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淮南煤与内蒙古煤配煤煤灰熔融特性及气化反应性研究

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煤炭转化 2024年第4期47卷 68-78页

作者：刘国斌张湘陆启均桂国阳黄杰李寒旭焦发存淮南矿业(集团)有限责任公司煤炭销售分公司安徽淮南232001 安徽理工大学化工与爆破学院安徽淮南232001 安徽理工大学安徽省现代煤炭加工技术研究院安徽淮南232001

淮南煤煤灰熔融温度高导致其无法直接在气流床气化炉上使用,将淮南煤ZA煤分别与低灰熔融温度内蒙古煤ZB煤和ZC煤按照1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的质量比进行配煤,利用智能灰熔点测定仪(封碳法)对单煤及其配煤煤灰熔... 详细信息

淮南煤煤灰熔融温度高导致其无法直接在气流床气化炉上使用,将淮南煤ZA煤分别与低灰熔融温度内蒙古煤ZB煤和ZC煤按照1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的质量比进行配煤,利用智能灰熔点测定仪(封碳法)对单煤及其配煤煤灰熔融温度进行测定,探究配煤比对煤灰熔融温度的影响,基于热力学平衡计算结果(利用FactSage 8.1软件计算)探讨了配煤煤灰熔融温度变化机理;利用热重分析仪(TGA)对单煤煤焦和配煤煤焦的CO_(2)气化反应性进行测定,并对反应动力学进行分析。结果表明:ZA煤灰在高温下生成莫来石是其熔融温度高的主要原因。ZA煤分别与ZB煤和ZC煤相配后,煤灰中莫来石含量降低,低熔点的钙长石、镁堇青石含量增加,使得配煤煤灰熔融温度降低。ZA煤焦、ZB煤焦和ZC煤焦三种煤焦的平均CO_(2)气化反应速率分别为2.54%/min,3.49%/min和4.19%/min,ZA煤焦与CO_(2)的气化反应最难发生,平均气化反应速率最小,ZC煤焦的CO_(2)气化反应最容易,平均反应速率最大。与单煤煤焦相比,配煤煤焦气化反应过程呈现先促进后抑制的作用。三种单煤煤焦CO_(2)气化反应活化能位于336.8 kJ/mol~405.0 kJ/mol之间,AB2(ZA煤与ZB煤的质量比为2∶8)煤焦和AC3(ZA煤与ZC煤的质量比为3∶7)煤焦的CO_(2)气化反应活化能与ZB煤焦的CO_(2)气化反应活化能和ZC煤焦的CO_(2)气化反应活化能基本一致,表明配煤降低了配煤煤焦中ZA煤焦的CO_(2)气化反应活化能。

关键词：淮南煤配煤热力学平衡计算灰熔融温度气化反应性

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深部煤巷切顶复用矿压显现规律及防控对策研究

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矿业研究与开发 2024年第3期44卷 82-89页

作者：李超陈登红李琛郭伟宁候静静徐松林安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南市232063 淮沪煤电有限公司丁集煤矿安徽淮南市232142

为改善沿空留巷顶底板变形量大的问题,以丁集矿1462(1)轨道顺槽为研究对象,综合数值模拟和现场实测的方法,对巷道围岩变形规律进行分析。结果表明,随着超前工作面距离的增加,巷道围岩垂直位移出现不同程度的减小,超前工作面60~120m时,... 详细信息

为改善沿空留巷顶底板变形量大的问题,以丁集矿1462(1)轨道顺槽为研究对象,综合数值模拟和现场实测的方法,对巷道围岩变形规律进行分析。结果表明,随着超前工作面距离的增加,巷道围岩垂直位移出现不同程度的减小,超前工作面60~120m时,巷道围岩变形量在20cm以内;超前工作面60m以后,巷道围岩受采动影响程度低,逐渐趋于稳定,一次采动结束后工作面超前支承压力影响范围约为120m。提出侧向切顶卸压结合分段支护的方案治理巷道变形,数值模拟结果表明,该方案可使得巷道垂直向位移下降62.5%,验证了该方案的理论可行性,经现场应用后效果良好,顶底板间距增高率达44%,可为同类型巷道支护提供理论参考。

关键词：超前支承压力沿空留巷围岩变形规律数值模拟

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特厚煤层低位双硬顶板破断失稳规律试验研究

矿业研究与开发 2024年第1期44卷 48-53页

作者：康志鹏罗勇段昌瑞淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤碳安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232001 淮河能源控股集团有限责任公司、深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南市232001

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表... 详细信息

针对特厚煤层双硬顶板放顶煤开采覆岩冲击性破断问题以及宽煤柱沿空巷道变形较大、护巷困难、需反复刷扩等问题,以麻家梁矿14202工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验,对特厚煤层低位双硬顶板结构破断的动载效应进行研究分析。结果表明:下位坚硬顶板自离层萌生到全部垮落工作面累计推进36m,推进60m时发生初次失稳破断,垮落厚度为4.2m,破断角为60°,顶板断裂线距煤壁5.8m,周期垮落步距约为23~25m;上位坚硬顶板自下分层垮落到完全垮落工作面累计推进23m,破断步距约为55~65m,破断角与上位坚硬顶板一致;位移监测结果显示,下位坚硬顶板与软弱夹层中下部分、上位坚硬顶板与软弱夹层上分层以及其上覆软弱岩层运动规律保持一致;双硬顶板破断失稳在采空区侧形成一定范围的应力升高区,应力峰值为23MPa,应力集中系数为1.57,应力峰值距影响范围为20m;下位坚硬顶板破断形成“短悬臂梁”结构,该结构随工作面回采动态前移形成小周期来压,上位硬顶破断形成“长砌体梁”结构,该结构破断失稳动载作用于下部“短悬臂梁”,使得其提前破断而共同作用于工作面支护体,形成大周期来压。研究结果可为特厚煤层开采多层硬顶条件下的围岩控制提供理论依据。

关键词：特厚煤层双硬顶板相似模拟破断失稳

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丁集矿西三采区首采面煤巷的支护设计

采矿技术 2024年第2期24卷 28-34页

作者：潘辉任帅潘明胜肖殿才王雷斌鞠俊超王蒙淮沪煤电有限公司丁集煤矿安徽淮南市232000 淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南市232000 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南市232000

淮南矿区深井巷道围岩合理支护是保证矿井持续安全高效开采的重要保障,如何建立“多、快、好、省”的支护方式至关重要。以丁集矿西三采区首采面为工程背景,采用理论计算、数值模拟、现场监测等方法确定并验证适合该首采面的合理支护策... 详细信息

淮南矿区深井巷道围岩合理支护是保证矿井持续安全高效开采的重要保障,如何建立“多、快、好、省”的支护方式至关重要。以丁集矿西三采区首采面为工程背景,采用理论计算、数值模拟、现场监测等方法确定并验证适合该首采面的合理支护策略,可为淮南矿区同等地质条件下的巷道支护提供技术参考。根据综合柱状图可得巷道顶板为复合顶板,依据巷道围岩地质力学评估结果与围岩分类标准,综合评定1632(3)轨顺、运顺围岩为Ⅳ类稳定性较差岩层。通过理论结算得出:轨顺设计顶帮锚杆长度为2.5m,顶板锚杆间排距为0.75m×1m,设计帮部锚杆间排距为0.85m×1m、锚索长度为6.3m、间排距为1.05m×1m时能满足支护要求。由不同支护方案模拟得到巷道应力、位移云图和塑性区分布情况,经综合比较,确定方案一(2.5m锚杆+6.3m)的支护效果最好。现场监测表明:顶帮部锚索载荷最大为78kN,之后基本趋于稳定;巷道底鼓量最大为150mm,帮部最大位移为50mm,顶板离层值最大为42mm,整体变形量较小,支护效果较好。

关键词：深部岩体支护方式联合支护数值模拟首采面

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丁集矿切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术研究

采矿技术 2024年第2期24卷 22-27页

作者：罗勇任帅肖殿才高翔淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南市232000 淮河能源控股集团有限责任公司安徽淮南市232001 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司安徽淮南市232001

淮南矿区矿井存在采掘接替紧张、掘巷成本高等问题,如何快速降低掘巷成本、提高掘巷效率是目前亟待解决的问题。以丁集矿1452(1)工作面为工程背景,利用块体力学平衡法,对切顶卸压沿空留巷围岩结构力学模型进行了分析,得到了相应的巷旁... 详细信息

淮南矿区矿井存在采掘接替紧张、掘巷成本高等问题,如何快速降低掘巷成本、提高掘巷效率是目前亟待解决的问题。以丁集矿1452(1)工作面为工程背景,利用块体力学平衡法,对切顶卸压沿空留巷围岩结构力学模型进行了分析,得到了相应的巷旁支护阻力计算公式。对于深部高应力厚煤层,除切缝外,还需要对上覆主关键层通过“深孔弱化爆破”方法,主动增加切顶短臂岩梁的厚度,使巷道顶板的悬顶能留得住、悬得稳,同时又使冒落顶能充分垮落、碎胀和压实,对巷道顶板起一定的支撑作用。提出了上断下裂技术,明确了“上断下裂”切顶爆破参数设计方法。上断孔和下裂孔分别采用双囊袋、单囊袋配合封孔剂进行封孔,取代了传统的炮泥封孔。封孔剂具有高强度、快速凝固的优点,缩短了封孔时间,提高了封孔强度。对矿压进行了实测分析,工作面前3.8 m处离层位移值达到最大,为457mm,大量变形集中在锚杆2.8m范围内,随后离层逐渐闭合;巷道帮部变形非采煤帮侧要大于挡矸墙侧,其中非采帮最大变形量达到420mm,挡矸墙最大变形量达到201mm。监测结果表明,“上断下裂”切顶方法在丁集矿达到了较好的留巷无煤柱开采效果。

关键词：切顶卸压沿空留巷 “上断下裂”切顶方法块体力学平衡法无煤柱开采

极复杂条件煤层智能化开采安全保障体系及关键技术

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矿业研究与开发 2024年第3期44卷 164-170页

作者：杨科范超尘刘静波吴劲松池小楼张杰安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心安徽淮南市232063 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南市232063 淮北矿业股份有限公司杨柳煤矿安徽淮北市235115

针对极复杂条件煤层智能化开采所面临的难题,介绍了我国煤矿智能化安全保障技术的进展,阐述了极复杂条件下煤层开采所需的瓦斯防控、矿井火灾、水害治理与人员设备协同调度等关键技术,构建了智能开采工作面安全保障体系。强调智能开采... 详细信息

针对极复杂条件煤层智能化开采所面临的难题,介绍了我国煤矿智能化安全保障技术的进展,阐述了极复杂条件下煤层开采所需的瓦斯防控、矿井火灾、水害治理与人员设备协同调度等关键技术,构建了智能开采工作面安全保障体系。强调智能开采的基础在于建立精确的地质感知模型,结合淮北矿区工程实践,提出了极复杂条件煤层智能化安全保障难题的解决方法,主要包括地质感知,瓦斯、水害、火灾风险防治与大数据平台设备人员调度等。形成了基于高密度三维地震精准地质保障技术、高瓦斯煤层高效定向钻进技术、矿井水害防护技术、矿井火灾在线监测预警技术与矿山人员设备总体调度架构,降低了矿山安全风险和生产成本,为类似条件下的工程实践提供了参考依据,为构建极复杂煤层智能化开采安全保障体系提供了技术路径。

关键词：极复杂条件煤层智能化开采安全保障体系工程实践

深井切顶留巷围岩变形机理与分区治理技术研究

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采矿与安全工程学报 2024年第4期41卷 655-665页

作者：华心祝李琛王仙龙祁亚宝陈登红庞文安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 淮沪煤电有限公司丁集煤矿安徽淮南232141

沿空巷道服务周期长,矿压显现强烈,一次采动后往往造成巷内围岩大变形,难以为下区段工作面开采继续服务。以丁集煤矿1452(1)工作面一次采动结束后留巷修复治理和重新加强支护为工程背景,现场测试留巷断面收缩程度,将其划分为3个不同变... 详细信息

沿空巷道服务周期长,矿压显现强烈,一次采动后往往造成巷内围岩大变形,难以为下区段工作面开采继续服务。以丁集煤矿1452(1)工作面一次采动结束后留巷修复治理和重新加强支护为工程背景,现场测试留巷断面收缩程度,将其划分为3个不同变形特征的待修复治理区域。理论分析巷内围岩变形机理:切顶高度内的顶板破断、回转及采空区垮落矸石的反复压实造成了顶板的非对称变形;采动引起的高支承压力对煤帮破碎区挤压是造成巷帮变形的主要原因;上覆岩层载荷以实体煤帮和采空区矸石帮为媒介传递到底板引起巷道底板变形破坏。利用极小势能原理得到底鼓随应力集中程度的增加而线性增大的结论,并结合数值模拟分析一次采动后顶底板的最小主应力分布状况,以此反映顶底板的应力集中程度。确定留巷修复治理的最佳时机与修复工艺,基于对留巷围岩变形的分析,提出“围岩结构分级分区主被动协同支护”技术。现场监测结果表明,下区段工作面回采时,巷内围岩变形及恒阻锚索受力稳定,该控制技术能够有效控制巷道围岩变形,所留巷道能够满足复用要求。

关键词：沿空留巷切顶卸压围岩控制修复治理补强支护

“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制技术研究

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 446-454页

作者：康志鹏罗勇任波段昌瑞肖殿才淮南矿业(集团)有限责任公司深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 淮河能源控股集团有限责任公司深部煤炭开采耦合灾害防控国家矿山安全监察局重点实验室安徽淮南232001

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,... 详细信息

为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,分析巷旁支护体结构参数对于巷道稳定性的影响。结果表明:给顶板提供充足的支护强度以及合适的可缩量,是巷旁充填体整体稳定的前提;高水充填材料单轴加压下的力学行为可分为“均匀压密、弹性变形、动态失稳、劣化破坏”4个阶段;在充填体宽度增加过程中,最大应力表现为先增后减再增的趋势,在充填体1.6 m宽时出现稳定承载应力核;理论计算的切顶最佳高度为10.7 m。工程实践表明,工作面后方60 m范围无大变形和明显应力集中,围岩整体控制效果良好、结构稳定,留巷效果达到设计要求。

关键词：薄煤层沿空留巷高水材料聚能爆破

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煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展

煤炭科学技术 2024年第4期52卷 164-176页

作者：孙四清杨帆郑玉岐张庆利煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得... 详细信息

瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

关键词：煤层瓦斯含量定点取样密闭取样碎软煤层硬煤