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宝日希勒露天煤矿水资源综合利用优化配置研究

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能源与环境 2024年第1期 152-156页

作者：吴慧光徐芸陶玲王海棠王晓雷曹志国国能宝日希勒能源有限公司内蒙古呼伦贝尔021000 国家能源集团北京低碳清洁能源研究院北京102209 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209

煤炭开采产生的大量矿井水,是宝贵的非常规水资源,处理后可回用于矿区生产和生活。该文对矿坑水资源水质、利用情况、用途进行分析,完善2022年矿区用水平衡图,并对现有工艺进行优化,建立智慧水务、完善用水制度和经济管理机制,提出系统... 详细信息

煤炭开采产生的大量矿井水,是宝贵的非常规水资源,处理后可回用于矿区生产和生活。该文对矿坑水资源水质、利用情况、用途进行分析,完善2022年矿区用水平衡图,并对现有工艺进行优化,建立智慧水务、完善用水制度和经济管理机制,提出系统的建议和可行性措施。

关键词：露天煤矿矿井水优化配置宝日希勒

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神府矿区采空区精细化综合勘探技术研究

煤炭工程 2024年第4期56卷 28-35页

作者：刘立仁徐慧吕明杰李杰陈凯牟义国家能源集团国神三道沟煤矿陕西榆林719407 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

为精细化查明神府矿区亿源煤矿井田内原不明小煤窑采空区,为采空区治理提供科学依据,需开展瞬变电磁法、钻探及测井等综合勘查技术工作,以明确采空区分布范围及富水情况。结果表明:从测井曲线中可以看出煤岩层物性稳定,曲线形态明显,煤... 详细信息

为精细化查明神府矿区亿源煤矿井田内原不明小煤窑采空区,为采空区治理提供科学依据,需开展瞬变电磁法、钻探及测井等综合勘查技术工作,以明确采空区分布范围及富水情况。结果表明:从测井曲线中可以看出煤岩层物性稳定,曲线形态明显,煤层具有高电阻率、低密度、低伽玛特性,煤层属导电性较差的高阻层(最高大于1000Ω·m),其他泥岩、砂质泥岩、砂岩等呈现相对低阻特征,煤层与围岩物性差异明显;瞬变电磁法采用280 m矩形发射线框、发射频率25 Hz、增益2^(2)~2^(5)之间、发射电流8 A、积分时间15 s的参数组合进行探测,对已知采空区反映明显,推断3^(-1)煤层房柱式采空区总面积0.985 km^(2);通过钻探揭露了2^(-2)煤和3^(-1)煤房柱式采空区,验证了物探推断的3^(-1)煤采空区。测井、瞬变电磁法探测、钻探相互依托、相辅相成,达到了精细化综合勘探的目的。

关键词：地球物理测井瞬变电磁法钻探神府矿区综合勘探

急倾斜巨厚煤层复杂空间结构区微震时空演化规律及诱冲机理

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煤炭学报 2024年第4期49卷 1786-1803页

作者：崔峰张随林刘旭东来兴平姬松涛冯攀飞贾冲陆长亮王昊西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 国家能源集团新疆能源公司乌东煤矿新疆乌鲁木齐830000

煤矿冲击地压灾害的发生与空间结构密切相关,尤其在复杂空间结构区灾害发生更频繁。掌握煤层开采复杂空间结构区煤岩灾变规律并揭示其发生机制对于冲击地压防控具有重要意义。以乌东煤矿为研究背景,采用数值模拟、微震监测、理论分析等... 详细信息

煤矿冲击地压灾害的发生与空间结构密切相关,尤其在复杂空间结构区灾害发生更频繁。掌握煤层开采复杂空间结构区煤岩灾变规律并揭示其发生机制对于冲击地压防控具有重要意义。以乌东煤矿为研究背景,采用数值模拟、微震监测、理论分析等方法,研究了岩柱应力异常尺寸效应,分析了复杂空间结构区微震时空演化规律,揭示了复杂空间结构下冲击地压发生机理,评估了煤层开采不同区域的冲击危险性。研究结果表明:①急倾斜岩柱厚度更窄、出露高度更大其撬动效应更强,岩厚变异应力异常形成5个分区。②岩柱厚度更窄区域微震频次更多,能量更高,时空活动度更强,离散性更高。高应力区、应力梯度区、应力平稳区依次呈现“低频次-高能量”、“高频次-高能量”、“低频次-低能量”的微震响应特征。③特殊空间结构区域微震事件簇集且能级增大,时空活动度及离散性陡增,尤其在结构边缘该特征更明显,能量积聚及释放速率增大,冲击地压发生的概率及强度更高。位于岩柱更窄区域的特殊空间结构内微震活动更剧烈。④岩柱厚度越窄(煤柱高度越大)则岩柱向深的弯矩及能量增长速率越快,冲击危险性更高。依据结构面强度效应推断出断裂带发生滑移错动,是能量积聚与释放的优势区域。揭示冲击地压发生机理为高静载及低临界载荷共同作用,基于应力集中特征评估煤层开采不同区域的冲击危险性。

关键词：急倾斜巨厚煤层复杂空间结构微震时空演化规律冲击地压

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煤泥基胶结充填材料性能及充填加固效果研究

金属矿山 2024年

作者：侯玉亭张羽者张英超刘会奇吕庆山黄鹏兖矿能源集团股份有限公司南屯煤矿中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

山东某矿早期多采用房式开采，遗留了大量优质矿产资源，若不对空区采取适当措施，不仅会造成空区漏风、矿层自燃、矿柱失稳等灾害，而且破坏了矿层的完整性，给复采矿柱资源带来了巨大的困难。基于上述问题，提出了采用煤泥基胶结材料... 详细信息

山东某矿早期多采用房式开采，遗留了大量优质矿产资源，若不对空区采取适当措施，不仅会造成空区漏风、矿层自燃、矿柱失稳等灾害，而且破坏了矿层的完整性，给复采矿柱资源带来了巨大的困难。基于上述问题，提出了采用煤泥基胶结材料预充填柱式空区，开展煤泥基胶结充填材料性能试验，测试分析了减水剂及强化剂等添加剂作用下料浆的流动及力学性能，并考虑蠕变影响，定量分析了充填加固矿柱强度增幅效果，结果表明：减水剂C是料浆扩展度的主控因子，强化剂D是试件早期强度的第二大影响因子，水泥占比B是试件后期强度的主要影响因子，质量浓度A是料浆性能的主要共性因子；基于充填厚度与煤样尺寸比值，矿柱抗压强度呈线性正相关增长趋势。本研究对于煤泥基胶结材料预充填房式空区，回收井下呆滞矿产资源具有理论指导作用。

关键词：煤泥正交试验蠕变充填加固

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房式空区预充填复采矿柱稳定性研究

金属矿山 2024年

作者：任振群张羽者李林侯玉亭张英超黄鹏兖矿能源集团股份有限公司南屯煤矿中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

金属矿山房式空区受限于采区矿柱分布不明，矿柱稳定性难控制等因素，大量遗留矿产资源滞留在井下，不仅造成资源浪费，同时可能诱发空区失稳灾害。山东某矿拟对早期遗留房式矿柱开展复采工作，提出预充填空区，布置综采工作面回收矿产... 详细信息

金属矿山房式空区受限于采区矿柱分布不明，矿柱稳定性难控制等因素，大量遗留矿产资源滞留在井下，不仅造成资源浪费，同时可能诱发空区失稳灾害。山东某矿拟对早期遗留房式矿柱开展复采工作，提出预充填空区，布置综采工作面回收矿产资源的方法，基于此建立矿柱极限强度校核数值模型，得到了是否充填情况下矿柱的稳定性判别公式，两种情况下的矿柱极限强度均随高宽比的增大呈非线性降低趋势；基于CAD绘制空区矿柱实际赋存形态，导入MIDAS NX构建非规则矿柱预充填复采数值模型，研究综采工作面不同推进距离的矿柱稳定性，结果表明：未充填情况下工作面推进至120m后，靠近工作面的矿柱陆续破坏；而充填情况下，所有矿柱弹性核区应力减小，所受载荷均未达到极限强度。本研究验证了胶结预充填回收金属矿山房式矿柱方法的可行性，对于回收呆滞资源具有理论指导作用。

关键词：非规则矿柱回归拟合稳定性数值模拟

流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩注浆加固特性试验研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 189-199页

作者：陈军涛李昊贾东秀马庆李文昕山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590 山东能源新汶矿业集团有限责任公司邱集煤矿山东德州251105 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样... 详细信息

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样开展室试验,观察了灰岩的细观特征,获取了流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩的力学特性及注浆加固特性,通过理论分析得到了灰岩随预制裂隙长度变化时,起裂强度的变化规律,分析了注浆加固机理。结果表明:注浆后岩石的强度、韧性得到明显改善,注浆前的灰岩有明显的脆性特征,注浆后灰岩的脆性降低延性增强;注浆加固体的破坏程度随着裂隙长度的增加越来越剧烈,当裂隙长度较大时伴随有水平方向的裂隙发育;注浆加固体的峰前渗透率的降低程度较小,峰后渗透率有明显的降低,灰岩渗透率最大阶段产生在峰后阶段、而渗透率最小的阶段发生在应力–应变曲线的线弹性阶段,并且裂隙长度越长越容易出现渗透率双峰现象。使用连续介质力学理论推导得到了注浆加固体起裂强度和断裂韧度的计算式,理论证明了注浆加固体的强度大于原岩试样;岩石弹性模量与注浆形成的结合体的弹性模量的差异越大,注浆对岩石强度的影响越弱。

关键词：注浆加固裂隙长度流固耦合渗透率起裂强度

复杂结构内爆炸冲击波传播的大规模计算方法研究

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北京理工大学学报 2024年第1期44卷 39-50页

作者：王成王雪桃李涛张志刚孙伟福北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400039

为研究爆炸冲击波在矿井巷道等复杂地下密闭空间内的传播过程及衰减规律,提出了一种基于数据流的分块续算方法.该方法解决了计算资源的大量浪费问题,实现了大尺寸复杂地下密闭空间内冲击波传播的大规模、高效率、高精度数值模拟.方形坑... 详细信息

为研究爆炸冲击波在矿井巷道等复杂地下密闭空间内的传播过程及衰减规律,提出了一种基于数据流的分块续算方法.该方法解决了计算资源的大量浪费问题,实现了大尺寸复杂地下密闭空间内冲击波传播的大规模、高效率、高精度数值模拟.方形坑道内爆过程的数值结果与实验结果基本一致,证明了该计算方法的准确性.标准模型算例全尺寸计算与分块续算数值模拟结果的误差在0.33%以内,且续算方法在给定算例下相比普通全尺寸计算节约了88.68%的计算核时,证明该方法不仅能保证计算过程的准确性,而且还极大地提高了计算效率.同时,对一个包含长方体型工房和圆柱形分叉泄压洞的大尺寸复杂结构内的爆炸问题进行了数值模拟,结果表明:冲击波超压在泄压洞内是以波动衰减的趋势逐渐减小的,且其衰减速度比在自由场的小;T型分流时管道间采用直角交汇或缩小管道直径在一定程度上有利于冲击波超压的衰减.数值模拟结果表明,基于数据流的分块续算方法可用于地下空间等大尺度复杂结构防爆抗爆设计的理论指导.

关键词：爆炸冲击波复杂结构数值模拟分块续算

基于LSSVR与灰色理论的急倾斜巨厚煤层群开采冒落高度与时滞特征研究

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 822-837页

作者：崔峰何仕凤来兴平刘旭东蒋新军孙秉成贾冲宗程李宜霏西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830027

急倾斜巨厚煤层群水平分段开采易诱发顶板冒落且具有时滞特点,掌握上覆岩层的冒落高度与冒落特征对顶板灾害、裂隙发育和地表塌陷的监测至关重要。为此采用相似模拟实验、机器学习和灰色理论等方法,探究覆岩冒落特征与地表塌陷规律,获... 详细信息

急倾斜巨厚煤层群水平分段开采易诱发顶板冒落且具有时滞特点,掌握上覆岩层的冒落高度与冒落特征对顶板灾害、裂隙发育和地表塌陷的监测至关重要。为此采用相似模拟实验、机器学习和灰色理论等方法,探究覆岩冒落特征与地表塌陷规律,获取与冒落高度相关的数据指标,以主成分(PCA)分析法对输入数据进行降维处理,通过遗传算法(GA)结合留一交叉验证法优化训练最小二乘支持向量回归(LSSVR)网络建立冒落高度预测模型(PCA-GA-LSSVR)。以开采参数和监测指标对多种组合的预测模型展开训练和测试,评估优选出最佳预测模型并进行工程检验。研究结果表明:在急倾斜巨厚煤层水平分段开采实验中,随开采深度增加岩层的持续冒落会产生并扩大“V”字型塌陷坑;开采深度、单次垮落高度、模型段高等与冒落高度的相关性较高,各指标参数相互之间存在显著的相关性;实验开采中顶板的冒落具有时滞特征;数据经过降维处理可解决模型输入数据维度高信息重叠的问题,从而提升预测模型的准确率,PCA-GA-LSSVR模型对测试数据的预测结果精度最高,其误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差分别为5.146,4.819,0.087都低于其他模型;灰色时滞OBGM模型对45^(#)煤层冒落高度做出了良好的拟合与预测;在工程检验中,建立的冒落高度预测模型其最大误差波动范围在3.36 m之内,小样本数据环境下增加学习样本能减小模型预测的误差。研究成果为急倾斜煤层水平分段开采冒落高度的研究提供一定的借鉴和参考。

关键词：采矿工程急倾斜煤层水平分段开采冒落高度最小二乘支持向量回归时滞模型

急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治

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煤炭学报 2024年第1期49卷 337-350页

作者：来兴平贾冲胥海东崔峰刘旭东王昊陆长亮张随林何仕凤西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 国家能源集团新疆能源有限责任公司新疆乌鲁木齐830002

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量... 详细信息

随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。

关键词：急倾斜巨厚煤层巷道掘进冲击地压前兆特征防治策略