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10m超大采高智能化开采关键技术及装备研究

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中国煤炭 2024年第7期50卷 82-90页

作者：韩会军韩春福李明忠张金虎张权曾明胜煤炭科学研究总院开采分院北京市朝阳区100013 中煤科工开采研究有限公司北京市朝阳区100013 陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司陕西省榆林市719001 天地科技股份有限公司北京市朝阳区100013

通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,... 详细信息

通过调研陕西陕煤曹家滩煤矿业有限公司22煤层赋存条件,探究了超大开采空间矿压显现规律及超高煤壁片帮特点,总结了超大采高综采工作面围岩控制关键技术,分析了超大采高综采工作面端头区支护特点,提出“大梯度+小台阶”端头区过渡模式,实现了综采工作面中部到两端头巷道6 m高差的短缓过渡及端头区三角煤高回收率支护;基于综采工作面智能化成套开采装备选型配套,研发了适应10 m超大采高综采工作面的成套开采装备,实现了超大开采空间安全防护、特厚煤层高效截割、超大运量煤流顺畅运输;搭建工作面“采支运”一体化智能协同作业控制系统及多源系统集成与数据融合分析平台,支撑10 m超大采高综采工作面安全高效开采。

关键词： 10 m超大采高厚及特厚煤层开采技术及装备智能化开采

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近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式与解危技术

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能源与环保 2024年第5期46卷 1-7页

作者：樊振丽曹路通申晨辉邵远洋天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近... 详细信息

榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式,认为基岩风化带水、火烧区水、第四系萨拉乌苏组松散层潜水以及大气降水是浅层采空区的直接或间接补给水源,在上部煤层采空区中形成较高水位的静储量;近距离煤层下层煤开采时,导水裂缝带沟通上部采空区,高静储积水以瞬间溃入形式进入下层煤回采工作面。针对高静储采空区积水威胁,提出了“近距离煤层充水模型建立—采空区积水范围探测与积水量预计—垂向采空区积水解危—疏控效果评价”4阶段解危模式,形成了解危成功的判别标准,即当钻孔疏放量等于动态补给量时,可认定采空区静储量积水已基本疏放完毕,采空区积水威胁解除。该成果在神木惠宝煤矿成功应用,对类似条件下的矿井具有借鉴意义。

关键词：近距离煤层开采采空区水害导水裂缝带充水模式疏放水

煤及燃煤产物中稀土元素的分布赋存特征研究进展

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 269-282页

作者：邢艳阳丁华白向飞何金煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

稀土元素因其特殊的性质被广泛用于永磁、冶金、储氢材料等领域,消费量逐年递增。我国是稀土元素储量大国,至2020年我国稀土元素矿产量在世界占比逐年下降,近几年有所回升,但仍需要寻找和开发其他可作为稀土元素供应源的材料。煤作为一... 详细信息

稀土元素因其特殊的性质被广泛用于永磁、冶金、储氢材料等领域,消费量逐年递增。我国是稀土元素储量大国,至2020年我国稀土元素矿产量在世界占比逐年下降,近几年有所回升,但仍需要寻找和开发其他可作为稀土元素供应源的材料。煤作为一种有机矿产,形成过程中可富集稀土元素。深入认识煤中稀土元素含量及赋存状态对后续研究其燃烧产物中稀土元素赋存和提取回收具有重要意义。国内外学者分时代、地区、煤级研究煤中稀土元素含量,对煤及其燃烧产物中的稀土元素赋存状态研究进行总结,并初步认识到我国煤及其燃烧产物中的稀土元素分布赋存特征。目前研究表明,中国煤中的平均稀土元素含量是世界煤中的平均稀土元素含量的两倍;晚二叠世时期煤中稀土元素相对富集;煤中稀土元素主要以硅酸盐态存在。稀土元素性质稳定,经过燃烧后可在燃煤产物中明显富集,主要富集在非磁性的细飞灰颗粒中。对于煤中稀土元素含量的统计应综合考虑样品来源矿区的覆盖率、样品处理方式、微量元素测试方式等因素,以提高统计数据的代表性和准确性。综合直接观测、表征测试方法、逐级化学提取法及数理统计方法以推测得到较为可靠的赋存状态。我国煤炭消费量可观,能源供应以火力发电为主,燃煤产物产量巨大,煤中稀土元素至燃煤产物中可得到几十倍的富集,探明电厂燃煤产物中稀土元素富集分布规律,结合其提取的难易程度提出对应的回收工艺,以实现对燃煤产物资源化利用。

关键词：煤稀土元素赋存状态燃煤产物富集行为

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煤矿巷道修复机关键技术及研究进展

矿山机械 2024年第4期52卷 6-10页

作者：郭吉昌中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

介绍了我国巷道修复机的研究现状,归纳总结了巷道修复机的特性、特殊功能要求和设计要点。对巷道修复机的常用作业属具进行了分类总结,在介绍巷道修复机基本组成的基础上,分析了目前研究中的难点、关键技术和发展趋势,论述了巷道修复机... 详细信息

介绍了我国巷道修复机的研究现状,归纳总结了巷道修复机的特性、特殊功能要求和设计要点。对巷道修复机的常用作业属具进行了分类总结,在介绍巷道修复机基本组成的基础上,分析了目前研究中的难点、关键技术和发展趋势,论述了巷道修复机器人作为巷道修复机的发展趋势和目标,归纳总结了其实现道路上的关键技术和难点。

关键词：巷道修复机巷道修复机功能特性巷道修复机设计要点巷道修复机器人

不同管径内瓦斯爆炸压力与火焰波传播实验研究

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工程爆破 2024年

作者：杨堃司荣军黄子超贾泉升赵井清牛宜辉中煤科工集团重庆研究院有限公司火灾爆炸防治研究分院煤炭科学研究总院煤矿灾害防控全国重点实验室

为减少低浓度瓦斯输送过程中输送管道爆炸事故，利用公称直径分别为700、500、200 mm的钢制爆炸试验管道，实验研究了管道中瓦斯爆炸压力及火焰波的传播规律。结果表明：爆炸传播过程中最大爆炸压力随长径比变化曲线呈波动上升趋势，管... 详细信息

为减少低浓度瓦斯输送过程中输送管道爆炸事故，利用公称直径分别为700、500、200 mm的钢制爆炸试验管道，实验研究了管道中瓦斯爆炸压力及火焰波的传播规律。结果表明：爆炸传播过程中最大爆炸压力随长径比变化曲线呈波动上升趋势，管径变化会改变压力峰值出现的时间空间位置，700、500、200 mm管道最大爆炸压力分别出现在长径比115、103、103，分别为0.59、0.28、0.09 MPa。管道直径越大，最大爆炸压力越大。火焰传播速度随长径比变化曲线起伏波动，整体呈上升趋势，通过分析可将火焰传播过程分为自由传播、反弹加速、稳定加速3个阶段，700、500、200 mm管道最大火焰传播速度分别出现在长径比83、108、96，分别为846、943、250 m/s。实验中700、500 mm管道出现爆燃转爆轰现象，火焰速度可达800 m/s以上，管径越大爆燃转爆轰过程越早。研究结果可为工程实践中瓦斯管道输送和利用的安全防护提供有力支撑。

关键词：瓦斯爆炸不同管径爆炸压力火焰传播速度

橡胶垫层吸能缓冲构件对锚杆支护系统抗冲击性能的影响机理

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煤炭学报 2024年

作者：卢志国高富强娄金福董双勇彭相愿白刚王晓卿杨磊付玉凯中煤科工开采研究院有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室煤炭科学研究总院开采研究分院辽宁工程技术大学安全科学与工程学院

冲击危险巷道的防冲支护实践表明，锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件，采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无... 详细信息

冲击危险巷道的防冲支护实践表明，锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件，采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无吸能垫层两种工况下锚杆支护系统进行冲击加载试验，得到锚杆变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参量的响应特征，定量阐释了吸能缓冲构件对支护系统抗冲击性能的影响机制。研究表明：(1) 锚杆支护系统经历冲击作用时，锚杆载荷的动态响应早于变形，且安装吸能缓冲构件时锚杆载荷、变形及响应“时-速”均显著降低，表明吸能缓冲构件能够改善锚杆支护系统的抗冲击性能；(2) 吸能缓冲构件通过塑性变形消耗部分冲击能量，降低支护系统中主要构件的吸能需求，锚杆吸能速率降低是能量吸收量降低与响应时间延长双重作用的结果；(3) 吸能缓冲构件有利于均衡锚杆群受力，与各支护构件协同承载，进而提升支护系统的抗冲击性能，支护系统各冲击响应指标的标准差显著降低，其中锚杆吸能速率降低尤为明显，降幅达77.89%；(4) 安装吸能缓冲构件，围岩破坏程度，围岩裂隙迹线长度、分形维数及质量损失比等定量指标显著降低，吸能缓冲构件防冲作用表现在抑制裂隙扩展、张开及防止破裂后碎块分离弹射2个方面。研究成果可为冲击危险巷道锚杆支护系统的优化设计提供有益参考。

关键词：锚杆吸能缓冲构件动态响应特征冲击地压巷道支护

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低变质煤CO来源及防控技术研究

煤矿安全 2024年第1期55卷 132-138页

作者：王永敬王坤陈洋师吉林秦乐静煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 中国矿业大学(北京) 北京100083

为了研究低变质煤CO来源,降低煤层自然发火风险;以大南湖一矿3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、实验模拟及现场观测等手段,研究3#煤层CO赋存、开采及割煤中CO产生规律及回风隅角CO来源占比等规律。结果表明:煤在无氧下粉碎,煤分子共... 详细信息

为了研究低变质煤CO来源,降低煤层自然发火风险;以大南湖一矿3#煤层为研究对象,通过程序升温实验、实验模拟及现场观测等手段,研究3#煤层CO赋存、开采及割煤中CO产生规律及回风隅角CO来源占比等规律。结果表明:煤在无氧下粉碎,煤分子共价键断裂生成的大量官能团、自由基相互作用产生极少量CO;煤在有氧下粉碎,产生大量CO,随煤样比表面积增大,CO体积分数随之增加并最终趋于稳定;采煤机割煤中产生高温使煤体发生氧化产生CO体积分数为(30~50)×10^(-6);回风隅角CO来源于采空区的CO体积分数占回风隅角CO总体积分数的28%,70%以上的CO来源于生产时期后溜破碎煤体氧化。根据低变质煤CO来源,采取了有针对性的架后喷洒CO复合抑制剂、采空区压注冷氮及漏风封堵等综合防控措施,使回风隅角及回风流CO体积分数大幅降低。

关键词：低变质煤自然发火程序升温 CO赋存复合抑制剂

基于地震波CT探测的冲击地压危险性评价与防治

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陕西煤炭 2024年第6期43卷 82-86,91页

作者：门鸿赵华全窦桂东谢非陕西彬长小庄矿业有限公司陕西咸阳713500 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

为了解决工作面回采过程中存在的冲击危险区域的不确定性和煤岩体内部静载荷分布的模糊性,采用地震波CT探测技术,对回采工作面采取静载荷探测和冲击危险性评估,对冲击危险区域进行了重新确定,并制定了有针对性的卸压方案,提高了工作面... 详细信息

为了解决工作面回采过程中存在的冲击危险区域的不确定性和煤岩体内部静载荷分布的模糊性,采用地震波CT探测技术,对回采工作面采取静载荷探测和冲击危险性评估,对冲击危险区域进行了重新确定,并制定了有针对性的卸压方案,提高了工作面回采期间的冲击地压防治效果。结果表明,小庄煤矿40302工作面回采期间,发现中等危险区域共9处,弱危险区域14处,其他区域为无冲击危险区域。通过采用地面L型水平井分段压裂技术、煤层大直径卸压钻孔、煤层爆破及顶板预裂爆破技术对冲击危险区域进行卸压,有效降低了工作面回采期间的冲击风险,为工作面安全回采提供了保障。

关键词：冲击地压地震波CT 静载荷探测分段压裂卸压钻孔预裂爆破

基于地音监测技术的矿震演化规律及预警模型研究

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中国煤炭 2024年第3期50卷 53-60页

作者：王元杰中煤科工开采研究院有限公司北京市朝阳区100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京市朝阳区100013 中国矿业大学矿业工程学院江苏省徐州市221116 煤炭科学研究总院开采研究分院北京市朝阳区100013

矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,针对煤矿矿震灾害地音预警问题,通过现场地音监测数据,对矿震发生前地音活动演化规律和前兆特征进行了分析,基于M-K趋势评估法,建立了矿震发生危险评价预警模型,并进行了效果检验和应用分析。... 详细信息

矿震是冲击地压孕育及诱发的重要影响因素,针对煤矿矿震灾害地音预警问题,通过现场地音监测数据,对矿震发生前地音活动演化规律和前兆特征进行了分析,基于M-K趋势评估法,建立了矿震发生危险评价预警模型,并进行了效果检验和应用分析。研究结果表明:矿震发生前在生产班和检修班期间,煤岩体内应力受采动影响处于波动增长状态,导致地音活动具有“波动增长”的前兆模式;危险评价预警模型通过对地音前兆信息给出的定量评价对矿震的发生能够起到较好的预警作用。

关键词：矿震地音监测技术前兆信息 M-K趋势评估法预警模型