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综采工作面旋转开采技术研究与应用

山东煤炭科技 2024年第8期42卷 16-21,27页

作者：杜显峰黄铜玲杨帆山东能源枣庄矿业集团公司柴里煤矿山东滕州277519

矿井经过50余年的开采,资源已濒临枯竭,可利用的储量开采条件差,接续日趋紧张。为了更有效地回收煤炭资源,在63下06-2工作面通过旋转开采的方式将边角煤炭资源块段开采出来,运输系统改造前运输巷第一部带式输送机尾与第二部带式输送机... 详细信息

矿井经过50余年的开采,资源已濒临枯竭,可利用的储量开采条件差,接续日趋紧张。为了更有效地回收煤炭资源,在63下06-2工作面通过旋转开采的方式将边角煤炭资源块段开采出来,运输系统改造前运输巷第一部带式输送机尾与第二部带式输送机头巷道夹角为161°。旋转开采提前制定运输系统改造和巷道加强支护方案,准备好所需材料及设备,掌控好现场调采幅度,解决了机头顺利旋转过渡、机头空顶区和大跨度区域的支护、第二部带式输送机头的撤除及转载机的转弯过渡等一系列难题,实现工作面机头顺利转弯过渡,确保生产安全。

关键词：综采旋转开采大跨度方案

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煤矸石浆体充填技术应用与展望

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 93-104页

作者：朱磊古文哲袁超峰刘成勇潘浩宋天奇盛奉天中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中煤西安设计工程有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中煤(鄂尔多斯市)能源科技有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017000

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标... 详细信息

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

关键词：煤矸石浆体充填煤矸石高级分级破碎绿色开采 “双碳”目标

沉陷区河堤边采边复治理方式下的动态填方量预计方法

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金属矿山 2024年第2期 198-204页

作者：李思豪查剑锋关杰张民中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 皖北煤电集团有限责任公司五沟煤矿安徽淮北235131 兖矿能源集团股份有限公司杨村煤矿山东济宁272118

煤矿开采引起的河堤变形与破坏显著降低了其防洪安全性能。“先破坏、后治理”的传统处理方式存在修复滞后、防汛压力大的问题,具有较大的安全隐患,甚至诱发溃坝、洪水等重大公共安全事故。边采边复,及时恢复河堤的防洪能力是解决这一... 详细信息

煤矿开采引起的河堤变形与破坏显著降低了其防洪安全性能。“先破坏、后治理”的传统处理方式存在修复滞后、防汛压力大的问题,具有较大的安全隐患,甚至诱发溃坝、洪水等重大公共安全事故。边采边复,及时恢复河堤的防洪能力是解决这一问题的主要技术途径。基于矿山开采沉陷动态过程特征,提出了沉陷区河堤边采边复的设计流程;构建了河堤治理过程中的动态填方量计算模型,并应用于某矿地表河流的河堤采动损害治理工程中。研究结果表明:采用边采边复的治理方式对沉陷区河堤进行治理,可以降低在采动过程中的河水外溢风险,同时减轻了采动损害对河堤的破坏程度;提出的动态填方量预计方法可实现对河堤各治理阶段土方量的准确预计,能够满足实际工程需求,为河堤治理工程设计提供了依据。

关键词：边采边复概率积分法开采沉陷预计河堤治理

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煤矿矿井通风安全管理及通风事故的预防措施

中国科技期刊数据库工业A 2024年第8期 0136-0139页

作者：刘洋洋河南能源集团永煤公司嵩山煤矿河南洛阳471924

通过对矿井通风系统的分析,阐述了矿井通风系统的工作原理。文章对矿井通风系统的组成原理,安全管理制度的建设,技术措施,以及发生的各种事故类型进行了详细的论述。对其成因进行了分析,并提出了相应的对策。通过对矿井通风系统的设备... 详细信息

通过对矿井通风系统的分析,阐述了矿井通风系统的工作原理。文章对矿井通风系统的组成原理,安全管理制度的建设,技术措施,以及发生的各种事故类型进行了详细的论述。对其成因进行了分析,并提出了相应的对策。通过对矿井通风系统的设备维护、监控、安全教育与培训以及新技术的应用进行研究,以期为降低矿井通风事故的发生率,增强矿井作业环境的安全稳定,提出切实可行的措施。

关键词：煤矿矿井通风安全事故预防技术手段新技术

多层结构底板破坏深度精确预测与Matlab实现

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煤炭科学技术 2024年

作者：李昂王伟东牟谦王峰马政和赵磊黄刚周永根田胜祺中煤科工集团重庆研究院有限公司神华新街能源有限责任公司陕西陕煤澄合矿业有限公司陕西陕煤澄合矿业有限公司董家河煤矿分公司西安科技大学建筑与土木工程学院

矿井煤岩层开采工作面底板扰动会诱发底板隔水岩层上部受到破坏，底板破坏深度计算是科学确定底板破坏深度的基本前提。以往采用单一岩层底板塑性滑移线场理论计算往往与实际偏差较大，原因在于底板破坏范围内其结构主要由多层结构组成... 详细信息

矿井煤岩层开采工作面底板扰动会诱发底板隔水岩层上部受到破坏，底板破坏深度计算是科学确定底板破坏深度的基本前提。以往采用单一岩层底板塑性滑移线场理论计算往往与实际偏差较大，原因在于底板破坏范围内其结构主要由多层结构组成。首先构建多层结构底板塑性滑移线场力学模型，推导出多工况下底板破坏深度解析解，并优化出5种计算多层结构底板破坏深度计算工况；其次分析多层结构底板破坏深度人工计算方法的不足及误差原因；提出了计算多层结构底板破坏深度逻辑流程，借助Matlab语言开发了多层结构底板破坏深度计算系统，并结合实际工况分析该系统的可靠性和稳定性。结果表明：⑴多层结构底板破坏深度计算过程中多数工况需多次利用泰勒展开式和一元四次方程求解，人工计算过程冗长繁杂，极易导致计算结果出现偏差；⑵通过手算和机算（Matlab内置函数）对比计算同一工况下相同参数时底板最大破坏深度，可知随底板层数增多，人工求解过程中因泰勒展开式的多次运用导致底板破坏深度计算结果累积误差增大，而Matlab编程求解过程中避免泰勒式应用，其结果更符合现场实际需求；⑶软件主界面包含层数、层厚、力学参数及输入框、计算按钮等功能，可快速智能判别工况，计算出底板最大破坏深度及开采面至底板最大破坏深度水平距离；⑷将平煤某矿相关岩性力学参数代入该软件求解，通过对比分析五层结构底板最大破坏深度理论值、拟合值、实测值及软件值可知，理论值与实测结果偏差0.57m，软件值与实测值相差0.14m，多层计算结果下软件计算更符合实际需求，可为底板水害防治及安全开采提供可靠的技术参数。

关键词：多层结构底板破坏深度塑性滑移线场计算软件

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天然裂缝对水力压裂煤的起裂及扩展试验研究

煤炭科学技术 2024年第5期52卷 92-101页

作者：蒋长宝杨毅毫刘辉辉郭建泉付银兰吴家耀重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400030 兖矿能源集团股份有限公司济宁三号煤矿山东济宁272169 自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室贵州贵阳550009

水力压裂是提高低渗透高瓦斯煤层抽采效率和瓦斯产量的有效方法之一。由于煤层中存在丰富的天然裂缝,天然裂缝与水力裂缝相互作用会使水力裂缝的起裂和扩展形式呈现出复杂多样性,从而影响煤层的增透效果。为研究水力压裂煤在天然裂缝作... 详细信息

水力压裂是提高低渗透高瓦斯煤层抽采效率和瓦斯产量的有效方法之一。由于煤层中存在丰富的天然裂缝,天然裂缝与水力裂缝相互作用会使水力裂缝的起裂和扩展形式呈现出复杂多样性,从而影响煤层的增透效果。为研究水力压裂煤在天然裂缝作用下的起裂和扩展规律,利用自主研发的多功能真三轴流固耦合试验系统开展了煤的水力压裂试验。基于“孔壁应力集中诱发拉伸破裂”理论研究了水力压裂煤的裂缝起裂规律,并结合断裂力学从细观角度揭示了水力压裂煤的裂缝扩展机制。研究结果表明:天然裂缝的存在会诱导水力裂缝沿着天然裂缝方向扩展,极大降低了煤岩的起裂压力。不含明显天然裂缝煤岩压裂所需的起裂压力与根据拉伸破坏起裂准则计算的理论起裂压力结果相近,符合“孔壁应力集中诱发拉伸破裂”准则;含明显天然裂缝煤岩压裂所需的起裂压力均小于根据拉伸破坏起裂准则计算的理论起裂压力,且当天然裂缝方向垂直于最小主应力方向时,所需的起裂压力较小,为3.355 MPa;当天然裂缝平行于最小主应力时,所需的起裂压力仅大于最小主应力,为7.902 MPa。水力裂缝类型为I型时,不含明显天然裂缝煤岩的实测最小和最大扩展压力值均大于理论计算最小和最大扩展压力值,差值范围分别为2.043~6.845 MPa和3.951~8.576 MPa;当煤岩含明显天然裂缝且天然裂缝方向平行于X方向时,水平应力差的存在将引起煤岩的实测扩展压力值小于理论计算的扩展压力值。水力裂缝类型为Ⅱ型或I-Ⅱ型时,随着水力裂缝长度的增加,裂缝扩展所需压力逐渐减小。

关键词：天然裂缝地应力水力压裂裂缝扩展纳米压痕

煤基固废用于生态修复的技术进展与环境风险分析

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洁净煤技术 2024年第S2期 769-776页

作者：邹淑平赵锦生罗浩刘汇东国网能源哈密煤电有限公司大南湖二矿国网能源哈密煤电有限公司国家能源集团北京低碳清洁能源研究院

煤炭是我国重要的能源资源，但其开采和利用过程中产生大量煤基固体废弃物(煤矸石、粉煤灰、气化渣、脱硫石膏),目前以堆填为主的煤基固废处置方式对生态环境形成极大压力，已成为制约煤炭工业可持续发展的重要因素。为实现煤炭资源的... 详细信息

煤炭是我国重要的能源资源，但其开采和利用过程中产生大量煤基固体废弃物(煤矸石、粉煤灰、气化渣、脱硫石膏),目前以堆填为主的煤基固废处置方式对生态环境形成极大压力，已成为制约煤炭工业可持续发展的重要因素。为实现煤炭资源的可持续利用和生态环境保护目标，利用煤基固废进行生态修复已展示出优势潜力，成为科学研究和工程实践的热点。综述了煤矸石、粉煤灰、气化渣和脱硫石膏等煤基固废在采坑回填、矿区土地复垦、农业土壤改良、边际土地开发等方面的生态修复利用技术进展，探讨了煤基固废生态修复利用过程中的环境风险。建议全行业在加紧科研攻关和工程示范的基础上，应充分重视煤基固废生态利用过程污染控制标准及固废基产品标准的编制出台，央国企充分发挥其多产业要素集成优势做好煤基固废生态利用产业先导和商业模式创新，政府统筹共同践行“减污-降碳-扩绿-增长”协同推进目标。

关键词：采坑回填土地复垦土壤改良边际土地开发环境风险

深部下分层膏体充填工作面支架阻力分布与支架-围岩关系

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煤炭科学技术 2024年

作者：李增强郑晓晨周均忠高维强刘文东李强张鹏飞王兆会吴传平山东东山古城煤矿有限公司兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

充填开采是冲击地压矿井实现降载减冲的有效手段，充填工作面支架-围岩关系同常规工作面存在明显差异，导致支护参数选择缺少理论指导。为优化充填工作面支架选型，提高围岩控制效果，降低装备配置成本，以古城煤矿1123工作面为工程背... 详细信息

充填开采是冲击地压矿井实现降载减冲的有效手段，充填工作面支架-围岩关系同常规工作面存在明显差异，导致支护参数选择缺少理论指导。为优化充填工作面支架选型，提高围岩控制效果，降低装备配置成本，以古城煤矿1123工作面为工程背景，研究冲击地压矿井充填开采条件下顶板载荷分布特征，分析支架-围岩耦合作用关系。结果表明：充填阶段和采动阶段的支架载荷时序曲线形态存在明显区别，前者曲线平滑且斜率小，后者瞬变现象频发且斜率大；充填体支撑作用下支架载荷不存在明显的周期变化现象，表明坚硬顶板运动模式由周期断裂型转变为连续沉降型；采动效应、厚顶煤、悬顶距、充实率等因素影响下，支架载荷时序曲线存在增阻型、恒阻型和降阻型，但以快速降阻型为主，表明1123工作面支架初撑力24 MPa偏大，导致厚顶煤二次破碎和支架立柱卸压现象；将采空区划分为非充分压实区和充分压实区，构建了充填体支撑作用下坚硬顶板连续沉降模型，得到了充实率对沉降曲线形态的影响；考虑厚顶煤破坏损伤程度，提出了充填工作面支架阻力确定方法，解释了支架载荷时序曲线中的快速降阻现象发生的原因，给出了支架刚度和初撑力优化原则，改善了支架-围岩耦合关系，提升了厚顶煤和坚硬顶板控制效果。

关键词：冲击地压充填开采坚硬顶板支架-围岩关系支架阻力

基于数值重构的煤堆非均质几何特征及其自燃规律

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煤炭科学技术 2024年

作者：宋双林梁运涛林琦李坤杨红阳王成中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室煤炭科学研究总院有限公司安徽工业大学能源与环境学院

散状物料堆场的非均质空间分布规律是制约煤堆自燃行为准确预测的关键因素之一。为了克服现有堆体自热研究中均一参数假设的限制、提升堆积态系统自燃预测的准确性，本文重点研究了堆体内部空隙率的空间分布规律，通过考虑堆体“下落—... 详细信息

散状物料堆场的非均质空间分布规律是制约煤堆自燃行为准确预测的关键因素之一。为了克服现有堆体自热研究中均一参数假设的限制、提升堆积态系统自燃预测的准确性，本文重点研究了堆体内部空隙率的空间分布规律，通过考虑堆体“下落—碰撞—堆积”的形成过程，提出了以离散元方法模拟堆体形成的数值重构思路。在此基础上，本文研究了不同颗粒粒径和倾倒高度下的堆体内部非均质性空隙率分布规律，讨论了当量粒径和下落高度对堆体非均质空隙分布规律的影响，完成了堆体内部空隙率分布特性的量化表征，据此对比研究了堆体均质假设对煤堆自燃规律的影响。结果表明：(1) 堆体整体空隙率随着倾倒口高度的增加略有上升，但倾倒口高度对堆体空隙率分布规律的影响并不显著，倾倒口高度从0.55m增加到0.95m，其空隙率平均变化量仅为5.1%。(2) 受到上部颗粒重力和挤压作用，堆体内部空隙率沿垂直方向从高到低呈现出整体逐渐降低的趋势，但大粒径颗粒在近地面处的空隙率会有所增加，在离地面高度约3cm处空隙率达到最低值。(3) 堆体内部空隙率沿水平方向呈近似均匀分布，其平均值约为0.45。(4) 堆体均质假设对自然发火期影响不显著，但采用均质堆体假设后，自热区中心点向堆体表面迁移了0.3m，自热区长度由10.2m缩短至3.1m，明显低估了煤自热风险与隐蔽性。本文研究为堆积态系统的典型非均质结构分析提供了不同的研究思路和方向，可以削弱由于大型煤堆内部异质性难以表征所引发的煤自燃预测偏差，提升堆积态多孔系统自燃过程的预测精度，使煤自燃预防措施更具针对性。

关键词：煤堆离散元模拟非均质特性煤自燃空隙率