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水力耦合作用下煤岩渗流动态演化规律

采矿与岩层控制工程学报 2024年第2期6卷 36-47页

作者：吕明杰刘立仁张小涛陈博陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿陕西府谷719400 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为探究煤层注水时水在煤体中的渗流演化规律,采用实验室试验与数值模拟结合的方法,开展了地应力及孔隙水压力耦合作用下煤体结构变形及渗透率演化规律试验,并建立了水力耦合下体积变形演化数学模型,基于UDF二次开发进行了煤岩注水渗流... 详细信息

为探究煤层注水时水在煤体中的渗流演化规律,采用实验室试验与数值模拟结合的方法,开展了地应力及孔隙水压力耦合作用下煤体结构变形及渗透率演化规律试验,并建立了水力耦合下体积变形演化数学模型,基于UDF二次开发进行了煤岩注水渗流动态演化数值模拟。研究结果表明:煤岩孔隙率变化受应力与水压共同作用的影响;煤岩轴向变形量与水压分布由上至下呈递减式传递,体积变形与轴向力、孔隙水压大小成正相关;孔隙水压为赋存于孔裂隙的自由水提供渗透动力,并对煤岩基质骨架产生力学作用,水压越大,煤岩基质骨架越容易破坏;采用UDF程序加载渗透性试验结果对孔隙率随孔隙水压变化进行拟合的结果更接近试验结果,误差较小,对于研究煤岩渗流规律可以提供一定的参考。

关键词：煤层注水渗流 UDF 孔隙率流固耦合数值模拟

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蒙脱石/二烷基二硫代磷酸钼复合润滑油添加剂的摩擦学性能

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硅酸盐学报 2024年第1期52卷 170-179页

作者：康向南钟升旭丁锐马军李梁朱玉芹国家能源集团宁夏煤业公司枣泉煤矿宁夏灵武750409 中煤科工机器人科技有限公司广东深圳518052

添加剂是改善润滑油性能的重要手段,对蒙脱石(MMT)和有机钼复合润滑油添加剂的减摩抗磨性能进行了研究,期望取得较单一添加剂更优异的润滑效果,提高机械设备在恶劣工况下的运行稳定性和安全性。研究结果表明:有机钼中的二烷基二硫代磷酸... 详细信息

添加剂是改善润滑油性能的重要手段,对蒙脱石(MMT)和有机钼复合润滑油添加剂的减摩抗磨性能进行了研究,期望取得较单一添加剂更优异的润滑效果,提高机械设备在恶劣工况下的运行稳定性和安全性。研究结果表明:有机钼中的二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)和MMT作为单一润滑油添加剂均表现出较好的润滑性能,随着MMT和MoDDP添加质量分数的增加,摩擦系数和磨斑直径呈现先降低后升高的趋势,MMT和MoDDP的最佳添加质量分数分别为3.0%和1.5%。与基础油相比,1.5%MoDDP可分别降低41.0%的摩擦系数和48.9%的磨斑直径,3.0%MMT可分别降低40.6%的摩擦系数和48.2%的磨斑直径。与单一添加剂MMT、MoDDP相比,3.0%MMT/1.5%MoDDP复合添加剂可进一步改善润滑油的减摩抗磨性能,相较于基础油,可分别降低56.3%的摩擦系数和52.3%的磨斑直径。MMT和MoDDP具有优良的润滑性能和协同作用,润滑过程中能生成MoS_(2)、MoO_(2)、FeS_(2)、Fe_(2)O_(3)化学反应膜和SiO_(2)物理吸附膜,能够有效地降低摩擦、减少磨损。

关键词：蒙脱石二烷基二硫代磷酸钼复合润滑油添加剂减摩抗磨

冲击地压矿井充填工作面超前采动应力对充填体充实率的反馈机制

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煤炭学报 2024年第4期49卷 1804-1818页

作者：王兆会陈明振李强王伟李增强徐德生郑晓晨孙少龙吴传平郭心洋安君琦中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 济宁市能源局山东济宁272000 兖矿能源集团股份有限公司山东煤炭科技研究院分公司山东济南250117 山东东山古城煤矿有限公司山东济宁272000 冀中能源峰峰集团有限公司梧桐庄矿河北邯郸056011

高应力是深部矿井冲击地压灾变频率走高的主要原因,充填开采则是控制岩层运动,缓解采动应力集中程度,降低围岩破坏和冲击风险的有效手段。为研究采空区充填体对超前采动应力的控制能力,以山东古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理... 详细信息

高应力是深部矿井冲击地压灾变频率走高的主要原因,充填开采则是控制岩层运动,缓解采动应力集中程度,降低围岩破坏和冲击风险的有效手段。为研究采空区充填体对超前采动应力的控制能力,以山东古城煤矿1123充填工作面为工程背景,采用理论分析、室内试验、现场实测手段探究充填开采工作面采动应力分布规律,揭示超前采动应力对充填体充实率的反馈机制,指导冲击地压矿井充实率确定。结果表明:工作面开采初期充填体充实率低于80%,坚硬顶板下沉量大,超前采动影响范围大于30 m,应力集中系数达到1.5,断层影响区采动应力影响范围和集中系数分别增至60 m和1.65,片帮冒顶等围岩失稳现象增多;实测了采空区充填体承载应力全程动态演化特征,承载应力分布曲线划分为“快速降低—短暂稳定—快速升高—缓慢降低—二次稳定”5个阶段,低充实率条件下采空区上、中、下3个区域承载应力稳定值分别为1.9、5.2、2.8 MPa;将采空区充填体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,得到了坚硬顶板“ʅ”型沉降曲线,非充分压实区范围随充实率近似呈线性减小;试验得到充填体弹性模量和单轴抗压强度随凝固时间的演化曲线,结合顶板沉降曲线和推进速度得到工作面前后采动应力全区域分布曲线;建立了超前采动应力集中程度与充填体承载能力的负指数函数关系,揭示了超前采动应力对充填体充实率的负向反馈机制,实现充填开采降载防冲效果的定量评价;提出了充填体充实率“三位一体”协同提升措施,将1123工作面充实率升高至90%,增强了充填体承载能力,超前采动应力集中系数降至1.3,厚顶煤膨胀变形量减少至50 mm,坚硬顶板破断致冲风险显著降低。

关键词：冲击地压充填开采坚硬顶板采动应力反馈机制

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陕西煤矿冲击地压发生规律与分类防治

煤炭科学技术 2024年第1期52卷 95-105页

作者：潘俊锋刘少虹马文涛夏永学王书文冯美华中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤矿灾害防控全国重点实验室(冲击地压防控分实验室) 北京100013 国家能源集团国源电力(神东电力)公司北京100033 中国中煤能源集团有限公司北京100120

随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移,西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省,煤炭开发供应规模稳居全国前列,但冲击地压灾害尤为突出,为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头,并为类似条件矿区冲击... 详细信息

随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移,西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省,煤炭开发供应规模稳居全国前列,但冲击地压灾害尤为突出,为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头,并为类似条件矿区冲击地压防治提供借鉴,通过分析陕西煤矿10年来的24座矿井、85起冲击地压案例,基本厘清了冲击地压发生规律,并开展了基于主控因素的分类防治研究。研究结果表明:陕西省煤矿冲击地压具有灾害矿井集中、灾害程度严重、多灾害叠加影响显著、防治难度大等特点;冲击地压监测技术、防治技术与地方法规建设历程几乎同步,达到了起步晚,起点高,示范效应强的结果;基于冲击地压主控因素,将陕西省冲击地压划分为3大类,分别为:坚硬顶板主导型、地质构造主导型和宽煤柱主导型,并针对主控因素提出弱化坚硬顶板、转移煤柱高集中应力、释放构造应力的防治方法。通过10年来的工程实践,不断优化矿井开采设计,探索煤层厚硬顶板千米顺层钻孔区域压裂新技术,加大防冲卸压技术的落实,冲击地压显现逐年减少,成果显著。

关键词：冲击地压陕西煤矿冲击地压监测冲击地压防治主控因素分类防治

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上榆泉煤矿智能铁路装车系统的研究及应用

洁净煤技术 2024年第S1期 529-533页

作者：白龙宋万军刘淇国家能源集团国神公司上榆泉煤矿

针对上榆泉煤矿铁路装车系统存在的无车型检测、依赖于车方式依赖于人工操作，容易出现人为错误、低效率、质量不稳定等问题，缺少智能管控平台、历史数据不可回溯、装车自动化系统、防冻液喷洒控制等流程环节相互独立，系统之间无法进... 详细信息

针对上榆泉煤矿铁路装车系统存在的无车型检测、依赖于车方式依赖于人工操作，容易出现人为错误、低效率、质量不稳定等问题，缺少智能管控平台、历史数据不可回溯、装车自动化系统、防冻液喷洒控制等流程环节相互独立，系统之间无法进行联动控制，缺少装车质量检测系统，容易出现超载偏载现象等问题，设计了以智能装车控制系统、智能装车管控平台、智能视频识别系统、智能偏载检测系统为主体的智能装车系统，通过车厢信息识别、车厢状态检测、装车质量检测、自动补煤等功能模块实现了全自动智能装车，提高了装车效率、提升安全水平、提高装车质量、提高管理效率、推动智能化发展，提高企业的竞争力。

关键词：智能装车铁路运输选煤厂智能化装车质量

深井高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理及预测研究

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煤炭学报 2024年

作者：王猛朱斯陶李士栋李冬冬姜福兴张修峰陈洋孟祥阁北京科技大学土木与资源工程学院山东能源集团有限公司兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿

煤矿深部开采除了面临“三高一扰动”之外，还面临井下腐蚀性大气和高应力、强扰动等因素共同形成的高应力腐蚀环境，井下大气腐蚀环境等级能达到CX（极高腐蚀）级。以山东巨野煤田深部矿井为工程背景，首先分析了深井开采高应力腐蚀特... 详细信息

煤矿深部开采除了面临“三高一扰动”之外，还面临井下腐蚀性大气和高应力、强扰动等因素共同形成的高应力腐蚀环境，井下大气腐蚀环境等级能达到CX（极高腐蚀）级。以山东巨野煤田深部矿井为工程背景，首先分析了深井开采高应力腐蚀特征及影响因素，对锚杆杆体材料开展实验和理论研究，揭示了高应力腐蚀环境下锚杆强度劣化机理，推导了杆体强度劣化理论模型。1、通过对杆体材料开展SEM、腐蚀SSRT和加速腐蚀实验发现：腐蚀会造成杆体材料的断后伸长率和断裂时间的衰减，相较于惰性条件分别减少了8.22%和8.34%；随腐蚀率增加，材料破坏形式由韧性破坏向脆性破坏转变，区域腐蚀类型逐渐由点蚀发展为均匀腐蚀。2、结合实验结果、电化学理论与非均匀腐蚀模型，引入Pruckenr温度影响因子，推导出杆体材料强度劣化时变模型。深入探究该模型中服役环境温度T、杆体截面半径R和杆体材料常温腐蚀速率Vh，298K对杆体服役寿命的影响发现，R与服役寿命呈线性正相关；T和Vh，298K与服役寿命的关系表现为服役寿命衰减程度随影响因素水平升高而减小。3、结合实验结果与锚杆防冲吸能原理，对巷道锚杆支护极限抗冲能力进行计算分析。结果表明，随锚杆腐蚀率增加，锚杆吸能减少，可抵抗最大震级降低，巷道动力失稳灾害发生风险增加。

关键词：高应力腐蚀锚杆巷道支护深井煤矿强度劣化

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带式输送机转载点防堵装置的设计与应用

煤炭工程 2024年第6期56卷 122-125页

作者：孙威威河南能源集团永煤公司城郊煤矿河南永城476600

为了解决带式输送机转载点卡堵问题,城郊煤矿根据矿井主煤流带式输送机运输系统转载点卡堵主要是粘煤卡堵和大块矸石卡堵,提出了针对粘煤和大块矸石卡堵的解决方案。分析了两种卡堵情形原理,融合到转载点的改造设计中去,提出了通过高压... 详细信息

为了解决带式输送机转载点卡堵问题,城郊煤矿根据矿井主煤流带式输送机运输系统转载点卡堵主要是粘煤卡堵和大块矸石卡堵,提出了针对粘煤和大块矸石卡堵的解决方案。分析了两种卡堵情形原理,融合到转载点的改造设计中去,提出了通过高压水冲刷来解决粘煤卡堵,通过改造转载溜槽挡板的自由量,达到增加转载溜槽出口宽度的目的,从而提升大块矸石的通过空间。将两种情形的处理方式集中起来,改造设计了一种带式输送机转载点防堵装置,并对其进行远程控制改造。结果表明,通过对带式输送机转载溜槽的改造设计,逐步实现了带式输送机转载点卡堵的远程控制,充分解放了现场岗位人员,实现了减人提效。

关键词：综合自动化防堵装置远程控制减人提效

深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 52-64页

作者：李伟孙希奎山东能源集团有限公司山东济南250101

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动... 详细信息

深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动强度的关键。山东能源集团聚焦千米深井智能化开采围岩控制理论,提出了以强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合为核心的支架-围岩智能耦合关系,并形成与之相适应的智能耦合控制逻辑;为突破超大采高智能综采开采工艺及超高煤壁围岩控制技术瓶颈,提出了超大采高液压支架工作阻力“双因素控制法”,发明了三滚筒采煤机及其配套开采方法,研制了与超大采高智能综采相匹配的液压支架及配套系统;针对超大采高综放开采智能化放煤理论与围岩控制难题,提出超大采高综放支架-围岩耦合协调采放空间控制方法,创新了超大采高综放“马鞍形”开采工艺,研制了7 m超大采高智能综放开采液压支架及配套系统;研发了无反复支撑、快速循环自移的单元式超前支架,解决了回采巷道超前支护距离长、支护技术与装备适应性差的问题;开发了基于惯导和精准地质模型的智能采煤控制系统,解决了深部矿井工作面设备智能控制及困扰连续生产的难题;搭建了千米深井智能化开采综合管控平台,实现了千米深井重大灾害多源异构数据融合与管控。上述核心技术在山东能源集团赵楼煤矿7302工作面、东滩煤矿3308工作面等多个工作面进行了智能化开采示范建设,取得了良好的应用效果,所获成果整体推动了我国深地煤炭资源安全高效智能化开采水平,可以为类似矿井智能化工作面建设提供理论与技术借鉴。

关键词：千米深井智能化开采支架-围岩关系超大采高液压支架智能采煤控制系统多元灾害

深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制及防控试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第10期 2552-2569页

作者：张翔朱斯陶张修峰王超陈洋李士栋孔震朱权洁袁腾飞北京科技大学土木与资源工程学院山东能源集团有限公司兖矿集团有限公司煤矿冲击地压防治研究中心兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿华北科技学院应急技术与管理学院

针对日益严峻的巨野煤田大巷煤柱冲击地压现状，以赵楼煤矿七采区大巷煤柱固定区域频繁冲击为工程背景，采用现场实测、数值模拟、理论分析和工业试验等方法，研究深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制，提出一种高应力孤立煤体弹核... 详细信息

针对日益严峻的巨野煤田大巷煤柱冲击地压现状，以赵楼煤矿七采区大巷煤柱固定区域频繁冲击为工程背景，采用现场实测、数值模拟、理论分析和工业试验等方法，研究深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制，提出一种高应力孤立煤体弹核压裂防冲新方法，得到以下结论：采用PFC数值模拟发现厚表土随采场倾长的阶段性增长存在均布载荷、土压力拱、土拱与均载并存共3种加载模式，对应划分厚表土采场顺序接续条件下的地层运动阶段分别为基岩破断运动、岩土初次联动和岩土周期联动。通过研究断层阻隔与顺序接续条件下的厚表土地层载荷传递机制，设计了断层煤柱整体载荷分布曲线的量化方法，基于大巷切割影响的断层煤柱应力演化规律，建立孤立煤体应力分区承载工程模型，推导大巷孤立煤体群整体、局部失稳冲击工程判据。揭示深厚表土运动诱发高应力煤柱频繁冲击机制：由于岩土地层联动加载和大巷平行断层阻隔耦合影响，断层煤柱承载采场转移应力高度集中，同时大巷切割导致煤柱整体应力分散至孤立煤体群承载，当任一孤立煤体满足失稳冲击判据时，断层煤柱即频繁发生冲击显现。提出了一种高应力孤立煤体弹核压裂防冲方法，其原理为通过水力压裂降低弹性核区承载能力以促使孤立煤体整体载荷重新分布，实现其承载应力降峰均载的防冲目标，经工业试验发现弹性核区注水起裂压力约30 MPa，裂缝扩展长度与应力均化宽度大于21.2和14.5 m，现场监测表明弹核压裂能够减少孤立煤体应力集中程度，有效降低孤立煤体冲击危险水平。

关键词：采矿工程深厚表土大巷煤柱断层频繁冲击水力压裂