当期目录

2022年 第43卷 第5期 刊出日期：2022-10-25

  

矿井泡沫防灭火技术研究进展

秦波涛, 冯乐乐, 蒋文婕, 陈清华, 李剑锋

2022, 43(5):  1. 

摘要 ( 40 )  

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煤自燃是严重威胁煤矿安全生产的典型灾害类型之一，会导致瓦斯爆炸、资源损失、环境污染等问题，严重危害矿井人员生命和财产安全。随着矿井开采规模和强度的增加，大空间采空区越来越多，漏风通道复杂、遗煤分布范围广、氧化时间长、火源位置隐蔽性强，煤自燃精准防控难度很大。泡沫防灭火材料具有优异的堆积和渗流扩散特性，有助于解决高位火源治理、复杂裂隙封堵、大空间遗煤覆盖的难题，是大空间采空区煤自燃防治的主要研究方向。归纳了矿井防灭火泡沫降温、隔氧、阻化、堵漏等作用原理，总结了矿用防灭火泡沫流量大、扩散范围广、堆积性好等特点，指出了其在大空间采空区煤自燃防治的优势。针对常见的两相泡沫、阻化泡沫、三相泡沫、凝胶泡沫、有机固化泡沫、无机固化泡沫等矿井防灭火泡沫，分别介绍了其研发历程、制备方法和现场应用情况。基于此，提出当前泡沫防灭火技术急需解决的“大空间采空区煤岩介质中防灭火泡沫渗流与扩散特性、防灭火泡沫对大范围遗煤持久覆盖阻化特性、泡沫堵漏材料低放热膨胀及快速固化特性”3个关键科学问题，并提出“绿色环保的泡沫防灭火材料、防灭火泡沫智能化制备及灌注、自修复无机泡沫堵漏技术”3个未来技术攻关方向，为今后矿井泡沫防灭火理论及技术研究提供参考，有助于防范与遏制大空间采空区煤自燃灾害，保障煤炭行业安全生产。 

发耳煤矿+980m水平巷道围岩变形特征及修复技术研究

曹胜根, 赵长政

2022, 43(5):  13. 

摘要 ( 38 )  

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为探讨多煤层重复采动影响下巷道变形破坏严重等问题，以贵州发耳煤矿+980 m水平巷道为背景，分析了该矿地质条件，+980 m水平巷道穿过多层软弱煤岩体，且邻近多个工作面受重复采动影响，导致巷道顶板破碎、底板底鼓严重、锚杆锚索变形失效等问题。采用UDEC 3.0软件分析了多煤层重复采动下巷道围岩应力演化规律以及巷道围岩破坏特征，基于此提出了联合支护技术，并在现场进行施工应用。现场监测结果表明，修复加固段巷道在50 d监测期间，顶板、底板及两帮位移量仅分别为26,56,26 mm,巷道围岩裂隙基本被浆液充填，巷道围岩变形基本得到控制。

厚层坚硬顶板沿空巷道恒阻吸能防冲支护技术研究

孙晓明, 张勇, 郑有雷, 张思平, 姜铭, 杨金坤,

2022, 43(5):  19. 

摘要 ( 42 )  

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针对厚层坚硬顶板沿空巷道冲击地压频发且稳定性难控制的问题，以济三煤矿沿空巷道为工程背景，采用工程调研、室内实验、理论分析及现场工业性试验相结合的方法，对沿空巷道冲击大变形机理及防冲控制对策进行研究。结果表明，济三煤矿沿空巷道顶板以厚层坚硬砂岩为主，顶板容易聚集大量的弹性能，当其断裂、聚集的能量释放时，将形成强烈的震动，是沿空巷道易发生冲击地压的主要原因；与传统支护相比，恒阻大变形锚杆(索)能够根据冲击变形能量的大小自动产生相应的拉伸滑移，并保持恒定不变的支护阻力，从而吸收巷道围岩的冲击变形能量，控制围岩冲击大变形。现场工业性试验表明恒阻支护下围岩变形量得到有效控制，可为类似冲击倾向性沿空巷道稳定性控制提供借鉴。

千米深井动压巷道变形破坏主控因素及切顶护巷技术研究

郭志飚, 任长宏

2022, 43(5):  27. 

摘要 ( 28 )  

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为解决红阳三矿703工作面深部动压巷道支护困难问题，基于现场地质条件和动压巷道变形数据，分析了动压巷道变形破坏特征，确定了巷道变形破坏主要影响因素为巷道围岩强度低、高地应力、强开采动压，提出了切顶卸压+NPR恒阻大变形锚索支护控制技术并进行现场应用，有效控制了动压巷道的变形。现场实践表明，成巷区巷道顶板整体下沉量较小，实施切顶卸压后的巷道变形量与原支护相比，底鼓量平均减小30%,顶板下沉量平均减小33%,两帮移近量平均减小41%。

动压影响下工作面空间布置与压力显现规律研究

孙兴平, 陈建本, 孙涛, 侯俊友, 刘靖毅,

2022, 43(5):  33. 

摘要 ( 37 )  

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通过理论计算、工程类比和数值模拟综合方法，找出了垂距76.6 m两煤层工作面外错120 m为最优错距，该空间布局能够避免巷道回采动压影响，有利于巷道围岩稳定性控制，为类似条件下工作面布置提供参考。计算机模拟再现了1126(1)工作面采动压力分布规律，即前支撑压力大于后支撑压力，采空区下为应力降低区，压力较小；巷道布置在采动拉伸范围内，巷道变形破坏严重；布置在采空区塌陷拉伸范围之外，则几乎不受影响。由此反演出11-2煤层采空区塌陷边界移动角约为34°,经现场验证该参数合理可靠，为后续工作面空间布置提供了理论支撑。通过计算机模拟和现场验证得出巷道最优支护参数，巷道围岩监测结果表明，巷道围岩控制效果较好。工业性试验证实下采上掘能够实现平行作业，为工作面接替准备赢得了时间，有效缓解了矿井采场接替紧张局面。

易自燃煤层综放工作面支架回撤期间综合防灭火方法的应用

王红亮, 陶伟

2022, 43(5):  39. 

摘要 ( 41 )  

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依据矿井防灭火理论基础，结合公司下属各矿井实际情况，对综放工作面在支架回撤期间采取的综合防灭火措施进行系统论述及比较。以工作面回撤的时间和步骤为节点，详细阐述了回采后期、铺网上绳期间、扩回撤通道期间、回撤期间采取综合防灭火方法的适用性，针对矿井实际情况做出适宜的防灭火方法，并应用于综放工作面支架回撤期间，有效防止了采空区自然发火，为工作面支架顺利回撤提供了保障。

综放工作面切顶卸压沿空留巷矿压规律研究

尹志龙, 高攀

2022, 43(5):  44. 

摘要 ( 51 )  

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鸟山煤矿在11031工作面回采过程中引进综采放顶煤切顶卸压沿空留巷技术，利用与该技术匹配的巷道围岩变形矿压监控系统实现对留巷施工中工作面矿压和巷道变形的实时监测跟踪。理论分析计算结合矿压监测研究表明，预裂切缝最佳深度14.0 m,切缝角度为20°。监测数据显示，留巷后顶底板移近量最大值79 mm,两帮移近量稳定在87 mm,巷道变形较小，110工法区(切缝侧)平均压力相对121工法区(远离切缝侧)降低25.1%,切顶卸压沿空留巷技术在鸟山煤矿工作面回采过程中有着较好的应用成效。

深部开采巷道掘进工作面受力特征及合理空顶距分析

张铁军, 李伟涛, 尹松阳

2022, 43(5):  50. 

摘要 ( 39 )  

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巷道掘进后，需要施加支护以增强围岩的稳定性，对巷道掘进后空顶距离和支护作业进行合理规划后可以有效提高巷道掘进效率。以红阳三矿1201掘进工作面为工程背景，通过FLAC3D分析了工作面围岩受力特征，以冒落拱理论为指导，计算了冒落拱的高度得出掘进工作面顶板的覆岩载荷，最终建立了掘进面顶板的力学模型，计算出合理空顶距离。实践证明，在保证工人安全和围岩稳定的基础上，合理延长空顶距离后再对围岩进行及时有效支护可以提高掘进效率。

深井破碎软岩硐室联合加固技术研究

张占阳, 倪惠宁

2022, 43(5):  54. 

摘要 ( 42 )  

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针对鹤壁九矿的地质构造背景及地应力分布规律，分析了造成巷道破坏变形的原因，采用围岩锚固加固技术，提高各部分岩体的内聚力和内摩擦角，同时封闭岩石内部裂缝，以防止岩体被水、风和其他物质侵蚀，改变岩体内部的松散结构，使破坏后的岩体重新胶结形成致密的岩体，提高了围岩整体强度，为树脂锚杆、锚索提供了坚固的锚固点，使主动支护的能力得到充分发挥。采用加固技术修复后，提高了中央泵房、变电所的围岩支护强度，巷道变形量大大减少。

无轨胶轮车智能管理系统研究与应用

蒋小平, 高丽君

2022, 43(5):  58. 

摘要 ( 36 )  

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以徐矿集团郭家河煤业有限责任公司为实例，针对现场矿井胶轮车运输智能管理系统的运行情况，对原有系统进行了优化提升，通过人、车位置实时数据准确搭建无轨胶轮车运输资源的供给方和需求方之间沟通桥梁，增强了车辆运行的规范性，提高了车辆运行效率，杜绝不安全行为，在保障安全运输的同时使得胶轮车运输资源的效能最大化。

缓倾斜工作面顶板弱胶结富水岩层超前疏干措施

王海瑞, 曹晓源, 白柢, 钱自卫

2022, 43(5):  62. 

摘要 ( 48 )  

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宁夏某矿504-1工作面设计采煤厚度3.5 m,煤层倾角16°,工作面沿煤层走向布置，顶板侏罗系延安组、直罗组含水层厚、富水性强、胶结程度差，为防止发生顶板水砂灾害及离层水害事故，设计采用超前疏干措施进行顶板水砂灾害防治。根据工作面整体呈缓倾斜的构造特征，疏放钻场布置于低位巷道，疏放孔向面外及面内分别布置，起到拦截面外来水及疏放效果检验的作用；根据岩层组合特征及工作面冒裂带高度数据，疏放层位分别控制在延安组及直罗组砂岩含水层。设计超前疏放距离为500 m,通过钻孔水量、水位监测数据实时评价疏干效果，为类似地质条件顶板水害预防提供借鉴。

巨厚松散层薄基岩厚煤层采动裂隙发育抑制机理

王振伟, 苏保平, 秦建壮, 王一哲, 陈浩

2022, 43(5):  67. 

摘要 ( 52 )  

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针对郭屯煤矿巨厚松散层薄基岩厚煤层开采后覆岩的破坏特征，通过工作面浅部区域的地层赋存特征分析，建立与其条件相似的数值计算模型，对比分析了不同采煤工艺覆岩的破坏特征，研究了深井提限开采覆岩的变形破坏特征，分析了裂缝发育抑制作用机制。研究表明：煤层厚度为9 m,分别采用自下而上分层开采、预采顶分层网下综合机械化放顶煤开采和综合机械化放顶煤开采，导水裂缝带最大发育高度分别为40.7、45.1、70.0 m,垮落带最大高度分别为16.2、26.3、36.2 m;垮落带高度符合传统条件开采一般规律，但由于基岩薄且风化削弱岩层强度，采空区上覆岩层下沉较快，上部采动得不到充分发育且很被快压实愈合，且工作面新近系底界为巨厚粘土层，塑性强，很好地抑制冒落带和导水裂隙带的发育，从而导致巨厚松散层薄基岩区开采导水裂缝带高度较一般条件下要小。

随钻地震探测技术在陷落柱探查中的应用

陶明房

2022, 43(5):  71. 

摘要 ( 38 )  

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为探明陷落柱发育边界、柱体胶结程度及富水性等情况，采用随钻地震探测技术对巷道掘进前方发育的陷落柱进行钻探分析。通过不同钻进深度下的能量异常及频谱差异等特征，精确得出随钻岩性变化情况，同时辅以综合物探方法相互验证，查明了陷落柱基本性质，消除了采掘活动的安全隐患。

高寒地区极低气温下胶带接头快速施工工艺研究与应用

唐宇, 位玉红

2022, 43(5):  75. 

摘要 ( 42 )  

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天山矿业公司俄霍布拉克煤矿地处我国西部天山腹地高寒地区，矿区南工业广场地面多部胶带运输机安装在室外，冬季严寒气温下钉制胶带接头速度慢，影响矿井生产和销售。经现场研究和实践，现场采用暖气吹管预热胶带施工工艺，能大大提高胶带接头的压制效率，同时能够较大幅度提升产品合格率和使用寿命，为企业带来丰厚的经济效益。

煤粉钻屑监测钻机智能化改造与应用

白宗荣

2022, 43(5):  78. 

摘要 ( 53 )  

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为提高冲击地压矿井钻屑监测智能化水平，张双楼煤矿联合河北冀煤机械制造有限公司研制推出一款自动化程度较高、适用于采区巷道的煤粉智能钻屑监测钻机。该监测钻机已成功应用于张双楼煤矿，实现了钻屑监测智能化采样，为冲击地压矿井钻屑监测提供了新方法，为其他矿井提供了借鉴和参考。

分区开采露天矿端帮变形及应力分布规律

高志轩, 陈涛, 舒继森, 韩流

2022, 43(5):  82. 

摘要 ( 34 )  

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为研究分区开采露天矿端帮变形及应力分布规律，基于分区开采露天矿端帮力学特性，建立不同形态的采场模型，通过Rhino-FLAC3D建模进行数值模拟，分析了凹型、直线型及凸型端帮的变形破坏情况，以及露天矿端帮不同位置的变形及应力分布规律。研究结果表明：不同形态的端帮位移曲线都随着开采深度的增加呈现先增加再减小再增加的趋势，凹型端帮的位移值明显小于直线型和凸型，凸型端帮的位移绝对值最大；凹型端帮随着平面曲率半径的减小，其呈现位移值减小，凸型端帮的位移值正好和凹型端帮的相反，平面曲率半径越小，越不利于边坡稳定；端帮靠近内排土场一侧的位移曲线都随着开采深度的增加呈现先减小再增加再减小再增加的趋势，坡面的几何形态并不会影响端帮与内排土场交界处的位移变化情况；端帮靠近工作帮一侧的位移和应力最大值都会出现在岩性较好的岩层之下。

基于FLAC数值模拟的工作面向采空区推进应力分布特征

陈润合, 肖佳琦, 牛佳胜, 李成海, 吕国伟, 巩思园,

2022, 43(5):  89. 

摘要 ( 41 )  

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为解决矿井内工作面向采空区推进期间冲击危险的难题，分析采场侧向支承应力以及采空区的冲击危险影响程度，采用数值模拟方法建立数值模型，分别对工作面开采前邻近采空区的应力分布特征、工作面开采时向采空区推进不同距离下应力分布及演化规律进行分析。研究结果表明，工作面向采空区推进距离大于175 m时，停采线两侧的应力峰值降低且趋于稳定，冲击危险程度降低。为提高煤炭回收率，在采取有效的冲击地压监测及防治的基础上，可将175 m作为工作面回采末期布置设计停采线的参考距离。

长平井田3号煤层孔隙结构特征研究

罗志吉

2022, 43(5):  95. 

摘要 ( 36 )  

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煤孔隙结构特征对煤层气赋存、吸附/解吸、运移、含气性及孔渗性等具有重要影响，是煤层气开发重要研究内容之一。采用低温液氮吸附静态容量法对长平井田3号煤孔隙结构特征开展实验研究，结果表明：井田内3号煤层中孔隙结构复杂且形态多样，煤中孔隙主要为两端开口的筒状孔、四面开放狭缝形孔、少量墨水瓶孔及少量一端开口的孔；受多地质因素及煤自身非均质性影响，煤孔径、比表面积及孔容具有一定差异且分异现象明显；煤中开放型孔隙相对发育，比表面积和孔容总体较高，显示具有良好的煤层气赋存场所和储集空间。

基于PLC联网、万兆环网和组态软件的智控平台研究

孟建, 薛峰,

2022, 43(5):  103. 

摘要 ( 49 )  

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基于PLC联网、万兆工业以太环网、组态软件等关键技术在智能化矿山的应用，研究了“智能矿山一体化智能控制平台”建设策略和方法：在万兆环网的设计中要充分考量先进性、隔离性、便捷性、可靠性等性能指标，在接驳子系统业务时要考量接入和承载的便捷性、兼容性；在PLC联网中要充分考量先进性和兼容性；在组态集成软件选型中要充分考量软件系统智能性、易扩展、易通用、易维护性等等。通过这些关键技术在矿井综合一体化智能控制平台的应用，实现了矿山各工业子系统的智能集成控制、多业务多数据信息系统的智能融合，为建设“智能矿山”提供了思路。

大采高综采工作面初采水力预裂复合顶板技术工程实践

王飞, 刘江伟, 于骞,

2022, 43(5):  112. 

摘要 ( 46 )  

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为解决大采高综采工作面初采期间复合顶板难垮落、来压步距大、冲击强度高的难题，以斜沟煤矿18505综采工作面为工程背景，根据工作面覆岩结构和地应力状况，确定了水力预裂设计方案，并进行了现场实践和效果监测。结果表明，与未采用该技术的工作面相比，顶板初次来压步距缩短，工作面支架的工作阻力明显降低，验证了水力预裂技术在大采高综采工作面的作用。研究为类似条件下实施水力预裂技术借鉴。

自燃煤层综放工作面回撤综合防灭火技术

张磊

2022, 43(5):  117. 

摘要 ( 41 )  

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5204综放工作面回采结束后，工作面架顶及采空区留有遗煤，存在自然发火隐患。对此，通过对工作面回撤前后氧化分析，研究制定了工作面回撤前综合性堵漏、阻化防灭火措施；回撤期间采取以压注普瑞特新防灭火材料为主，同时采取遗煤阻化、堵漏、均压等为辅的综合防灭火技术，防灭火效果良好，确保了工作面的顺利回撤。

电磁法技术在矿井工作面综合探测中的应用研究

周宇, 韩昌民, 张磊, 孟祥胜, 赵晶,

2022, 43(5):  121. 

摘要 ( 39 )  

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为防止工作面回采过程中发生突水事故，采用无线电波坑透和矿井瞬变电磁法综合探测技术，对招贤煤矿1302工作面进行构造及富水性的综合性探查，查明了工作面内构造及富水异常区，消除了工作面回采过程中的安全隐患，确保了工作面安全回采。结果表明，电磁法综合探测技术避免了单一物探方法探测的多解性，为煤矿安全生产提供了技术支撑。

交叉巷道大跨度顶板减跨控制研究

李岩

2022, 43(5):  127. 

摘要 ( 34 )  

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对于巷道交叉口处跨度大幅增加、顶板控制困难等问题，以某矿巷道交叉口为工程背景，采用理论分析的方法建立巷道顶板力学模型，并结合数值模拟软件探究了巷道交叉口处围岩应力应变关系，得出大跨度巷道顶板最大应力情况。模拟结果表明，原支护方案下交叉口巷道顶板最大下沉量480 mm,顶板破坏深度大、范围广。针对此，提出交叉巷道大跨度顶板减跨控制技术并开展工业性试验。技术应用结果表明，顶板最大下沉量为248 mm,交叉巷道顶板大变形问题得到有效控制。

深部破碎顶板切顶卸压爆破参数研究及应用

任长宏, 王程中, 尹松阳,

2022, 43(5):  132. 

摘要 ( 38 )  

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为有效缓解接续紧张，提高煤炭回收率，同时解决深部围岩控制难题，以沈阳红阳三矿为工程背景，在切顶卸压自成巷工法中采用双向聚能爆破技术对顶板进行切顶卸压。通过理论分析、现场试验、钻孔窥视等方法，对深部破碎顶板条件下双向聚能爆破技术进行了分析研究，确定了红阳三矿沿空留巷中合理的切顶爆破参数，并进行了现场工业性试验。现场试验结果表明，根据现场工程条件合理调整切缝高度和角度，同时采用“3+2+2+1”的装药方式，切顶预裂成缝效果良好，裂缝率达到85%,爆破效果满足留巷设计要求，现场应用效果良好。

冲击地压智能应力感知和精准卸压调控技术

徐景果, 朱东旭, 王桂峰, 陈星, 曹安业, 刘阳

2022, 43(5):  137. 

摘要 ( 54 )  

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在对冲击地压防控技术开展大量调研工作的基础上，梳理出煤矿冲击地压卸压治理工程中普遍存在的问题，探讨了该领域未来研究的落脚点，提出了卸压钻孔钻进过程中及时感知施工区域应力状态变化、修正卸压参数、实现卸压钻孔参数智能动态调整的治理手段和方法，阐述了智能应力感知和精准卸压的原理、核心技术及应用前景，研究有利于保障我国煤炭资源的安全高效开采。

浅埋多侧偏压小净距隧(巷)道围岩压力及稳定性控制分析

沈英男, 徐永涛, 马峰,

2022, 43(5):  142. 

摘要 ( 45 )  

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为研究浅埋多侧偏压小净距隧(巷)道围岩压力的计算方法，根据极限平衡法原理推导出能够考虑隧道先行洞与后行洞施工先后的计算公式，并与既有模型对比验证了所推公式的准确性。计算参数简化后，所推公式能够简化为浅埋无偏压、浅埋单侧偏压、浅埋双侧偏压以及浅埋复杂偏压(单侧与双侧偏压组合)条件下的小净距隧道围岩压力计算公式，更具有普遍性。最后提出围岩稳定性控制可以从工程结构设计合理、施工方案编制恰当以及监控量测动态成环3个方面进行考虑，研究可为类似小净距隧道围岩压力确定与支护结构设计提供参考和借鉴。