当期目录

2022年 第43卷 第3期 刊出日期：2022-06-25

  

基于CT扫描的煤岩试件破坏加载速率效应数值模拟研究

任仰辉

2022, 43(3):  1. 

摘要 ( 297 )  

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加载速率效应是岩石力学和地质领域的研究重点之一。非均质结构与加载速率效应的耦合，将使得煤岩体呈现更为复杂的破坏特性。基于微焦点工业CT对煤岩试件进行了微米尺度上的扫描，构建了反映试件内部结构信息的三维数值模型，并导入FLAC3D软件进行了5种不同加载速率下(2.5×10-7、5.0×10-7、2.5×10-6、5.0×10-6、10.0×10-6 mm/step)的单轴压缩实验数值模拟。结果表明，5种加载速率下，弹性阶段的应力—应变曲线基本重合，但在荷载接近试件承载极限时，不同加载速率的应力—应变曲线变化明显，加载速率增大时，峰值应力相应增大，对应的应变值也增大，在一定范围内增大加载速率使得试件的承载能力有所提高。受材料非均质性影响，塑性区分布并不对称，且峰值应力后，加载速率对塑性区的分布影响更为明显。应力达到峰值前，剪切应变率较大区域均未贯穿试件，而加载速率越大，剪切带形状越趋于不规则；应力达到峰值后，加载速率越大，试件破坏越突然，破坏形式也更复杂。

大埋深小煤柱沿空巷道掘进期间锚杆(索)工作性能研究

杜勇, 张继华, 冯旭阳

2022, 43(3):  7. 

摘要 ( 132 )  

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以袁店一井煤矿大埋深小煤柱沿空掘巷为工程背景，为了解决大埋深小煤柱沿空巷道围岩剧烈变形破坏的难题，提出了以“强化沿空侧顶板支护”为核心的沿空巷道掘进支护模式，利用FLAC3D软件建立了典型沿空巷道围岩控制技术的数值模拟方案，分析了大埋深小煤柱沿空巷道变形破坏模式，研究了以“强化沿空侧顶板支护”为核心的沿空巷道掘进支护技术方案下锚杆锚索稳定性，并且在袁店一井煤矿1037工作面风巷进行了现场试验，引入锚杆锚索无损检测技术对沿空巷道锚杆锚索监测，后续监测表明支护效果良好，切实解决了大埋深小煤柱沿空巷道掘进期间锚杆锚索稳定性控制难题。研究成果对于指导大埋深小煤柱沿空巷道掘进期间锚杆锚索稳定性控制具有一定的理论与工程意义。

特厚煤层综放工作面放煤工艺优化研究

杨海阁, 贺鹏,

2022, 43(3):  13. 

摘要 ( 121 )  

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为提高塔山煤矿特厚煤层综放工作面顶煤回收率、降低含矸率，以8310工作面为背景，采用数值模拟和现场试验相结合的方法，用CDEM离散元软件分别建立单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、分段间隔四级放煤和分段间隔三级放煤数值模型，分析对比4种不同放煤方法的特点及放煤效果，并进行了现场验证。结果表明，采用分段间隔三级放煤法的放煤效果最好，提高了工作面顶煤回收率及精煤产出率，为类似条件综放工作面提供理论与实践依据。

基于钻孔应力法的巷道卸压带宽度考察研究

姚学庆, 郭艳飞

2022, 43(3):  19. 

摘要 ( 122 )  

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为了进一步提高巷道卸压带宽度考察的准确性，解决瓦斯参数法测定结果差异不明显、区分卸压带范围困难的难题，基于煤层巷道围岩应力动压变化特征，提出利用钻孔应力法进行卸压带宽度测定，并在赵固二矿14030回风巷开展现场试验。实验结果表明：煤层巷道成巷后，围岩应力处于动压变化状态，在巷道不同深度处安装钻孔应力计，可观测到较为明显的应力变化，实现对巷道卸压带宽度测定的目的；利用钻孔应力法考察赵固二矿14030回风巷距巷帮15 m位置为卸压区、18 m位置进入应力集中区、21 m位置为原始应力区；采用瓦斯含量法、钻屑法同步考察，验证了该方法测定结果的可靠性，为巷道卸压带宽度考察提供借鉴。

煤矿井下注浆用高吸水材料的对比优选研究

王冕, 黄继磊, 王世杰, 周银波

2022, 43(3):  24. 

摘要 ( 147 )  

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煤矿井下采空区注浆防火是保障安全开采的重要工作，但在大倾角或冒落带空隙较大时浆液扩散不充分，容易发生浆液流失。为提高采空区的注浆效果，研究分析2种高吸水材料对黄泥浆的改性特点。研究结果表明，H700型吸水材料吸水能力和保水能力强，添加后黄泥浆流变性发生改变，表观黏度提升，可有效降低浆液的流动能力。H700型吸水材料较为适合在煤矿井下应用，且质量浓度为0.4%,实践应用表明高吸水材料在煤炭自燃防治工作中具有较强的应用价值。

小煤柱工作面低位放顶煤技术覆岩运动与变形控制研究

雷明

2022, 43(3):  29. 

摘要 ( 138 )  

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为揭示中深度埋深厚煤层低位放顶煤小煤柱工作面开采过程中覆岩运动规律，通过解读相似模拟理论，充分利用实验设备尺寸，综合现场生产流程，获得最佳模拟方案。具体做法：利用模拟理论与实际生产相互转换，运用相似材料的锚杆、锚索和护表体系等搭配组合成常规支护体系，将其应用于小煤柱巷道，发现存在的问题缺陷，并制定针对性的补强支护措施，同时在晋能控股煤业集团某矿进行生产实践。现场监测显示，巷帮峰值移近量1 188 mm,煤柱应力呈先升后降趋势，峰值近22 MPa,且浅部应力具有滞后性，充分发挥煤柱自承作用，满足生产需求。

矿井永久密闭技术现状与展望

暴晓庆, 刘笋, 马旭, 高蕾, 时国庆

2022, 43(3):  36. 

摘要 ( 87 )  

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总结了我国现有矿井采空区和巷道永久密闭技术，分析了常用无机材料充填密闭、有机材料充填密闭和混合材料充填密闭的特点和局限性，继而从复合新型充填材料、快速支模新工艺和轻型泵送充填新设备三方面展望了永久密闭技术的发展趋势，为相关研究提供借鉴和参考。

侵蚀构造影响下的煤层自然发火特性研究

姚奇龙, 吴长艳

2022, 43(3):  42. 

摘要 ( 98 )  

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不同防漏风形式下Y型通风风流场研究

王炯, 吕邦国, 宫伟力, 陈旭

2022, 43(3):  47. 

摘要 ( 100 )  

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为研究Y型通风采煤工作面不同防漏风形式下的风流场，以张集煤矿1613A工作面为工程背景，通过Fluent数值模拟说明了沿空留巷段在不防漏风、侧面防漏风、侧面顶板共同防漏风3种措施下，留巷侧面与顶板的漏风情况，并探究风流场的分布规律与采空区“三带”分布规律。模拟结果表明，在无防漏风措施时，留巷段前80 m漏风严重；留巷侧面的防漏风措施可以大大减小漏风速度，并阻止留巷位置的气流从水平方向渗流向采空区，但气流仍能通过顶板向采空区渗流；在留巷侧面与顶板共同防漏风情况下，留巷无漏风现象，但在进风巷和工作面交界处会形成新的漏风通道，使工作面附近采空区内漏风增大。研究成果为张集矿制定沿空留巷防漏风措施、提高风流效率提供了科学依据。

架空乘人装置断绳抓捕器的设计研究

李明航, 侯紫清, 宋波, 宗曙光, 刘强, 张红伟, 赵艳芳

2022, 43(3):  54. 

摘要 ( 586 )  

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为防止架空乘人装置断绳事故的发生，设计了一种新型断绳抓捕器。使用ANSYA软件对新型断绳抓捕器进行静力学分析，使用ADAMS进行动力学仿真。搭建了试验台，通过实验得出断绳抓捕器的抓捕距离1.2～1.6 m,远小于安全距离3 m,该断绳抓捕器具有较好的断绳保护效果。

液压支架顶梁和掩梁检修平台设计与应用

梅瑞

2022, 43(3):  59. 

摘要 ( 88 )  

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液压支架在综采工作面长期使用过程中，各结构部件均存在不同程度的损坏。综采工作面开采结束后，需将液压支架升井并对液压支架各连接销轴、主要结构部件及液压系统进行维修，之后再将完好的液压支架投入到新的采煤工作面中使用。为了检修液压支架侧护板及附件，根据液压支架结构特点及现场维修的实际情况，设计出一台液压支架维修平台，可将侧护板安全拆解及安装，从而进行侧护板及附属配件的维修，并能应用于所有液压支架侧护板的维修。该平台大幅节约了作业时间，提高了工作效率，并显著降低了劳动强度。

浅埋深薄基岩软岩条件下工作面巷道支护优化研究

尚玉强, 许兴亮

2022, 43(3):  62. 

摘要 ( 121 )  

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针对浅埋深软弱破碎顶板巷道支护困难的问题，以新矿集团伊犁四矿21113工作面回风巷为例，围绕巷道特征、煤（岩）赋存、地质构造、围岩结构和地应力等进行分析，运用FLAC3D软件对围岩应力及位移演化特征进行模拟，对比分析了21113工作面回风巷顶部分别采用锚杆锚索支护和全锚索支护时的巷道围岩位移、应力变化特征及塑性破坏情况，确定采用锚杆锚索优化支护方案，取得预期效果。

基于蒙特卡洛算法的裂隙岩体注浆扩散模拟

孙兴平, 陈建本, 侯俊友, 罗勇, 刘靖毅, 杨战标

2022, 43(3):  68. 

摘要 ( 104 )  

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裂隙岩体注浆扩散过程关系到注浆加固效果以及岩体稳定性评价，研究旨在提出一个反映裂隙场对注浆扩散影响规律的数值模型。基于平煤股份八矿钻孔窥视和工程地质资料，分析裂隙场统计分布规律。采用有限元计算软件COMSOL对不同裂隙长度、裂隙间距和裂隙开度情况下的注浆进行建模计算分析，通过蒙特卡洛随机算法重构二维随机裂隙场，建立随机裂隙岩体注浆数值分析模型，对巷道裂隙围岩注浆迁移扩散过程以及胶结加固进行模拟分析。模拟结果表明，浆液的扩散距离随时间的增大而增大。但裂隙网络的非均质性对浆液的扩散速率和范围变化有决定性影响，并使得浆液在5～8 m范围内形成注浆加固区域，有效改善了围岩稳定性，这与深部破碎围岩注浆加固实际情况基本一致。因此，新模型不仅可以很好的重构围岩裂隙分布特征，还可以更真实的反映裂隙场对注浆加固影响。

钢丝绳张力监测系统的图像处理功能设计研究

赵鑫, 冯敬培

2022, 43(3):  75. 

摘要 ( 88 )  

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为探究多绳摩擦式提升机张力监测系统中视频信号的提取和利用，根据煤矿现场情况设计多绳摩擦式提升机张力在线监测系统的图像处理功能，根据弦绳和垂绳2部分进行设计，建立弦绳振动模型，将模型输入至系统中，模块匹配利用模型对图像进行筛选和处理。在提出图像信息的过程中，伴有噪声的影响，对信息提取具有干扰性。通过图像滤波法进行降噪，提高了多绳摩擦式提升机张力监测系统图像获取的准确性，降低了提升机生产中的安全隐患。研究对矿山提升系统安全可靠运行具有重要意义。

千米深井硐室群支护设计研究

章磊

2022, 43(3):  79. 

摘要 ( 77 )  

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为确保千米埋深条件下井底车场及硐室群的稳定，在对工程地质条件进行充分分析基础上，结合煤矿巷道调研成果，对车场水平标高和巷道间距进行优化设计，并提出分区治理关键技术，对车场巷道及硐室群进行了针对性支护设计。实践表明，车场巷道及硐室维护情况很好，为类似矿井支护设计提供借鉴意义。

复杂地质工作面冲击地压原因及防治技术

陈庆国, 尹子霆, 牟宗龙, 焦建行, 王占硕, 李忠孝, 刘广建

2022, 43(3):  83. 

摘要 ( 85 )  

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田陈煤矿7122工作面受到断层等地质构造影响，开采过程中经过调斜、缩面，工作面呈不规则形状，冲击危险性较高。分析了工作面主要冲击危险因素，划分了冲击危险区域，对各危险区域制定了大直径钻孔卸压、扇形深孔爆破切顶、顶板深孔爆破切顶等针对性卸压措施。回采过程中，通过微震监测对工作面回采期间的卸压效果进行检验，微震能量与频次在实施卸压措施后显著降低。结果表明，各项卸压措施有效降低了矿震强度与冲击危险性，为工作面的安全生产提供了保证。该工作面的冲击地压防治技术对类似工作面的安全开采具有借鉴意义。

基于数据流的矿山机电配套设备故障诊断模型

赵振国

2022, 43(3):  90. 

摘要 ( 78 )  

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矿山开采工作对于机电设备的依赖度较高，为了提高矿山机电设备的故障诊断率，保证其稳定运行，构建了基于数据流的矿山机电配套设备故障诊断模型。采用低功耗和体积小的信号处理器采集矿山机电设备故障信号，基于数据流检测故障信号，并划分普通信号和故障信号，依据划分结果建立配套设备故障诊断模型，实现矿山机电配套设备故障诊断。实验结果证明，构建的设备故障诊断模型诊断准确率较高。

白洞煤矿安全风险辨识评估及应对策略

张润涛

2022, 43(3):  94. 

摘要 ( 111 )  

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利用作业条件危险性评价法对白洞矿井进行安全风险辨识评估，共辨识出7类69项安全风险，并有针对性地采取了应对策略，使得各类安全风险可防、可控，提升了矿井安全管理水平，促进了矿井安全生产，取得了明显的安全效果，对于其他矿井的安全管理工作具有借鉴意义。

定向钻孔消突技术在掘进工作面的应用

刘建华, 赵华军

2022, 43(3):  97. 

摘要 ( 83 )  

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榆树田煤矿下5煤层认定为煤与瓦斯突出煤层，煤巷掘进工作面采用定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施。根据对相邻下5煤层掘进工作面瓦斯赋存情况以及抽采半径考察，设计了110503运输巷顺层定向长钻孔预抽施工方案，抽采期间瓦斯平均浓度达到50%以上，钻场抽采量平均4.9 m3/min,抽采后煤层残余瓦斯含量最高4.56 m3/t,防突区域验证指标合格，保证了安全掘进，为煤层掘进工作面防止煤与瓦斯突出提供安全保障。

张双楼煤矿延期拆除7201工作面综合防灭火技术研究

段晓平, 魏连江

2022, 43(3):  100. 

摘要 ( 103 )  

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张双楼煤矿7201工作面回采结束后，因工程需要矿井在未回撤工作面支架的情况下对其进行封闭，后期恢复工作面通风，进行支架拆除，但自封闭到拆除支架的时间超出了煤层自然发火期。为确保拆除工作面支架期间的采空区防灭火安全，统计了7201工作面采空区遗煤分布、水文地质、自然发火规律、煤自燃气体指标等参数，并对各个参数进行的全面分析，找出了以CO指标预警煤自然的主控因素。采取构筑挡风墙、密闭墙等通风设施，减少采空区漏风，同时采取向采空区注普瑞特I型防灭火材料、MEA-1型灭火剂等防灭火措施，在超过煤层自然发火期的情况下，杜绝了采空区遗煤氧化自燃。