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基于Fluent模拟的采空区瓦斯运移规律研究及钻孔治理
郭俊康;刘成新;张志强;刘国强;高亚斌;为探究高位钻孔对采空区瓦斯治理的效果,利用Fluent软件建立工作面、采空区数值模型,对采空区瓦斯含量运移规律及高位钻孔的瓦斯分布规律进行研究。研究发现,采空区瓦斯在水平方向上,从进风巷至回风巷浓度升高;垂直方向上,从开采水平至裂隙带浓度升高,且从工作面往采空区深部瓦斯浓度也呈递增趋势。高位钻孔布置于煤层顶板裂隙带,能促进瓦斯高效抽采,扩大抽采范围,降低瓦斯含量与压力,并释放顶板压力。模拟显示,高位钻孔使采空区瓦斯向回风侧和上隅角的上升趋势变缓,抑制了高浓瓦斯富集带扩大,改变了瓦斯运移方向,形成以钻孔为中心的低瓦斯浓度区域,从而降低回风侧瓦斯浓度。与无高位钻孔情况相比,有高位钻孔时瓦斯浓度递增曲线更缓和,抽采效果显著。经现场验证,高位钻孔有效控制了瓦斯浓度,保障了煤矿生产安全。
基于数值模拟的小煤柱切顶卸压下采场围岩承载特性研究
苏士杰;祁小波;鲁喜辉;赵建明;李兵;针对小煤柱在大埋深条件下支承应力大和邻空巷道变形严重的问题，开展了深埋小煤柱切顶卸压采场围岩承载特性数值模拟研究，分析了工作面回采过程的煤层底板支承应力与临空巷道内支护结构受力变化规律，揭示了切顶卸压小煤柱护巷机制。结果表明，深埋条件下工作面煤柱在开采时承担了采场大部分应力，工作面留设小煤柱的安全开采面临较大挑战。通过在巷旁实施切顶卸压可使小煤柱承载应力降低21.1%，超前支承区应力降低15.4%，采场整体应力得到了较大改善。巷内支护结构受力大幅降低，能够在保证煤炭安全采出的同时大幅降低支护成本，保障了深埋煤层的安全高效开采。
近露头大倾角煤层防隔水煤柱留设厚度研究
秦道霞;陈厚承;刘海滨;华北型煤田近露头大倾角煤层开采面临顶板松散含水层突水高风险，传统煤柱留设方法因忽略倾角效应与水文地质动态响应常导致工程效果较差。针对近露头大倾角煤层容易发生顶板松散含水层突水事故的问题，以陈蛮庄煤矿3601工作面为研究对象，采用多源探查技术融合井下钻探、地面钻孔及声波测井曲线解译，系统揭示基岩风化带厚度、第四系含水层渗透系数及红土隔水层蠕变特性。采用“三下”规范和现场类比法计算防隔水煤岩柱，得出了3601工作面可实现全厚安全开采，无需限高措施该研究成果为类似地质条件矿区提供了理论依据与技术范式。
煤矿区厚松散层开采条件下地表动态预计模型研究
宁鑫;冉典;徐辉;韩梦秋;杨旭;开采地表沉陷动态预计描述了地表移动变形与开采时间的关系,在防治采空区地表移动变形破坏方面具有重要的指导意义。以淮南某煤矿厚松散层开采条件下南二采区1414(1)综采面的实测数据为例,利用Knothe、分段Knothe、Weibull、Gompertz、Logistic、Usher等6种时间函数构建了该工作面地表下沉动态预计模型,基于Matlab曲线拟合工具箱求解了模型参数,采用中误差和相对中误差评价了各模型预计精度。研究结果表明,模型精度及稳定性相对较好的模型为分段Knothe、Gompertz和Usher函数模型,Gompertz模型最优,其中误差和相对中误差分别为42.6 mm,4.6%;Knothe模型明显差于其他5种模型;Usher模型能够实现单点预计和全盆地地表动态预计,在个别点位上能够达到最优预计效果。研究成果可为煤矿开采沉陷规律研究和动态预计提供一定的借鉴和参考。
南关煤业3200工作面窄煤柱宽度优化及围岩控制研究
王刚;以南关煤业3200工作面首次留设窄煤柱进行沿空掘巷为背景,开展煤柱合理留设宽度的确定及围岩稳定性控制方法。通过理论分析计算得出3200工作面关键岩块B的断裂位置距采空区煤壁的距离,结合锚杆和安全富余量,最终确定煤柱合理宽度范围。根据数值模拟结果,当煤柱宽度增加到8 m时,煤柱帮垂直应力的峰值首次超过实体煤帮,验证了8 m煤柱在应力分布优化与围岩变形控制方面的优越性。通过分析超前扰动范围并结合初次来压步距,确定超前支护距离应保持40 m以上。针对3200材料巷提出“锚杆、钢网、W型钢带及锚索的联合支护”的支护方案,有效控制巷道围岩变形,确保工作面安全高效回采。
枣庄市滕州地热田地热特征分析及开发利用建议
李佳佳;王金香;孔帅;在分析滕州地热田已有地热地质、水文地质、煤田地质等资料的基础上，对地热田中深层地热特征进行了综合研究，精细刻画了奥灰盖层厚度，建立了热储概念模型，认为研究区具有良好的热、源、通、盖条件。从浅层地温场特征为切入点，计算了恒温带底板深度及温度，圈定了两处浅层地温高异常；进而计算了地温梯度，发现研究区地温梯度差异较大，明显存在地温异常现象。地温梯度异常区主要受区域地质构造控制，与浅层东北部高温异常区大面积重合。预测了1500m埋深热储温度情况，分析了中深层地热地质条件及特征，圈定1处中深层地热异常区为热源最有利部位，了解中深层地热异常区的平面形态。采用热储法初步估算该异常区岩溶热储地热资源量为20×1018J，可采地热资源量为3×1018J，相当于1.02×108吨标准煤的产热量。成果可为研究区的地热地质条件研究及后续勘查、规范开发利用地热能等工作提供科学依据和决策参考。
矿用煤炭输送带燃烧特性和火灾行为研究
袁立;解盼;张瑞;刘茂霞;为探究煤矿用输送带在氧化燃烧过程中的燃烧特性,利用热重-红外联用实验(TG-FTIR)实验,结合FDS数值模拟对巷道输送带火灾特点进行研究,发现输送带燃烧有两个显著失重阶段。结果表明,第一失重阶段,输送带受热变形,脱除HCl形成共轭烯烃,发生交联缩聚热解放热反应,同时析出挥发分、CH4和HCl;第二失重阶段,输送带开始燃烧,共轭烯烃重组、环化成芳族化合物,发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化还原放热反应,产生CO、CO2和H2O(g)的气体,其中输送带在燃烧过程中释放较多的CO2;燃烧过程中放热温度最高可达870℃,烟气羽流在23.8 s左右能迅速蔓延至整个巷道下风侧;CO随着燃烧不断产生,浓度在1 500×10-6～2 500×10-6上下波动,距离火源越近,CO浓度越大,最高在15s、温度为500℃左右达到峰值2 977×10-6,极易造成人员中毒。该研究成果为相似煤矿输送带火灾预防提供理论基础。