当期目录

2023年 第44卷 第3期 刊出日期：2023-06-25

  

支撑体软硬煤分层非同步变形诱发煤与瓦斯突出机理

宋大钊, 郭明功, 杨港, 邱黎明

2023, 44(3):  1. 

摘要 ( 73 )  

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大多数煤与瓦斯突出地点都存在软硬煤层同时存在的情况，软硬煤层同时存在时掘进面的非同步变形是煤与瓦斯突出灾害的显著特征。研究了软煤分层不同厚度下掘进面煤体受扰动的应力场、变形场演化规律，提出了煤与瓦斯突出支撑体模型，揭示了支撑体软硬分层非同步变形诱导煤与瓦斯突出机理。结果表明，支撑体的失稳过程是软煤分层失稳到整体失稳的动态发展过程，在高垂向应力和高水平构造应力的作用下，支撑体内软煤分层受扰动最早产生破坏变形，导致支撑体变薄进而导致硬煤分层垂向方向产生大的破坏变形，进一步导致硬煤分层和周围储能体失去连接，支撑体整体将会失稳。支撑体总体的失稳是突出启动的标志。基于支撑体模型揭示了煤与瓦斯突出发生发展的机制及各突出特征之间的内在联系，为煤与瓦斯突出的防治和监测预警提供了新的理论方法和依据。

低浓度煤层气电厂安全输送利用系统实践应用

王发家

2023, 44(3):  9. 

摘要 ( 55 )  

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基于能源结构发展趋势以及“双碳”战略背景下，开发利用煤层气资源具有十分重要的战略意义。由于自身性质影响，低浓度煤层气资源利用率较低，且主要用于发电。其中，燃气内燃机组发电以其适应能力强、占地面积小、启动时间短、发电效率高等优势得到广泛应用。在发电过程中，安全输送利用系统是低浓度煤层气安全高效发电的前提，结合煤层气爆炸管道传输特性，需配置防逆流、阻火泄爆、抑爆、阻爆等多重安全装置，同时应注意其水封、监测及响应时间以满足相关需要。由于低浓度煤层气抽采的不稳定性，为确保内燃机组高效运行，引入PID算法以实现压力、浓度参数的动态调整，为低浓度煤层气电厂安全高效稳定运行提供保障。

基于PLC一体机的电液换向阀检测装置设计

任伟

2023, 44(3):  13. 

摘要 ( 55 )  

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在总结现有全自动化和手动两种电液换向阀检测方式的基础上，提出了一种基于PLC一体机的电液控换向阀检测装置，该装置借助于PLC和HMI一体化的便利性，经过PLC编程和HMI画面组态，实现了多功能电液控换向阀的工作电流与压力的采集、单点控制、换向测试，密封测试等功能，体积小巧，既实现了自动化检测的功能又兼顾了手动检测工装的可便携性，在维修现场可以方便地实现电液换向阀的自动测试，提高了现场维修测试便利性和自动化水平。

坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征分析

杨鹏, 杜昌鑫, 闫大鹤, 李宏雁, 周康乐, 于海彬,

2023, 44(3):  18. 

摘要 ( 49 )  

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为掌握厚层坚硬顶板大采高工作面切顶卸压无煤柱自成巷矿压显现特征，以吉宁煤矿2109工作面为工程背景，通过对留巷过程中工作面支架压力、巷道围岩变形量、恒阻大变形锚索受力、顶板离层变化分析，表明切顶爆破能够切断采空区顶板对巷道顶板的应力传递，使留巷侧顶板处于明显的卸压状态，并给出工作面自成巷受采动影响范围和影响程度，为设计提供依据，供相似条件参考。

大涌水条件下向斜构造工作面对煤泥水分离的影响分析

王明辉, 宗滨, 燕雷, 刘鼎, 赵安新

2023, 44(3):  25. 

摘要 ( 43 )  

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针对高家堡煤矿开采工作面面前淋水问题，分析其主要水源来自采煤工作面顶板，矿井涌水量达到4 000～5 000 m3/h。结合开采工作面向斜的地质构造特点，采用颗粒流软件PFC2D建立综放开采工作面数值模型，模拟了仰(俯)采角度变化对顶煤放出过程的影响，得出从降低工作面、巷道煤泥淤积程度的角度考虑，工作面仰采时期布置角度设置为40°时最佳，工作面俯采角度设置为20°时最佳的结论。同时，在保证安全生产的前提下将工作面俯(仰)采角度尽可能地提高。基于以上工作面仰(俯)采角度对顶煤块体大小和水流速度影响的分析，为更好利用工作面的结构特点提出科学的煤水分离工艺及装置提供了理论依据。

济三煤矿坚硬顶板下回采巷道支护系统抗冲击能力分析

王绪俊, 赵一鸣,

2023, 44(3):  30. 

摘要 ( 55 )  

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煤矿开采面临的煤岩冲击危险直接影响矿井的安全高效生产和工人的生命安全，对现有巷道锚杆支护系统的抗冲击能力提出了更高的要求。以济三煤矿183下05工作面胶运巷为工程背景，结合工作面回采过程中微震监测结果及防冲措施等，采用动静载能量平衡原理和围岩体能量衰减特征相关理论，对不同顶板条件下胶运巷的初始支护强度开展了抗冲击能力分析，并提出了冲击地压巷道支护方案的优化建议，可为类似冲击地压巷道围岩安全稳定控制提供了借鉴和参考。

采空区侧超前切顶沿空掘巷围岩稳定特征研究

漆东生, 漆洮珠, 杨重卿, 尹圣凯, 何君强, 华长鑫

2023, 44(3):  36. 

摘要 ( 40 )  

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沿空掘巷可以有效缓解煤炭开采过程中的浪费问题，提高采出率。窄煤柱的合理尺寸将会影响到工作面的安全高效开采。基于某矿井221上01工作面轨道巷工程地质条件，通过理论分析与数值模拟，研究确定了轨道巷留窄煤柱沿空掘巷的合理煤柱尺寸，提出了采空区侧向顶板超前预裂断顶，优化区域应力环境，并分析了深孔预裂爆破切顶的技术参数，确定了最终的实施方案。结合采场侧向支承压力分布规律及锚杆安设原则，理论计算出窄煤柱的合理宽度在4.47～5.52 m。采用FLAC3D数值模拟分析了煤柱宽度为分别为3 m、4 m、5 m、6 m、7 m条件下的围岩状态，从应力、位移、塑性区3方面综合分析，确定最佳煤柱尺寸为5 m。结合FLAC3D有限差分软件，分析对比了不同切顶角度以及高度的情况下，巷道围岩的应力状态，垂直位移以及塑性区分布；选取了切顶高度15 m,切顶角度10°为切顶的最佳参数；结合深孔预裂爆破裂缝的形成机理，并依据大部分爆破工程经验给出本次爆破切顶所涉及的相关爆破参数。结果显示选择恰当的切顶参数可使得煤柱尺寸应力集中越小，验证了爆破参数的可行性。

应急救援及火区探测用光谱束管监测系统研究

葛学玮

2023, 44(3):  46. 

摘要 ( 42 )  

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提出了一种应急救援及火区探测用光谱束管监测系统研究方案，用于浅埋深工作面应急救援及火区探测技术领域。系统采用光谱技术，可实时在线对甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、乙烯和乙炔6种气体进行定量分析；在煤矿应急救援及火区探测工作中，能及时感知灾变环境的气体浓度数据，从而科学判断火区位置，及时掌握事故现场被困人员生存环境范围，明确救援方向。

冲击地压危险区域巷道三级吸能支护探索与应用

张俊杰

2023, 44(3):  50. 

摘要 ( 58 )  

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以峻德煤矿为研究对象，借鉴国内冲击地压矿井三级吸能支护体系的成功经验，分析了三级吸能支护体系防冲机理和实施条件，结合峻德矿区93172综放工作面冲击地压的实际情况，研发出一级支护围岩喷射混凝土、二级支护U型棚和三级微拱形液压单体框架吸能结构的支护技术，并在该矿冲击地压危险区域巷道支护中进行了实践应用，取得了良好效果。

小常煤业厚煤层一次采全高膏体充填开采技术研究

李建廷, 冯旭阳, 陆银龙,

2023, 44(3):  55. 

摘要 ( 43 )  

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以山西长治郊区三元南耀小常煤业有限公司厚煤层一次采全高膏体充填开采为工程背景，首先提出了充填首采工作面及工作面接替顺序，设计了首采工作面巷道布置方案，然后根据膏体充填开采技术特点，设计了膏体充填开采快速掘进支护方案，研究了小常煤业厚煤层一次采全高膏体充填开采采煤工艺，最后分析了采煤方案的优缺点，成功实现了厚煤层一次性全部采出并充填的目标。

基于VR技术的瓦斯检查工实操培训系统研究

2023, 44(3):  62. 

摘要 ( 43 )  

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传统瓦斯检查工培训及考核直观性差，往往难以取得理想的效果。为此，引入实物化的VR培训新方式，设计了一种基于VR技术的瓦斯检查工实操培训系统，该系统既能满足实物模拟练习的需要，又能模拟生产过程中的现场环境，实现虚拟环境与实物的融合，进行人机互动和场景互动培训，有效提升瓦斯检查工实操培训的效果。整个系统包括定位显示系统、支持VR交互的光学瓦斯模拟器及瓦检流程操作虚拟培训系统3部分，在实操培训应用过程中实现人机互动，直观性、趣味性强，效果良好。

协调煤层开采与瓦斯抽采的均衡开采数学模型及应用研究

史晋平, 秦伟,

2023, 44(3):  66. 

摘要 ( 45 )  

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合理的工作面推进速度是实现煤层瓦斯高效抽采的关键。在开元煤矿3710工作面开展了地应力和瓦斯流量现场实测，实测结果表明，工作面推进速度越快，煤体应力卸荷程度越大，钻孔瓦斯抽采量越高。在此基础上，拟合得到了瓦斯抽采量和钻孔与煤壁距离之间的关系式，建立了协调工作面开采与瓦斯抽采的均衡开采数学模型，模型计算结果表明，在保证日产量的前提下，为实现超前卸压瓦斯抽采量最大化，3710工作面的合理推进速度为6.8 m/d。

鸡西盆地南北坳陷带煤储层特征对比研究

徐少立, 谢长琼,

2023, 44(3):  70. 

摘要 ( 53 )  

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储层物性是影响煤层气储集能力和可采性的关键因素。本次研究主要以鸡西盆地下白垩统城子河组煤层为研究对象。综合运用多种实验分析手段，从煤岩煤质、物性演化、含气特征等方面对盆地南北坳陷带煤储层特征进行对比和评价。结果表明：城子河组14号煤层煤岩镜质体反射率o为0.56%～1.45%,北部坳陷带因叠加了区域岩浆热变质作用，变质程度高于南部坳陷带；煤储层孔隙类型以微小孔为主，且孔隙形态以一端封闭的平行板状孔或尖劈型孔和墨水瓶型孔为代表。以14号主力煤层为例，南部坳陷带煤层渗透率略高于北部坳陷带，渗透性相对较差；北部坳陷带煤层埋深较深，使得孔隙度低于南部坳陷带；北部坳陷带14号主力煤层煤厚与含气量在滴道—东海矿区达到最大，南部坳陷带14号主力煤层煤厚与含气量在平岗—合作矿区达到最大；南部坳陷带煤层气保存条件较好，煤储层含气饱和度高于北部坳陷带，14和16号煤储层含气性饱和度>100%,可作为勘探开发的有利层位。

采煤机电缆拖拽传动系统设计研究

王玉丰

2023, 44(3):  81. 

摘要 ( 56 )  

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采煤机在往复运动过程中很容易由于电缆的多层堆叠，致使电缆卡死、拉断、脱槽，从而导致采煤机出现故障。为此，研制了一种适合于综采工作面的采煤机缆绳拖拽装置，并对传动系统进行设计，通过传动系统的仿真模拟分析及现场试用，结果表明该电缆拖拽装置运行平稳，适用性较高。

综采工作面过地质构造回采工艺优化

尹宝廷

2023, 44(3):  85. 

摘要 ( 65 )  

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针对长春兴煤矿103工作面回采过断层期间破岩难度大、设备损坏严重以及工作面回采效率低等技术难题，采用深孔预裂爆破回采工艺，并对断层区围岩提出了“超前深孔注浆+超前管棚+JW型锚棚”等联合支护技术。实际应用效果表明，工作面过断层期间回采工艺优化后，工作面回采速度提高至5.4 m/d,设备故障率降低了65%,回采期间未出现顶板大面积破碎、垮落现象，应用成效显著。