为了探究锚杆在巷道支护过程中的力学特性,本文采用分布式光纤传感技术分别对两根不同直径的锚杆在轴向载荷作用下的力学特性进行监测,并分析了二者在轴向变形过程中的应变规律.结果表明:轴向载荷作用下,直径越大的锚杆在弹性阶段抵抗弹性变形的能力越强;随轴向载荷的增大,锚杆颈缩断裂位置附近的应变增量较其他位置更大;分布式光纤传感技术可以实时监测锚杆在轴向载荷作用下的应力-应变状态,并且可以判断锚杆断裂破坏时颈缩现象产生的具体位置.
为研究植生孔最优角度的确定方法,提出了空间利用率、结构面揭露程度、接受水分补给能力、抗蒸发能力四项评价指标,综合运用三维建模、COMSOL多孔介质非饱和入渗模拟和热湿耦合水汽运移模拟等方法,探讨了植生孔角度变化对这四项指标的影响.为验证模拟结果,于徐州市园博园岩秀园宕口建立试验基地,长期监控、量测试验植生孔的各项参数指标,并进行了处理分析.结果表明,在控制孔深50 cm、孔径20 cm条件下,植生孔角度在40°～60°能保证较高的空间利用率;通过实测边坡及结构面产状建立对应三维模型并计算,可获取结构面揭露面积峰值对应的植生孔角度;在 30°～80°,植生孔角度越大,越利于其接受自然降雨或喷淋养护等方式的水分补给,但同时使之在干旱条件下抗蒸发能力减弱.该研究结果和最优角度确定方法,对生产实践有良好的指导意义.
对于露天转地下的开采工程,护顶矿柱是矿山地下开采浅部转深部的关键衔接部分,护顶矿柱的厚度不仅关系着地下开采的安全性,同时也影响矿山的经济效益,其尺寸的合理性对工程稳定性及深部开采安全极其重要.某铁矿为大型深凹露天矿,露天开采结束后将转入地下开采,本文采用FLAC3D软件,结合铁矿工程地质条件、开采工艺方案等建立三维数值模型,对不同厚度时护顶矿柱的稳定性进行模拟分析.结果表明,护顶矿柱的设置确实能够有效控制围岩变形和空区破坏,保证空区下矿体回采的安全进行,确定了最佳护顶矿柱厚度.对类似矿山资源回收及安全生产具有一定的参考和借鉴意义.
为解决高瓦斯矿井宽巷布置所引起的煤体浪费和瓦斯排放问题,本文提出了构筑混凝土墙成巷的技术方案,通过数值模拟的方法分析了不同宽度混凝土墙成巷的围岩应力分布规律,研究了柔模泵注技术构筑混凝土墙的材料配比,揭示了混凝土墙成巷的最优高度,结合实际情况优化了混凝土墙成巷技术.结果表明当混凝土墙体宽度为1.6m时,隔离墙体应力集中程度最小,具有较好的承载能力,且在采动影响下不易发生塑性破坏而失稳.柔模泵注技术构筑混凝土墙和支护技术的联合应用能够有效维持围岩变形,为巷道围岩稳定性维护提供了理论依据.
自然崩落法矿山拉底水平面积较大,穿脉较长,如未采用切割沿脉,容易造成拉底水平松动矿运输距离远、通风困难.拉底和沿脉巷道交叉口在支承压力和侧向支承压力的叠加下,形成一个高应力集中区,对拉底爆破质量影响较大.拉底爆破的质量直接关系到后期出矿水平聚矿槽爆破质量和底部结构,为提高拉底过沿脉爆破质量,保护底部结构稳定性,本文通过对某矿有无切割井拉底过沿脉进行分析,确定在高应力作用下拉底过沿脉有切割井爆破效果较好,可以有效的改变爆破最小抵抗线,增加爆破自由面,降低炸药单耗,提高装药系数,提高拉底爆破过沿脉质量,有效保护底部结构稳定性.
为探究冲击载荷作用下砂岩动态拉伸力学响应特性,借助φ50 mm分离式霍普金森压杆系统,对砂岩开展动态巴西劈裂圆盘实验.研究结果表明:冲击载荷下砂岩动态抗拉强度随加载率的增大而增大,呈二次函数关系,且砂岩峰值应变与加载率呈负相关关系;砂岩动态拉伸破坏过程中,破碎耗散包括3 个阶段:性储能阶段、塑性变形储能阶段、破坏稳定阶段,其中入射能、反射能、透射能均随加载率的增大而增大,呈一次函数关系(R2≥0.84),能耗率呈二次函数关系(R2 =0.98).研究成果为煤矿围岩控制提供借鉴参考.
某金属矿矿体特征为埋深浅的缓倾斜厚大矿体,矿岩节理裂隙发育,地表有公路和建构筑物存在,地下开采可能对矿区地表建构筑物和公路造成影响.为解决上述问题,本文优选大直径深孔侧向崩矿和底盘堑沟中深孔空场法的开采方案,利用FLAC3D软件模拟分析了充填开采对矿山地表的移动和沉降机理变形规律,对比分析了充填及未充填下地表移动变形差异情况.研究表明,充填采矿法可使地表岩移趋近于连续变形和均匀下沉,有效增强矿山地表建构筑物的安全保护等级,具有可实施性.
基于1303 工作面回风平巷原支护条件下围岩变形量大、无法满足采面煤炭高效回采需求问题,提出综合采用现场实测、钻孔窥视、数值模拟等技术手段分析围岩大变形原因,并给出岩支护优化方案.研究结果表明,1303 回风平巷围岩松软、遇水膨胀,邻近采空区侧向应力、围岩淋水以及原支护参数不合理等是导致围岩变形量大的主要原因.针对性提出锚杆+锚索+金属网、锚杆+锚索+金属网+注浆两种优化方案,并通过数值模拟分析优选采用锚杆+锚索+金属网+注浆方案,具体给出巷道支护技术参数.工程应用后,回风平巷顶底板、巷帮最大收敛量分别为 182 mm、63 mm,变形量较支护优化前分别降低72.7%、85.8%,表明采用的优化支护方案有效控制了回风平巷围岩变形.
有机高分子絮凝剂已在铜绿山矿使用多年,但由于目前市场上絮凝剂生产厂家和产品种类多,采购价格也存在差异,增加了絮凝剂选型及采购应用难度.为筛选出适合铜绿山矿全尾矿沉降的絮凝剂类型,降低絮凝剂成本消耗,本文针对市场上4 种畅销品牌的高分子絮凝剂及现场生产用絮凝剂开展溶解试验和沉降对比试验,并在试验研究的基础上进行了生产成本测算.研究结果表明:在18g/t用量条件下,五种絮凝剂的尾矿沉降速度快慢顺序为:YD-6>A556>A345>JC186>3660DF,且沉降速度快的,沉降层浓度也越高,其中沉降效果较好的三种絮凝剂A345、A556、YD-6 的最佳用量分别为21 g/t、18 g/t、18 g/t,最终综合考虑絮凝剂试验效果和生产成本消耗,推荐选择YD-6 絮凝剂,生产用量为18 g/t.
边坡失稳破坏是露天矿山开采的重大风险,原位监测作为变形信息反馈和边坡破坏预警的手段,对边坡安全风险预报有重要意义.虽然近年来边坡监测技术取得了长足进步,但边坡监测设计依然面临一些瓶颈,如监测系统合理配套设置、预警阈值确定困难等.根据非煤矿山的有关规范,确定边坡监测内容;结合露天矿边坡多源多场安全监测主流的"空-天-地"一体化监测技术,优选安全经济的监测方法;由近年来一些露天开采滑坡的实际监测案例,用四级预警体系,给出了监测设计边坡预警阈值.研究从边坡监测的各个环节出发,形成了基于多源数据的露天开采边坡安全监测整套设计方法.
露天转地下开采时,盘区矿柱能够承受上覆岩层荷载,对开采区域围岩稳定性具有重要的影响.为保证地下开采生产安全,本文采用数值模拟方法,根据无人机航拍得到影像数据生成三维实景模型,建立三维矿山数值模型,在盘区之间布置不同宽度的条形矿柱,对宽度分别为20 m、30 m、40 m以及34m与26m交替布置四种盘区矿柱进行尺寸对比分析研究.通过对比盘区矿柱应力分布和塑性分布特征,发现随着矿柱宽度的增大,塑性破坏分布区域减少,最大主应力值降低,能够有效保护开采区域的稳定性.模拟结果表明,矿柱宽度为34m与26m交替的方案最优,研究结果可为类似开采条件下的矿柱设计提供参考.
万峰矿主采煤层煤质松软、透气性差,瓦斯赋存不均衡,致使瓦斯抽采困难、效果不理想.为摸索出提高瓦斯抽采浓度的成套技术,进一步提高瓦斯抽采率,提出"两堵一注一排"封孔、"DN150 汇流"连孔、瓦斯抽采支管放水等优化技术措施,并开展现场试验,得到不同优化技术措施条件下的抽采浓度和效果.结果表明:新型"两堵一注一排"的封孔钻孔浓度普遍在70%以上,瓦斯浓度衰减率也大幅度降低;瓦斯抽采支管放水后,支管浓度一般在 35%上下,并且随连抽钻孔增加而逐步提升.以期为类似工作面煤炭安全高效回采提供借鉴.
在当前智能煤矿场景中,大量煤矿微震传感器所产生的时序数据呈爆炸式增长,进而对现有的存储系统及性能都有了更高的要求.目前已经存在基于分布式列族数据库HBase能够存储工业时序大数据的实例,但是由于没有考虑到特定业务场景中数据的特征关联问题,现有的策略仍然无法较好地满足煤矿微震波形时序数据的特定存储需求.针对上述问题,基于分布式存储系统HBase,利用煤矿微震波形时序数据的特征,提出了基于HBase与Netty的煤矿微震时序大数据存储性能优化(CM2 TS-HBase),分成四个部分,分别为数据采集层、数据预处理层、数据中转层以及数据存储层.其中,数据采集层分为离线部分与实时部分,离线部分即存储在数据中心硬盘中的历史微震时序数据文件,实时部分即部署在某煤矿的多个微震波形传感器通过网络实时地向数据预处理层进行数据缓冲;数据预处理层实现对波形时序数据的文件进行对齐、解析以及序列化操作.根据煤矿微震波形时序数据特征提出了适用于微震波形时序数据的HBase数据表结构、预分区策略以及主键优化策略,有效地解决了数据存储过程中出现的数据热点问题以及数据分散问题;数据中转层提出了基于Netty与Redis的数据转发中间件平台为整个存储体系提供异步处理机制,较好地解决了高并发存储问题;数据存储层是基于分布式数据库HBase作为存储体系的底层存储媒介.最终根据真实数据集的存储耗时证明了相较于原生存储方法(HBase API)与基于金融时序数据存储优化(FTBase),CM2TS-HBase在煤矿微震时序数据的存储性能有了明显提高.
为准确掌握靖远矿区特厚煤层采动覆岩裂隙演化分布规律,为回采过程中瓦斯抽采系统的布置提供依据,以魏家地矿北1103 工作面为试验原型,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟相结合的方式开展工作面回采试验,统计特厚煤层采动覆岩周期来压规律,分析回采过程中围岩应力的变化规律,研究特厚煤层采动裂隙的演化分布规律.结果表明:最后一次周期来压时,裂隙带和垮落带停止向上发育,高度分别为39.1 m和127.9 m;围岩应力集中区应力呈轴对称分布,分布范围为8.94～19.8 MPa,卸压区的应力呈抛物线分布,分布范围为0.22～1.46 MPa;卸压区的高度及位移最大区高度随煤层采高的增大逐渐增大,其中卸压区高度的增高趋势趋缓,变化范围为70.4～81.2 m,位移最大区的高度变化范围为52.4～74.8 m,其宽度随采高的增大而减小,变化范围为102.3～71.6 m;采高从6m增加到12m时,主关键层出现显著的下沉变形,上方无明显裂隙,下方裂隙激增,采空区压实区宽度减小、高度增加.
本文以金属非金属矿山可视化安全监测专项为依托,利用三维激光扫描技术对米易万年沟尾矿库进行安全监测,对2021年1月到2022年12月的库区进行了扫描监测.结果表明:现状干滩长度524.555 m,万年沟尾矿库万年沟库区面积增加14.5万m2,堆积坝高由1 579.249 m增加至1 589.09 m共增加9.841 m,筑坝速率为4.920 5 m/a;新增堆排尾砂约1 265.7万m3,堆排速率为660.365万m3/a;尾矿库总库容较大,筑坝速率、堆排速率较快,为防止溃坝带来的严重后果,运用了三种极限平衡法,其计算结果表明尾矿库目前处于稳定状态.
为实现矿用磨球强韧性的进一步提升,本文采用Box-Behnken设计-响应面法(BBD-RSM),选择奥氏体化温度、奥氏体化保温时间、回火温度、回火保温时间为 自变量影响因子,磨球的洛氏硬度和冲击韧性作为响应目标值,构建了多项式回归方程模型,同时利用OM、SEM、XRD等分析手段,研究了不同热处理条件下磨球的显微组织形貌及物相特征.结果表明,热处理参数对磨球洛氏硬度的显著性影响排序为回火温度＞奥氏体化温度＞奥氏体化保温时间＞回火保温时间,对磨球冲击韧性的显著性影响排序为回火温度＞回火保温时间＞奥氏体化温度＞奥氏体化保温时间.通过优化获得最佳热处理参数为奥氏体化温度885℃,奥氏体化保温时间4.8 h,回火温度400 ℃,回火保温时间3.5 h,其洛氏硬度为59.84HRC,冲击韧性为6.16 J,验证实验相对误差＜5％,证实了响应面法优化磨球热处理参数的精确性和科学性.奥氏体中的合金元素含量,碳化物尺寸、形态和分布情况,残余奥氏体的转变行为及占比的共同作用,是磨球的洛氏硬度和冲击功呈现规律性变化的主要原因.
为充分揭示采动影响下地面井抽采瓦斯运移的主要影响因素,实现地面井瓦斯的高效抽采,在建立含瓦斯煤体的多物理场的耦合数学模型的基础上,推导出煤体应力及渗流方程,进而得出孔隙率及渗透率与应变、瓦斯压力等参数之间相互关系.以山西某矿为工程背景,利用COMSOL Multiphysics软件对地面井瓦斯抽采实践进行模拟,并确立了数值模拟的初始和边界条件,分析不同地应力条件、不同的初始渗透率及不同初始瓦斯压力对钻井抽采产量及效率的影响.结果显示:地面钻井瓦斯抽采速率及抽采量受地应力、瓦斯压力、渗透率影响明显,其中渗透率是其决定性参数,但渗透率主要受到了地应力的影响.在一定地应力条件下,孔隙率及渗透率随着抽采时间的增加先行减小,而后增大,存在着一个临界残余瓦斯压力点;而初始渗透率对地面井瓦斯抽采影响明显,初始值越大,瓦斯压力下降越显著,抽采速率和抽采量同时变大.因而在地面井进行抽采时,提高煤层初始渗透率不失为实现钻井高效抽采的一种方法.通过采动地面井现场实际试验表明,受到采动充分卸压以及渗透率的提高影响,抽采浓度及纯量皆有阶跃式地增长,极大地提升了地面井抽采效率.
为解决煤矿井下产尘量剧增导致的粉尘治理问题,针对东欢坨矿井矿井综合防尘系统现状及存在问题基础上,梳理了矿井综合防尘理念,利用现场实测、数值模拟、实验研究等技术手段,对比除尘风机、除尘器及附壁风筒对工作面粉尘浓度的影响,进一步对现有综采工作面粉尘治理现状分析,测试不同地点、不同工序粉尘分布,分析综掘工作面粉尘运动规律及防尘体系建设、综采工作面粉尘运移规律及防尘体系建设、矿井综合防尘体系安全文化建设等方面展开.
矿山开采过程中巷道和采场的变形破坏是地应力、地质构造和岩体强度等多因素综合作用的结果,地应力是其中重要影响因素之一,研究原岩应力测量结果有助于全面地认识和了解整个工程区地应力分布情况,为工程设计和矿山开采提供依据.本文采用套芯解除法对某矿埋深600 m以深的2个中段进行了地应力测量,结果表明:应力场主要以水平应力为主导,最大水平主应力值为14.25～20.17 MPa;中间主应力值为8.34～11.35 MPa;最小主应力值为5.67～8.68 MPa,为竖直应力.测区最大主应力方向NNE～NEE,各测段最大主应力与最小主应力的相差较大,其比值平均在2.54左右,造成剪应力值相对较大.通过Rc/σmax评价岩体稳定性,-258 m中段,英安斑岩、闪长岩、石英斑岩围岩属于低应力,无岩爆;绢云母千枚岩围岩大变形等级轻微.-378 m中段,英安斑岩、石英斑岩围岩为高应力,有岩爆倾向;闪长岩围岩属于低应力,无岩爆;绢云母千枚岩围岩大变形等级轻微.
某铁尾矿钴含量约为0.012％,钴资源未得到有效回收.为考察该钴资源回收的可行性,本文进行了相关试验,重点研究了浮选浓度和矿泥对钴矿物浮选回收的影响,研究发现脱泥及适当的浮选浓度有利于钴矿物的浮选回收.最终确定采用旋流器脱泥,在浮选浓度为25％的条件下,以丁基黄药为捕收剂,采用一粗两精一扫的工艺流程,可获得品位为4.659 11％,钴回收率为54.41％的钴精矿.
