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煤炭科学技术
煤炭科学技术

王金华

月刊

0253-2336

cst410@china.com

010-84262920 84262926

100013

北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。
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    孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术研究

    姚直书方玉乔帅星程桦...
    1-9页
    查看更多>>摘要：为解决西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井壁后充填技术难题,开展了充填层作用机理及材料配制研究.首先,以可可盖煤矿中央回风立井为工程背景,利用Comsol Multiphysics数值计算软件进行了围岩、充填层和钻井井壁流固耦合作用分析.计算结果表明:有效应力和孔隙水压力分布曲线呈现出明显的"压降漏斗"型特征(即越靠近井筒中心,两者降低速率越快),且曲线的陡降段位于充填层区域;由此可见,在西部孔隙型含水岩层中,充填层不但具有固井和封水作用,而且还具有减载功能.然后,基于有效应力原理和达西渗流理论,提出充填层材料应具有低渗透性、较高强度和较大比重、微膨胀、不收缩,同时拌合物的流动性好、满足泵送机械化施工要求.综上,提出采用高性能水泥砂浆作为西部地区孔隙型含水岩层钻井井筒壁后充填材料.最后,通过正交试验测定了充填材料的主要物理力学性能,并采用极差分析法研究了粉煤灰与膨胀剂质量掺量对充填材料各因素指标的影响;同时,将比重、三轴抗压强度、渗透系数3者作为其性能的最终评定指标;基于综合平衡法获得水泥、粉煤灰、膨胀剂、水、砂、泵送剂等壁后充填材料的最优配合比为1:0.286:0.143:2.144:0.443:0.0143.论文研究结果为西部地区孔隙型含水岩层钻井法凿井的壁后充填提供了工程应用基础.

    孔隙型含水岩层钻井法凿井充填层充填作用材料配制

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    云贵地区煤矿TBM施工技术应用研究

    代恩虎王勇鲁义强邱洪登...
    10-18页
    查看更多>>摘要：云贵两省是我国南方重要的煤炭生产基地,初步探明贵州省南、北盘江腹地煤炭储量达330亿t,其中可就近通过水运的煤炭储量达到92亿t,急需高效、安全地开采煤炭.近年来,TBM(全断面隧道掘进机,Tunnel Boring Machine)因其高程度智能化、安全高效的优点已逐渐应用于煤矿巷道的掘进,尤其是中东部众多矿区.在立足于国内煤矿针对TBM施工进行了大量的应用研究工作之上,进行了大量调研,分析了TBM施工技术与煤矿常用的传统钻爆法和综掘法在现代化煤矿的不同类型巷道中的适用性与先进性,发现TBM施工技术因其高效的破岩方式在运输大巷等硬岩巷道施工中优势更加明显,掘支平行作业程度高,破岩时对围岩扰动较小,有利于围岩稳定,同时在长距离开拓巷道掘进时综合成本优势十分显著,且施工一次成硐,可实现一巷三用,但是对地质条件适应性较差.以贵能公司聚鑫煤矿+1095 m运输大巷的掘进工程为工程实例,提出了满足全断面掘进机快速施工煤矿硬岩巷道特点与要求的巷道支护型式和施工技术,研发的"贵能二号"TBM在实际工程中实现了"小断面、大坡度、小转弯半径"的成功应用.将常规隧道TBM与不同采掘深度和服务年限特点的煤矿巷道相结合,开发出适用于不同类型煤矿巷道且具有特色的矿用TBM,大幅提高了矿井建设的高效性和安全性,研究对TBM施工技术在煤矿领域的发展具有重要的推广和借鉴意义.

    智能掘进安全高效开采TBM大断面巷道全断面掘进

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    基于煤岩冲击与大变形特征的统一脆延性指标研究

    李震史文豪高鑫张呈祥...
    19-27页
    查看更多>>摘要：冲击倾向性和延性分别是硬脆性煤岩和软岩的本质属性,开展岩性表征和脆延转换研究对深部工程安全采掘具有重要意义.为提出一种综合表达脆性破坏和软岩大变形特征的评价指标,总结了现有的冲击倾向性指标,基于全应力-应变曲线建立了统一脆延性指标(Bu),并结合试验数据进行了分析与探讨.结果表明:统一脆延性指标反映了煤岩脆/延性变形特征与破坏程度,统一脆延性指标Bu<0对应峰后应变硬化,Bu=0对应理想弹塑性变形,Bu>0对应峰后应变软化,Bu趋于正无穷对应理想脆性破坏;基于统一脆延性指标将冲击倾向性划分为3个等级,Bu<4.0时为无冲击倾向性,Bu介于4.0～28.0时为弱冲击倾向性,Bu>28.0时为强冲击倾向性.统一脆延性指标为无量纲指标,可以反映单轴条件和不同应力水平下脆性破坏特征,以及软弱或高应力水平下煤岩峰后应变硬化特征,尤其突出了单轴条件下不同煤岩脆性跌落的差别,对测试峰后急剧跌落煤岩的冲击倾向性有非常好的适用性.

    冲击倾向性深部工程全应力-应变曲线脆延转换脆性破坏

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    矿用聚氨酯类注浆材料改性研究进展

    侯凯王帅姚顺牛小红...
    28-34页
    查看更多>>摘要：随着煤矿向深部开采,以聚氨酯为代表的现有有机高分子注浆材料难以完成对井下高地应力、高地温、高岩溶水压的岩体赋存环境和强流变性、强湿热、强动力灾害的岩体工程响应.为了推动现有聚氨酯类有机高分子注浆材料的发展,提升聚氨酯注浆技术水平和使用范围.针对聚氨酯注浆材料在固化过程中会大量释热,导致反应温度较高以及力学性能较差等缺陷,总结了近年来聚氨酯注浆复合材料改性和性能分析的相关研究,提出了聚氨酯注浆材料在煤岩体充填加固和堵水防渗的可行性,着重从聚氨酯注浆材料改性的角度,阐述了助剂、传统注浆材料、黏土、固体废弃物、纤维和有机物对聚氨酯注浆材料的改性,并通过改性实现了注浆材料力学性能、阻燃性能的优化和成本的控制.

    聚氨酯注浆材料改性材料深部开采

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    露天矿保水材料持水效果及抗剪特性试验研究

    陈涛舒继森韩流钱京...
    35-41页
    查看更多>>摘要：由于煤炭资源的大规模开采和高强度的采矿作业,特别是露天开采造成大面积地表挖损,植被退化和水土流失现象严重,保水材料在露天矿保水复垦工艺技术中得到越来越多的重视.通过对保水材料进行持水效果试验,总结出保水材料的吸水、释水特性,对不同配比的保水复垦土壤材料进行电导率EC值和pH值测试,分析了EC值和pH值变化规律,并基于直接剪切试验,揭示了保水复垦土壤材料的黏聚力、内摩擦角与保水材料含量的关系.试验表明:掺入60～100目(0.15～0.25 mm)的保水材料的保水复垦土壤材料持水效果较好;在常温和烘干条件下,不同目数的保水材料释水速率差距几乎相同,释水量大小差不多;随着测试时间的增加,质量分数为0.1Ü和0.33Ü保水复垦土壤材料的EC值逐渐减小且低于0.2,而0.50Ü和1.00Ü的EC值总体呈现增大趋势且在84 h时出现明显的突变,其pH值逐渐增大,且0.50Ü的pH值增大幅度较为缓和;保水复垦土壤材料的抗剪强度随着保水材料含量的增加呈现先增加后减小的趋势;黏聚力随着保水材料含量的增大逐渐减小,内摩擦角随着保水材料含量的增大呈现先增大后减小的趋势,当质量分数超过0.50Ü时,黏聚力下降速度增大,但内摩擦角达到最大值19.00°;在黏聚力相差不大的情况下,保水材料质量分数为0.50Ü时的内摩擦角比其他的都大,其保水复垦土壤材料的抗剪特性较好.

    露天矿保水材料持水效果EC值抗剪特性

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    基于岩层挠曲变形的"竖三带"理论判别方法及工程应用

    杨伟强郭文兵赵高博马志宝...
    42-50页
    查看更多>>摘要：煤矿采动覆岩"竖三带"(垮落带、断裂带与弯曲下沉带)范围的合理确定,对瓦斯抽采、"三下"采煤和采煤沉陷区建(构)筑物的地基稳定性评价等具有重要意义.采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法研究了基于岩层挠曲变形的采动覆岩"竖三带"的理论判别方法,并将该理论判别法进行工程应用.根据某矿采矿地质条件,通过数值模拟试验方法,从采动覆岩的离层、破断和垮落三方面系统分析了采动覆岩的破坏运移规律,得到了垮落带和断裂带的分界判别依据(破断岩层能否形成稳定"砌体梁"结构)、断裂带和弯曲下沉带的分界判别依据(岩层是否发生破断);基于上述分界判别依据采用理论分析方法,推导出了破断岩层的形成"砌体梁"的稳定条件和岩层破断临界条件下的挠度弯曲变形公式,提出了基于岩层挠曲变形的"竖三带"理论判别方法及其适用条件;该方法被应用于采动覆岩"竖三带"的理论计算与判别,并与现场双端堵水器观测法和钻孔电视观测法的实测结果进行了对比验证.研究结果表明:应用提出的理论判别法计算得到了采空区上方垮落带高度、导水裂缝带发育高度与弯曲下沉带厚度,该计算结果与现场实测结果相近,验证了所提出采动覆岩"竖三带"理论判别法的合理性及实用性.

    采动覆岩"竖三带"垮落带导水裂缝带岩层移动

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    浅部黏土层与地表饱水砂层平错隆起变形规律研究

    沈星宇张二蒙费宇盖秋凯...
    51-59页
    查看更多>>摘要：受采动影响后的浅部饱水砂层具有移动流动性,为研究对其上覆黏土层变形的影响,采用专门物理模拟试验系统,研究了高潜水位的浅部饱水砂层受煤层采动影响后的活化规律,通过FLUENT模拟了注水加压条件下上覆黏土层形态和应力变化过程,分析了地表移动异常变形机理.研究结果表明:黏土层的移动变形是重力和渗透力共同作用的结果,自然安息角不能作为黏土层平错、隆起的主导因素;静水压力作用下砂层达到临界水力坡降使砂层活化流动,流砂层和黏土层产生流速差,出现黏土层平错和隆起现象,造成沉陷区异常扩展;从黏土层厚度由薄变厚的变化过程中,影响总体隆起高度的主要对象由砂层变为黏土层,黏土层厚度较大时,角度对砂层隆起高度影响较小;砂层角度与黏土层隆起长度、平错距离均呈正相关,且随角度的增加,变形速率逐渐加快,黏土层厚度与平错距离呈正相关,与隆起长度呈负相关,且厚度越小越易发生移动变形破坏,其中角度影响相对较大,砂层倾角的持续增大是导致层间错动加大、水平移动增加和地表沉陷影响范围扩大的主要原因.

    黏土层变形饱水砂层地表移动平错隆起沉陷区

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    区段煤柱留设宽度分析及优化——以崖窑峁煤矿为例

    张金贵程志恒陈昊熠殷帅峰...
    60-67页
    查看更多>>摘要：针对崖窑峁煤矿30103工作面保护煤柱过宽导致资源浪费这一问题,通过现场勘探、理论分析、数值模拟及现场监测的研究方法,建立了煤柱宽度计算模型,揭示了在6、8、10、12、15 m不同宽度的煤柱下应力、位移分布规律及塑性区特征,并确定了煤柱的合理留设宽度,利用钻孔窥视仪在现场进行监测并对比分析.研究结果表明:崖窑峁煤矿留设宽15、12 m保护煤柱时由于宽度较大,中间有大量未破坏区域,造成资源浪费;留设6、8m保护煤柱时塑性区完全贯通,承载性能差,破坏严重;护巷煤柱宽度为10 m时,煤柱塑性区恰处于贯通或未贯通区间,煤柱内部具有一定的弹性核区域,并略高于理论计算的煤柱宽度范围9.55 m.通过对15 m和10 m的煤柱进行现场钻孔监测,发现无论15 m煤柱还是10 m煤柱是否受采动影响,煤柱内裂隙发育和扩展的影响不大,煤柱内存在一定范围未破坏区域,煤柱具有一定的完整性和稳定性.该研究成果为其他类似条件下矿井提供可参考的有效数据.

    区段煤柱煤柱宽度煤柱优化钻孔窥视

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    复合阻化剂抑制煤自燃过程的阶段阻化特性

    姜峰孙雯倩李珍宝梁瑞...
    68-75页
    查看更多>>摘要：为解决单一阻化剂阻化效果弱、作用时间短的缺陷,基于2种物质不同阶段的阻化特性,选用碳酸氢钠作为物理阻化成分,高效抗氧化剂茶多酚作为化学阻化成分,开展复配阻化剂优选的实验研究.采用TG-DSC和FTIR实验,结合氧化动力学分析方法及分峰拟合技术,分析了复合阻化剂对煤氧化过程特性参数和微观基团的影响,从宏观和微观层面验证了复合阻化剂对煤自燃抑制的高效阻化效果,揭示其微观阻化机理.结果表明:阻化煤样的6个特征温度较原煤提高,质量损失减少,低温氧化过程煤体吸热量增加,高温阶段煤体放热量减少,可燃指数及综合燃烧指数均明显降低,阻化煤样在氧化过程4个阶段的表观活化能均得到提高,分析得到复合阻化剂的优选质量配比(碳酸氢钠:茶多酚=3:1).通过定量分析原煤及阻化煤样的活性官能团在氧化过程中的变化规律,得出复合阻化剂的添加减少了煤中的活性基团(羟基、甲基以及亚甲基)以及煤氧复合反应中间产物(羧基、羰基)的含量,稳定的官能团醚键的含量增加.在煤低温氧化过程中,碳酸氢钠热分解生成CO2,通过表面CO2-O2竞争吸附效应,物理惰化抑制煤自燃;煤在高温氧化过程中,茶多酚内部羟基消耗煤体表面活泼基团并生成醚键,通过中断化学反应进程起到抑制煤自燃的作用.

    煤自燃复合阻化剂氧化特性表观活化能官能团阻化特性

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    低透气性煤层工作面煤与瓦斯突出灾害中心体致灾机理

    刘国磊王泽东曲效成崔嵛...
    76-85页
    查看更多>>摘要：为有效揭示低透气性煤层回采工作面煤与瓦斯突出机理,提高监测和防治的针对性与有效性,基于瓦斯赋存状态和开采扰动等因素建立了突出灾害中心体力学模型,通过理论分析、相似模拟试验和现场试验的方法,验证了该理论假设,揭示了中心体致灾机理,并验证了微震与突出危险的关联性.相似模拟试验结果显示:在煤壁距中心体60～20 m时中心体逐渐孕育和发展,至20～10 m时中心体突出风险急剧升高,该范围即宏观的中心体突出临界区域,是重点防治时期和位置,该结论在寺家庄矿15112回采工作面基于钻屑瓦斯解吸指标K1值的试验中得到验证,突出灾害中心体致灾机理假设也得到验证.结果表明:吸附瓦斯在节理、裂隙等非均质性的孔洞中由于局部煤体破碎且渗透性升高而大量解吸为游离瓦斯,与煤粉混合成具有高能量的气固两相流体,形成突出灾害中心体;中心体在低透气性煤层中是客观性存在的,且赋存于多个位置,采动效应提供了外在动力,导致煤层应力环境和瓦斯状态发生变化,易诱发中心体突出;从中心体致灾的角度得到微震与突出危险间具有较良好的拟合关系,说明微震是有效的突出危险监测手段,为进一步提高突出监测及防治的针对性和有效性提供了方向.

    低透气性煤层煤与瓦斯突出突出灾害中心体致灾机理

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