2026年 07期
煤矿不同层位回采巷道矿压显现规律模拟研究
许博;梁健龙;【目的】为揭示不同层位煤矿回采巷道矿压显现规律，【方法】以雅店煤矿ZF1409工作面为工程背景，运用FLAC3D数值模拟软件，针对ZF1409工作面回采巷道在煤层和粉砂岩层位中掘进两种情况，进行回采前、回采100 m、回采200 m和回采280 m时的数值模拟研究，对不同方案下围岩应力集中情况和围岩变形情况进行模拟计算与分析，揭示岩层特性与开采扰动耦合作用下的巷道矿压显现规律。【结果】结果表明，ZF1409工作面回采巷道在粉砂岩中掘进，ZF1409工作面回采巷道所受应力明显降低；巷道变形量得到有效控制；受ZF1407工作面采动影响，ZF1409工作面回风顺槽巷道压力、变形均比胶带顺槽更大。【结论】研究成果验证了“岩层介质-应力场”耦合调控理论，为深部高应力巷道掘进层位优选与冲击地压防控提供了科学依据。
煤矿水体下综放开采覆岩破坏规律研究
崔腾;张珑骞;【目的】针对宁夏煤层安全开采及水害防治需求，本研究通过多方法融合揭示了综放开采覆岩三带发育规律。【方法】基于王洼煤矿工程实例，建立弹性力学应力计算模型与FLAC3D数值模型，结合现场实测数据，系统分析了采动覆岩动态破坏机制。【结果】研究表明，采空区覆岩破坏呈现时序性三阶段演化特征，垮落带高度52.5 m(垮采比6.0)，裂隙带高度127.6 m(裂采比14.5)，导水裂隙带延伸至180.1 m(采厚20.5倍)，其发育过程受控于岩层碎胀效应与应力拱动态演化。数值模拟显示垂直应力场形成拱架结构，工作面煤柱应力峰值稳定在15～17 MPa，开切眼处的最大集中应力达到18.2 MPa,5号煤层因卸压效应应力降至2.5 MPa。研究证实，采动裂隙未贯通层间岩层，地表弯曲下沉带最大位移达5 300 mm,5号煤层顶板与上煤层间形成隔水层有效阻隔水力联系。【结论】该成果为多层煤开采参数优化及水害防控提供了理论依据，对类似地质条件矿区安全生产工作具有一定的参考价值。
复杂氧化条件下白杨河矿区煤体自燃规律及防治技术研究
王英杰;【目的】为揭示瓦斯赋存及煤自燃特性对煤体自然发火期的影响规律，根据白杨河矿区开采特征，通过程序升温实验，结合煤矿瓦斯赋存情况，分析相对瓦斯涌出量、氧化速率与自然发火期间的作用关系。【方法】开展煤层初次氧化、二次氧化及低氧氧化等复杂氧化条件下煤自燃宏观特性测试，探究白杨河矿区复杂氧化条件下煤自燃特性，并制定针对性自燃防治措施。【结果】研究发现，瓦斯会占据煤体的孔隙和裂隙，高瓦斯浓度会抑制O2与煤的接触，降低耗氧速率，从而延长煤体自然发火期。二次氧化煤体耗氧速率加快，热量积累更迅速，自燃倾向显著增强，从而缩短自然发火期。当煤体O2的体积分数为10.0%时，煤体在60～80℃自燃特性受O2体积分数影响明显，低温阶段O2体积分数对煤自燃影响较弱。最终，根据白杨河矿区煤体自燃特性，提出了低温惰化及封堵技术，构建了白杨河矿区综合防灭火技术体系。【结论】研究结果对矿井复杂氧化条件下煤体自燃规律及防治技术研究具有重要的指导意义。
地表动水条件下综采工作面开采水害隐患及防治技术研究
韩小栋;索王博;周鼎宇;【目的】为科学指导西部地表动水条件下综采工作面开采水害隐患防治，实现煤炭绿色安全开采。【方法】以黄陵一号煤矿820工作面为工程背景，采用水文地质条件分析、数值模拟和综合分析相结合的方法，系统梳理了820工作面水文地质条件和面临的水害隐患，揭示了导水裂隙带演化规律，评价了工作面安全开采的可行性并提出了水害隐患防治技术。【结果】研究结果表明，820工作面开采导水裂隙带呈稍向外扩的“马鞍形”，最大发育高度为85.0 m，裂采比为28.33，波及直罗组下段含水层。工作面涌水模式为直罗组下段含水层通过导水裂隙直接流入井下；地表水主要通过河道基岩露头对直罗组下段含水层进行垂向渗透补给，进而涌入井下。为消除820工作面开采面临的顶板水害和地表水害双重隐患，提出了采前顶板疏放水、含水层水力联系精细探查、限高开采和地表水引流的水害隐患防治技术。【结论】研究成果对类似矿井的防治水工作具有参考价值。
关中矿区遗留巷道矸石充填减灾关键技术研究
杨琛;支卫卫;左小;李晶昆;张伟龙;贺斌雷;【目的】遗留巷道在高温、高瓦斯条件下具有自燃、易爆的高危性，基于彬长孟村煤矿中央带式输送机大巷层位调整段、中央二号辅运大巷层位调整段及周围联络巷的实际地质情况，为防止巷道漏风造成瓦斯灾害及遗煤自燃等安全问题，【方法】通过建立矸石破碎、泵送充填分布衔接系统，利用矸石固体+矸石流态化料浆，实现遗留巷道充填减灾。【结果】通过Fluent数值模拟研究，输送量为40 m3/h时，选用125 mm管径的输送管路，料浆在管输过程中性质稳定，无明显分层现象。通过料浆配比实验，研究确定配比浓度为78%的料浆作为本次充填材料。矸石流态化充填系统充填设计能力36 m3/h，充填矸石量约57 t/h，已累计充填矸石10 000余t，充填料浆约7 540 m3，充填效果良好。【结论】该技术在规模化处理煤矸石的同时，还可以密闭废弃巷道，达到充填减灾的目的，可为彬长矿区及其他类似矿井提供技术支持及理论支撑。
基于ANSYS Fluent的离层注浆浆液运移扩散规律研究
姚文涛;【目的】探究覆岩隔离注浆充填技术中浆液运移扩散、压实泌水及泌出水渗流规律，为注浆减沉效果和井下安全提供理论依据，以解决“三下”压煤绿色开采与固废协同处置问题。【方法】基于ANSYS Fluent平台，构建了考虑多孔介质特性的浆液压实泌水及泌出水渗流的二维数值模型，用于模拟高浓度粉煤灰浆液在离层中泌水、水分向周围岩层渗流的全过程。【结果】泌出水渗流深度随时间非线性增长，初期快后期慢，符合指数函数关系，预测极限渗流深度约31.1 m。初期干燥岩层毛细吸力驱动快速下渗；后期岩层饱和度增加，吸力减弱，阻力增大，渗流速度降低并趋于平衡；浆液峰值运移速度0.035 m/s出现在注入后约3 h。【结论】本研究应用CFD方法量化了浆液运移关键参数，揭示了水分时空演变规律及物理机制，为优化注浆工程设计、预测浆液扩散范围及控制工作面涌水风险提供了理论支撑和数值工具。
输煤系统转载点粉尘运移规律研究
陈彬;屠陆阳;陈清华;【目的】为探究输煤系统转载点粉尘运移规律。【方法】采用数值模拟方法，结合离散元（DEM）与计算流体动力学（CFD）耦合理论，并利用EDEM及Fluent软件对粉尘颗粒的运动状态进行仿真计算，建立了输煤系统的仿真模型，包括系统模型与煤块模型。【结果及结论】通过仿真，验证了额定运量和输送带速度，并分析了流场速度与粉尘粒径的分布情况。结果表明，风流从给料输送带流入，速度随运移距离增大而减小，在导料槽出口处风速最大，最大达到2.1 m/s；粉尘颗粒随物料运动，大颗粒粉尘主要在导料槽内沉降，而小粒径粉尘易悬浮并随风流扩散至系统外，这是造成粉尘污染的主要原因。
韩城矿区煤层压裂用活性水压裂液的优化及悬砂性能研究
刘己盛;徐智颢;贾浩强;李正;【目的及方法】韩城矿区煤层压裂固相颗粒黏土含量高，在水力压裂过程中，黏土颗粒与外来流体接触后易发生膨胀和运移，进而影响煤层气采收效果。通过合成常规油气开采用环氧氯丙烷-二甲胺共聚物（ECH-DMA）季铵盐型阳离子聚合物，对活性水压裂体系进行优化，再通过室内评价试验，分别采用离心法和砂比法测试压裂液的防膨性能和悬砂性能。【结果及结论】结果表明，优化后的压裂液的耐水洗性能及悬砂性能明显提高，可降低黏土颗粒的膨胀和运移，且支撑剂的携带效果提高，提高煤层气的采收率。
深埋大采高沿空留巷柔模砼墙宽度优化研究
马冠超;【目的】针对深埋大采高工作面沿空留巷柔模砼墙留设宽度问题，以大海则煤矿20203工作面沿空留巷为工程背景。【方法】采用理论分析、数值模拟与工程验算相结合的方法，构建了柔模砼墙沿空留巷力学模型，并利用UDEC数值模拟揭示了不同墙体宽度（1.0 m、1.2 m、1.5 m、1.7 m）下的围岩变形与应力演化规律。【结果】研究表明，随着墙体宽度增大，围岩变形及应力集中显著减小，具有明显的边际效应。墙体宽度由1.0 m增至1.5 m时，顶板最大下沉量降低21.05%，稳定性显著提升；宽度增至1.7 m后改善幅度明显趋缓。【结论】结合工程参数验算，确定合理墙体宽度为1.5 m，此时墙体承载力为18 925.2 kN/m，安全系数为1.73，满足深埋大采高沿空留巷的安全性与经济性要求。研究结论可为深埋大采高沿空留巷柔模混凝土墙体宽度设计提供参考。
浅埋煤层煤巷掘进滞后支护时间对煤壁稳定性影响的数值模拟研究
贺杰;【目的】为确定青磁窑煤矿浅埋煤层煤巷掘进过程中两侧煤壁的滞后支护时间，【方法】选取5333胶带运输巷作为研究对象，采用FLAC3D软件对掘进过程中不同滞后支护时间条件下两侧煤壁的蠕变规律进行数值模拟分析。【结果】研究结果表明，在5333胶带运输巷开挖后的28 d内，顶板若能及时支护则两侧煤壁的相对接近量会保持在相对较小的范围内；当掘进时间超过29 d后，若未对两侧煤壁支护会出现加速蠕变现象，两侧煤壁的接近速率迅速增加，最大时达36 mm/d，塑性区的最大发育深度增加至1.3 m，导致两侧煤壁稳定性的明显下降。【结论】在巷道掘进后的28 d对两侧煤壁进行滞后支护时，塑性区发育深度控制在0.5 m以内，塑性区的发育深度减少了61.5%，充分说明了滞后支护在保持巷道两侧煤壁稳定性方面的重要作用。