粒、有害气体和潮湿等作业环境会对机械设备造成不同程度的腐蚀,同时因开采强度和开采深度的不断增加,引发的煤层硫化氢气体会加速损坏液压支架立柱及千斤顶的使用寿命.基于矿用液压支架千斤顶活塞杆在井下复杂的工况下出现不同程度的锈蚀、斑坑等表面局部缺陷,为有效解决活塞杆镀层损伤问题,提高部件复用率,黄陵矿业机电总厂通过对比分析,引进了一种先进的增材技术,即激光熔覆再制造技术,重点介绍了该技术的加工原理、修复工艺及特点等.实践表明,该技术显著提高了千斤顶表面的硬度、耐腐蚀性及耐磨性等性能,能够大幅延长液压支架千斤顶的服役寿命,保障矿井安全生产.
陕晋蒙地区近年来降雨量增多,使得地下水位上升,导致部分埋地敷设的管线、管沟位于地下水位以下,存在一定安全隐患.因此,需要对煤矿矿井工业场地的管线敷设方式进行分析比较.本文阐述了矿井工业场地的管线布置原则与敷设方式.以大海则煤矿为例,对管线埋地敷设及架空敷设2 种方案进行技术及经济比较,发现陕晋蒙地区2 种管线敷设方式的造价相差不大,但埋地敷设具有安全可靠、保温性好的优点,故推荐采用埋地的管线敷设方式,同时应充分考虑地下水位影响,合理确定场地及管线设计标高.
本文总结了煤与瓦斯突出预警研究现状,介绍了煤与瓦斯突出大数据预警技术与传统预警方法的区别,分析大数据预警技术的数据特征.在此基础上,以安全系统理论、煤与瓦斯突出机理、事故案例为指导,构建煤与瓦斯突出大数据预警动态指标体系,该体系包括地质动力、采掘扰动、实时预兆显现、防突措施和地理信息共 5 个一级指标.并在此基础上提出由数据采集层、数据集成层、数据分析层、数据服务层和数据交付层5 个部分组成煤与瓦斯突出大数据预警架构,为实现煤与瓦斯突出准确、快速预警提供支撑.
粉尘危害是煤矿生产的主要灾害之一,如何高效降尘、除尘是煤矿安全生产中的重要问题,而喷雾降尘技术是目前煤矿井下粉尘防治的最主要措施之一.为解决传统喷雾设备在运行过程中存在启闭不及时、智能化程度低等诸多缺陷,构建了矿用无线自动喷雾降尘智能集控系统,详细介绍了智能集控系统的构成、主要功能与参数,分析了系统工作原理与性能优点.研制了无线通讯技术和多种联动控制模式,使该系统具有无线通信、远程智能集控、在线监测等功能.智能集控系统的现场应用效果表明,该系统在提升矿井粉尘防治自动化、智能化水平的同时,能够有效降低产尘点粉尘浓度,保障煤矿安全生产.
针对目前矿用煤巷综掘机存在的抗电磁干扰能力差、通讯速度慢、终端接口少、设备兼容性低、保护功能不齐全等问题进行分析,提出自动化电控系统优化升级的必要性.通过以DCF-1 型控制器为蓝本,采用CANOpen总线系统设计方案,实施对设备运行时的油温油位、电流电压、报警保护等功能检测,并以PROSYD 1131 软件实现良好的人机互动效果,提升了信号传输速度以及故障点分析与排除的效率,现场应用效果显著.
为解决红庆河煤矿采区3-1 煤层采高较大、来压剧烈,易出现片帮、空顶、冒顶等问题,采用微震联合监测系统对红庆河煤矿3-1402 工作面进行微震信号监测,分析了工作面过切眼、斜联巷、停采线等特殊区域期间以及回采速度对微震活动时空分布的影响.结果表明,微震事件在工作面超前400 m范围内分布比较集中,频次与推进度成正相关;微震活动主要受工作面超前支承应力、采空区侧向支承应力及巷道煤柱两侧集中应力,3 种应力叠加影响.研究结果可为类似矿井冲击地压的有效防治提供科学依据.
米泉三道坝煤田火区为矿井火灾引发的煤田火区,火区存在燃烧煤层为急倾斜、特厚煤层,且煤层间距小,煤矿开采和火区燃烧造成地表大范围的塌陷和裂隙,地下采空区、烧空区较多等特点,燃烧情况复杂,施工存在较大的安全隐患,使火区治理难度加大,由于传统注水中的水没有堆积性,易流失,两相泡沫不耐高温等.针对采空区、烧空区、裂隙发育区等区域需要使用具有堆积性的新型注水发泡材料,普瑞特防灭火材料具有胶体、泥浆、惰性气体和阻化剂等材料的优点,注浆时具有发泡性、保水性,使水以发泡的方式在火区裂隙、采空区、塌陷坑内大范围扩散,同时可在其高、中、低位置火源进行全面覆盖,热稳定性好,能够承受明火,在火区治理时能起到持续吸热、降温、湿润和冷却的作用,对裂隙区、采空区和塌陷区的治理效果明显.
