煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2019年第8期

• 煤矿智能化(初级阶段)研究与实践

  王国法, 刘峰, 孟祥军, 范京道, 吴群英, 任怀伟, 庞义辉, 徐亚军, 赵国瑞, 张德生, 曹现刚, 杜毅博, 张金虎, 陈洪月, 马英, 张坤,

  煤炭是我国能源的基石，是可以实现清洁高效利用的最经济、安全的能源，煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。系统阐述我国煤炭工业发展历程，分析煤矿综合机械化、自动化、智能化的发展过程与现状，列举了部分典型成功案例。详细阐述煤矿智能化的发展理念、特征、技术路径与阶段目标，分析煤矿智能化基础理论与关键技术研究现状，从数据采集与应用标准、装备群智能协同控制、健康状态诊断与维护等方面，分析了实现煤矿智能化开采需要解决的3个关键基础理论难题。从感知层、传输层、平台层和应用层等方面，分析了智能化煤矿的主体系统架构，研究了煤矿智能化建设的主要技术路径。针对不同煤层赋存条件工作面智能化开采的技术要求，提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人工协同高效开采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种开采模式，研究了不同开采模式的核心关键技术与实施效果。介绍了我国煤矿掘进技术与装备发展现状，分析了制约巷道实现快速掘进的关键难题，提出了智能快速掘进的研发方向及技术路径。提出了我国煤矿智能化发展的基本原则，分析不同地域条件煤矿智能化发展模式及评价标准，提出新建矿井智能化建设路径，以及现有生产矿井进行智能化改造的主要任务，从法规体系、财税政策、人才培养等方面提出了保障煤矿智能化建设顺利实施的政策建议。

• 我国大采高综采技术及围岩控制研究现状

  尹希文,

  在分析大采高综采技术特点的基础上，指出大采高综采是我国厚煤层实现自动化、信息化、智能化开采的首选采煤方法。分析了国内外大采高综采的发展历程及现状，认为我国少数矿区大采高综采单产水平、工效已经达到世界领先水平，受煤层松软、倾角大、采深大、地质构造发育等复杂地质条件及装备制造水平低的影响，我国大采高综采技术整体水平与国际领先水平相比仍有很大差距。总结了“砌体梁”、“组合悬壁梁-铰接岩梁”、“煤壁压杆模型”等围岩控制理论与技术研究成果，总结得到了我国大采高综采技术的发展特征，采高不断加大，最大采高8.5m，工作面宽度不断加大，最宽达420m，松软、大倾角、浅埋、高瓦斯等不同煤层赋存条件下大采高综采工作面安全高效开采。提出了大采高综采技术未来发展方向与需要解决的问题，认为综采压架事故呈上升趋势，在支架围岩关系及合理支架工作阻力确定方法、煤壁片帮机理及控制措施，矿压和微震综合预警等方面仍需开展精细化研究。

• 跨石门开采巷内加强支护技术研究

  徐佑林, 潘瑞凯, 张瑞君,

  为解决工作面跨石门回采过程中出现的石门巷道变形量大、破坏严重的问题，采用理论分析方法对综采工作面跨石门开采时的顶板临界安全岩柱厚度和加强支护距离进行研究，结果表明：跨采期间，工作面和石门巷道之间的垂直距离越小，石门巷道的稳定性越差，反之，稳定性越好，特定的地质和采动条件下，工作面和石门之间存在临界安全岩柱厚度，可作为石门巷道加强支护和一般支护的分界线；巷内支护的临界安全岩柱厚度主要由工作面底板破坏深度、承载层厚度和巷道顶板破坏高度3个部分组成；采用岩体极限平衡理论、温克尔弹性地基梁理论和平衡拱理论，分别推导得出了工作面底板破坏深度、承载层厚度和巷道顶板破坏高度的计算公式，基于得到的临界安全岩柱厚度，可确定石门巷道内加强支护段的范围。以湾田煤矿11002回采工作面跨1490运输石门开采为例进行了工程应用。计算得出11002工作面底板破坏深度、承载层厚度和1490运输石门巷道顶板破坏高度分别为2.9、3.4、0.7 m，考虑一定的安全系数，最终取顶板临界安全岩柱厚度为10.5m，需要加强支护的石门巷道距离为29m，包括14m的充填支护段和15m的抬棚支护段。工程实践表明，跨采期间对运输石门采用充填支护和抬棚支护结合的加强支护方式既能保证巷道稳定，又能提高采出率，产生了可观的经济效益。

• 高应力软岩巷道变形破坏与控制机理数值模拟研究

  杨景贺,

  针对高应力软岩巷道支护难题，以新集口孜东煤矿北翼轨道石门为工程背景，采用离散元数值模拟方法，建立了不同支护条件下的高应力软岩巷道模型，研究高应力软岩巷道变形破坏的机理，以及不同支护方式对高应力软岩巷道的支护加固机理，探求高应力软岩巷道控制技术措施。研究表明：口孜东矿高应力软岩巷道的变形破坏主要集中于巷道的顶板和底板。在巷道底板，高水平应力促使底板砂质泥岩沿层理面张开、滑动、并逐步向巷道内凸起，形成倒V形挤压式底鼓。浅部直接底隆起后，为深部底板泥岩提供了变形空间，泥岩也开始向上弯曲变形。巷道顶板在高水平应力作用下，沿层理面张开、滑动、并逐步向巷道内凸起，形成V形挤压式变形破坏。拉伸破坏在整个顶板和底板围岩的破坏模式中发挥主导作用。U型钢可缩支架壁后充填加锚网索支护，可以在维持较大支护力的情况下抵抗较多巷道变形，从而使巷道保持稳定。

• 冲击倾向性煤体强度尺寸效应的影响因素研究

  邓志刚,

  为理清煤体强度尺寸效应数值模拟过程中力学参数折减的原因，以强度尺寸效应作为问题切入点，通过实验室试验探讨强冲击倾向性煤体强度尺寸效应，结合最弱链理论的Weibull分布推导强度尺寸效应的理论公式，利用数值模拟研究强度尺寸效应的影响因素。研究结果表明：冲击倾向性煤体强度具有明显的尺寸效应，随着尺寸（长、宽、高）增大，强度降低，两者符合指数函数关系；概率统计分布能够表达出强度尺寸效应内在本质，指出均质度m是煤岩体强度尺寸效应的主要影响因素；数值模拟结果显示：在尺寸一定时，随着均质度增大，煤岩强度表现为上凸的增长曲线，按照强度大小变化可划分为3个阶段，即波动上升阶段、快速增长阶段、渐缓增长阶段；随着均质度增大，强度趋于收敛，极限值即为煤岩体细观尺寸强度；随着均质度增大，尺寸变化对强度的影响程度降低。

• 岩石单轴加载破坏全过程波速变化特征研究

  廉玉广, 马志超, 李江华, 牟义, 王国库, 崔金亮, 樊林林,

  岩石力学性质是声波监测技术的基础，可通过观测声波在岩石内部传播变化过程判别岩石的稳定性和发育状况。为了解赵庄二号井岩石载荷受力下声波于介质传播过程中变化状况，单轴加载试验采用岩石力学试验机和声波测试系统，对晋城赵庄二号井典型层位的砂岩、泥岩、灰岩加工成标准试样，在单轴加载条件下，采用不同加载方法进行比对，获取方法适用性。然后，利用观测声波对岩石裂隙发育程度、不同岩性的纵、横波波速及应力-应变全过程的变化特征进行了研究。研究结果表明：选用位移控制法可以更好获取全应力-应变曲线；在加载过程中，试样压密、弹性阶段波速呈线性上升的趋势；到达应力峰值后，试样破损，承受力降低并出现软化特征，应力与波速呈非线性变化；波速变化趋势与应力-应变曲线基本一致，不同的应力-应变阶段均发生不同的波速响应特征。通过对岩石加载声波变化特性的测试观察，可对岩体的稳定性或内部裂隙发育程度做出预测预判。

• 复杂顶板条件下切顶留巷关键技术研究

  苏夏收, 魏红印, 苏毅,

  针对店坪矿切顶留巷初期挡矸,锚索和单体液压支柱等支护体失效导致的巷道报废的问题，采取了全巷道顶板岩性探测的方法，分析了试验巷道的复杂顶板条件下切顶留巷的关键问题。通过建立留巷围岩稳定结构及其受力模型，分析了切缝高度及岩石碎胀性对基本顶运动的影响规律、恒阻锚索对顶板的支护原理以及液压支柱对切缝侧顶板的剪切作用，指出留巷的顶板运动，从时间和空间上可分为直接顶垮落期、基本顶断裂下沉期和压实稳定期3个时期，恒阻锚索支护和留巷动压期支护的参数设计要以顶板运动最剧烈期为基础进行计算。给出了留巷的预裂切缝、恒阻支护和动压期临时支护等关键技术参数的理论公式，并结合巷道各段围岩特性，将试验巷道划分7个区间段，并分段优化了留巷的关键技术参数。通过对现场留巷门架压力数据分析，滞后工作面0～60m为直接顶垮落和基本顶周期性断裂阶段，顶板运动剧烈；滞后工作面60～160m为垮落矸石逐渐压实阶段，顶板运动缓慢；滞后工作面160m以后，留巷围岩变形逐渐趋于稳定。现场应用表明：分段优化前留巷顶底板和两帮累计变形量分别为1200mm和1420mm，巷道回缩率54%；采取分段优化后，两处变形分别控制在420mm和435mm以下，巷道回缩率在18%以下，留巷围岩变形控制效果良好。

• 低温环境下添速凝剂的水泥浆凝结特性试验研究

  王海, 许刚刚, 王晓东, 朱世彬, 武博强,

  为了解决低温环境下水泥浆液凝结缓慢、结石率低、强度低的问题，采用了理论分析和室内试验的方法，进行低温环境下添水玻璃速凝剂的水泥浆凝结特性试验，研究了0、3、5 ℃温度和0%、3%、5%、8%、10%、12%水玻璃掺入量对水泥浆液凝结时间、结石率和强度的影响。结果表明：水玻璃能够有效缩短水泥浆液的凝结时间，添水玻璃的水泥浆凝结时间随温度的降低而延长，随温度的升高而缩短；凝结时间随水灰比的增大而延长；结石率随水玻璃掺量的增加而增加，随水灰比的增大而减小；10%水玻璃掺量的水泥浆凝结时间、结石率和强度较好。

• 坚硬煤岩体“钻-切-压”一体化释能减冲技术研究

  翁明月, 郝英豪, 解嘉豪,

  In order to solve the problem of rockburst prevention and control of hard coal rock mass in Hulusu Coal Mine, combined with the bump characteristics of No.21103 working face, the global influencing factors and local influencing factors of working surface impact hazard were analyzed in detail, and the mechanism of bump of coal and rock mass in No.21103 working face was obtained. .The analysis shows that the hard coal seam is the main internal condition which No.21103 working surface impacts starts, the hard roof is the main external condition for the impact start of the No.21103 working face. By reducing the elastic energy in the coal and rock mass system and increasing the energy consumed during system damage, it may destroy the energy storage conditions inside and outside the system and achieve the purpose of releasing energy and reducing the possibility of bump. In view of No.21103 hard coal rock mass, the design of the hard roof hydraulic fracturing, the roof deep hole pre-cracking blasting, the roof hydraulic cutting, the hard coal large diameter drill hole release of pressure, and the coal body release of pressure blasting combined with the drill-cut-pressure integrated energy release and reduction scheme adopted hydraulic fracturing as the foundation pressure relief measure for hard roof, the large-diameter drilling of coal seam was used as the foundation pressure relief measure for hard coal body. In order to improve the pressure relief effect of coal seam, the coal bed release of pressure hole diameter was set to ø150 mm and the drill hole spacing was set to is 1 m. The coal body pressure relief blasting was used as a supplementary pressure release measure. The implementation principles included: small bore diameter, high bore density, and small explosive line density and so on. The practice results show that this technical scheme can reduce the destructive power of strong mine earthquakes, and effectively reduce the occurrence of impact geostatic pressure accidents, and achieve the effect of “releasing energy and limiting bump”, which has certain promotion value.

• 基于MIDAS软件对受采空区影响坡体的稳定性研究

  杨撷民, 霍俊杰, 李彦荣,

  为了解决煤矿采空区对附近地面边坡稳定性产生影响的问题，根据工程地质条件、强度折减原理及其他相关资料，采用大型商用岩土有限元分析软件MIDAS，对山西某采空区的形成过程以及天然状况下采动坡体在新老采空区影响下的变形破坏进行三维数值模拟。对水平位移、垂向位移及剪应变增量进行了模拟分析，并对采动坡体的稳定性进行定性、定量评价。研究结果表明：在天然状工况采动下，剪切带分布于采空区上方及两侧，完全采空后延伸到坡顶；在坡体倾向剖面上没有出现有利于坡体滑动的剪切带，且经采动坡体稳定性的定量分析，边坡的稳定系数为1.738大于规范规定的安全系数1.300，坡体处于稳定状态；在采空区岩体因沉陷变形产生的侧向推力为主的作用下，边坡的稳定系数为1.154，根据相关规范的边坡稳定性评价标准，边坡稳定系数大于1.050且小于规范规定的安全系数1.250，坡体处于基本稳定状态。

• 回采速度对厚煤层综采工作面冲击显现的影响

  王朝引,

  为了确定蒙陕地区纳林河二号井31102工作面在防冲条件下的合理推采速度，通过理论分析、现场实测等方法，探讨了31102工作面回采速度与微震、煤体应力监测数据、冲击显现、上覆岩层运动规律的关系，结果表明：回采速度与微震事件总能量、频次存在正相关性；强推采速度造成覆岩能量积聚来不及释放，从而造成应力监测系统曲线出现突变，易出现动载；生产班内微震数量和能量明显高于非生产班，一般情况下生产班微震数量和能量是非生产班的3～5倍。应保证回采速度稳定，推进度最大变化量不应超过5刀/d；当回采速度保持在较快速度或变速时，采场上覆岩层运动呈现滞后性，当推采距离超过岩层垮落极限时，上覆岩层将发生大厚度整体回转下沉，导致采场围岩压力短时间内大幅度升高，容易诱发冲击。在推进度剧烈变化期，特别是在由高转低阶段，易出现冲击，滞后时间为1～3d。通过对31102工作面合理回采速度的研究，有效保障了工作面的安全回采。

• 集中煤柱诱发下伏近距离煤层异常矿压及机理研究

  秦凯, 王健达, 李宏艳, 刘伟建, 毕忠伟, 孔令海,

  为研究近距离煤层群下伏工作面过遗留集中煤柱异常矿压显现规律，以布尔台煤矿42107工作面进2-2煤层遗留集中煤柱为工程研究背景，基于现场实测、理论分析和相似模拟方法，通过分析工作面进集中煤柱期间的现场监测数据变化规律，总结了工作面进集中煤柱时异常矿压显现特征，推导出工作面覆岩破断步距和支架载荷计算公式，揭示了下伏工作面进集中煤柱异常矿压的发生机理，并采用相似模拟试验对其准确性进行验证。研究结果表明：下伏工作面进集中煤柱期间，集中煤柱边界受应力集中影响，基本顶破断位置深入煤体宽度增加，总破断步距减小，支架载荷明显增加，从而导致工作面发生异常矿压显现；相似模拟试验结果表明：进集中煤柱时，下伏工作面应力集中，基本顶岩块破碎，垮落步距减小，试验与理论分析结果基本吻合。

• 近距离陷落柱对工作面推进的影响研究

  袁超峰, 袁永, 刘志恒, 孟朝贵,

  针对工作面经过近距离陷落柱期间来压异常、支架压力变化频繁等现象，以某矿63310工作面内的635号和637号陷落柱为工程背景，采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法，研究了单一陷落柱周边的应力分布特征、陷落柱周边塑性扩展区域和陷落柱柱体之间的应力分布状态，分析了近距离陷落柱对工作面推进的影响规律。建立了圆形陷落柱围岩力学模型，确定了单一陷落柱周边围岩塑性扩展区域的半径。结合近距离陷落柱之间的位置关系和单个陷落柱的塑性扩展区域的大小，提出了判断陷落柱之间应力状态的方法ΔL，确定了当ΔL＜0时，陷落柱的塑性扩展区域交叉重叠，陷落柱之间处于应力降低状态；当ΔL=0时，陷落柱塑性扩展区域的边界刚好接触，陷落柱之间处于由塑性应力降低向弹性应力升高过渡的临界状态；当ΔL＞0时，陷落柱之间处于弹性应力升高状态或原岩应力状态；根据63310工作面2个陷落柱具体地质条件，量化了陷落柱之间的ΔL大小，确定了陷落柱之间处于应力升高状态。数值模拟分析了陷落柱周边的塑性扩展区域的大小和柱体之间的应力分布状态，确定了工作面距离637号和635号陷落柱的安全距离分别为30 m和50 m，数值模拟结果与理论分析提出的判断方法ΔL相互验证。该研究成果可为类似条件下的工作面过陷落柱提供借鉴和参考。

• 突出煤层相似材料配比模型构建的正交试验研究

  孙海涛, 朱墨然, 曹偈, 文光才,

  突出煤相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟试验的基础，突出煤相似材料需综合考虑力学特性、吸附解吸特性和孔隙特性等方面与原煤的相似性。为解决目前煤与瓦斯突出相似材料与原煤相似度不高的问题，选取水泥比例、沙子比例和成型压力为3个主要影响因素，通过正交试验和单因素试验方法研究各因素对相似材料单轴抗压强度、弹性模量、吸附CO2和CH4时的放散初速度以及孔隙率的影响。试验结果表明，相似材料单轴抗压强度和弹性模量随水泥比例和成型压力的增大而增大，放散初速度随水泥比例和沙子比例增大而减小，孔隙率随成型压力增大而减小。通过方差分析及多元线性回归分析，获得相似材料3个影响因素与试验指标之间的量化关系，构建了突出煤相似材料多因素配比模型，依据该模型可获得目标相似材料的配比数据，通过试验验证得到该配比模型在力学指标方面的误差在20%以内，放散初速度及孔隙率方面的误差在10%以内。最后，采用构建的相似材料配比模型制作突出型煤，利用自主研制的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统成功开展了高应力作用下的煤与瓦斯突出模拟试验，进一步证实了配比模型的可靠性。

• 粉煤吸附甲烷温度变化规律试验研究

  解北京, 王广宇, 严正,

  为了研究粉煤在吸附甲烷过程中的温度变化规律和机理，采用理论分析与试验研究相结合的方法，基于焦耳-汤姆逊效应和吸附热效应原理，对比分析无粉煤纯甲烷压缩、膨胀及不同压力条件下粉煤吸附甲烷温度变化规律。研究结果表明：用充气罐向无粉煤腔体内充甲烷时，由于甲烷焦耳-汤姆逊效应，腔体内气体温度在不同压力条件下迅速升高15℃；当腔体卸压时，甲烷温度下降6 ℃；粉煤吸附甲烷过程为放热过程，温度升高2～8℃，其温度变化的幅度与甲烷吸附平衡压力有关；粉煤吸附甲烷过程中，环境温度的变化是吸附反应放热和节流效应共同作用的结果。研究结果对井下瓦斯动力灾害预测温度指标的选取依据提供了一定的参考价值。

• 钻屑瓦斯解吸指标K1临界值快速确定方法试验研究

  雷红艳,

  针对钻屑瓦斯解吸指标K1在现场测定过程中由于人员操作、仪器性能、工艺缺陷、暴露时间、钻孔布置等因素导致瓦斯损失量较大，造成K1临界值测定不准确，误差达到30%等问题，通过实验室实测方法对安徽、山西、贵州、河南、重庆、云南等6个地区59个煤矿153个煤样在实验室进行了瓦斯放散初速度指标ΔP和K1∝P关系模型的试验测定，确定出实测（K1）0.74临界值，分析了ΔP与K1∝P关系模型中的待定系数A呈幂函数关系以及待定系数B的取值，得出了6个地区钻屑瓦斯解吸指标K1与ΔP的量化关系，建立了当瓦斯压力为0.74 MPa时，6个地区钻屑瓦斯解吸指标（K1）0.74－ΔP临界值关系模型。试验结果表明：相对实测(K1)0.74临界值，关系模型(K1)0.74临界值绝对值最大误差为17.87%，最小误差为0.53%，最大误差小于30%，说明通过(K1)0.74-ΔP临界值关系模型确定钻屑瓦斯解吸指标临界值具有一定的准确性和可靠性。试验结果也说明了在相同的临界瓦斯压力条件下，K1临界值的大小主要取决于ΔP，而ΔP在实验室测定仅需4h，对同一地区煤矿煤层，利用(K1)0.74－ΔP临界值关系模型，可以快速确定出煤层钻屑瓦斯解吸指标临界值，为确定矿井区域措施效果检验指标临界值以及进行突出危险性预测预报提供科学依据和理论指导。

• 低渗煤层淹没射流扩孔瓦斯抽采有效影响半径模拟研究

  刘海, 王龙,

  水射流扩孔是一种适用于松软低透煤层行之有效的瓦斯强化抽采技术。由于六龙煤矿1075抽放巷与被掩护掘进的1075工作面运输巷位于同一水平，为保证其下帮的消突控制范围，不可避免地出现下向钻孔布孔造成淹没射流条件。为考察淹没射流条件下的瓦斯抽采有效影响半径，根据7号煤层瓦斯赋存参数及抽采达标目标，并基于瓦斯流动理论、达西定律和质量守恒定律，在考虑克林伯格效应条件下，采用理论计算与COMSOL数值模拟相结合的方法建立瓦斯抽采流固耦合模型，探讨了不同抽采时长下扩煤量对有效影响半径的影响。结果表明：抽采有效影响半径随抽采时间增长和扩煤量的增加而逐渐增大，但当抽采时长增加到阈值时，随着瓦斯流量的衰减，扩孔有效影响半径的增长幅度明显减弱。由此确定了7号煤层在淹没射流条件下，单孔扩煤量1.03 t/m为宜，此时的扩孔有效影响半径为3.03 m，布孔间排距为5m×5m。3个月预抽后经检验达到了良好的消突效果，缓解了该矿因瓦斯治理不到位造成的采掘接替紧张。

• 煤层气井地面压裂和井下长钻孔联合抽采技术研究

  陈召英, 郝海金, 郝春生, 赵晋斌, 田庆玲,

  晋城矿区煤层含气量高、渗透率低，单一的地面或井下抽采效果不理想，为使煤矿安全开采，须结合井下长钻孔部署的局部范围卸压增渗的瓦斯预抽技术，使煤层渗透性得到成倍提高。采用微地震法及电位法等人工裂缝监测技术，对试验井压裂的裂缝形态和有效半径进行了评价，以试验区百米钻孔瓦斯流量、瓦斯浓度等相关参数作为考察对象，分析研究了地面压裂与井下长钻孔施工的时空衔接关系。研究结果表明：试验区地面井压裂影响范围呈椭圆区间，长半轴为120～150m，短半轴为50～80m，裂缝形态以水平裂缝为主；压裂影响区内百米钻孔瓦斯流量是压裂区外的1.33～17.50倍，瓦斯体积分数平均提高了35%；地面压裂与井下抽采衔接越紧密抽采效果越好，地面压裂施工后优先施工稳定性较好的煤层顶板钻孔，待压裂裂缝与煤体达到新的动态平衡后再施工顺煤层钻孔；综合考虑抽采效果及井下安全，压裂井井底与已掘巷道、已施工钻孔距离150～200m为宜。

• 碎软煤层顺层钻孔水力割缝增透技术研究

  王正帅,

  In order to solve the problem of poor gas permeability, long gas extraction time and difficulty in extraction, the high pressure hydraulic slitting technology was applied to the gas drainage of the sand hole in broken soft outburst-prone coal seam. Hydraulic cutting test was carried out in No.4 coal seam of Aiweiergou mining area in Xinjiang, and seven high pressure hydraulic slit drilling holes and seven ordinary extraction drilling holes were constructed. The cutting pressure and the cutting radius were investigated, and the gas drainage was compared. The research shows that the cutting pressure of No. 4 coal seam is about 55 MPa. The slit is cut at a pressure of 55 MPa for five minutes, and the slot radius is about 0.89 m; the downhole drilling is not suitable for high-pressure hydraulic slitting. Compared with the extraction effect of ordinary extraction holes, the hydraulic drilling hole can increase the single hole concentration, single hole flow rate and extraction purity by at least two times. The drainage effect of the first 22 days of hydraulic slotted drilling is obviously better than that of ordinary extraction holes, but the attenuation speed is very fast. After about 30 days, the effect of the two extractions is basically close.

• 火成岩影响区CO异常涌出机理及预测研究

  朱令起, 周艺婷, 王鑫源, 邓毅,

  为探究火成岩影响区CO涌出原因及预测技术，火成岩入侵中高温作用对煤结构、自然氧化能力的影响，以模拟热环境和实际火成岩影响区煤样结合的方法进行试验研究。采用了不同温度预处理煤样模拟岩浆侵入热变质作用，进行了压汞试验和煤体CO吸附试验以探究热环境对煤变质、CO吸附和孔隙结构的影响；选用林南仓矿距火成岩入侵距离不等的3个工作面煤样进行对比试验，分别进行了程序升温、红外光谱、热重等试验来探究煤体CO释放规律及其升温氧化原因分析，确定了林南仓矿火成岩影响区CO赋存情况及其自然发火预测指标。结果表明，在试验温度（300 ℃）下，热作用是煤体煤阶升高的主要原因，温度升高可使煤中微孔和大孔数量增加，煤体表面积和孔容相应增加，孔隙连通性增强；程序升温试验中，林南仓矿距火成岩入侵距离小的煤样能更早进入剧烈氧化阶段，更容易在较低温度释放大量CO，因此可以判断火成岩入侵造成的高温环境改变煤体结构（煤体孔容增加、孔隙连通性增强），从而提高了煤体吸附CO的能力和自然氧化中氧气与煤体接触的能力;提出以φ(CO2)/φ(CO)浓度比值作为林南仓矿的自然发火预测指标，解决了现场回采工作面自然发火的预报预测难题，对同类矿山煤自燃的防治有较高的应用价值。

• 矿井瓦斯超限实时预警技术研究

  杨宏伟, 钱志良,

  为解决瓦斯超限的预测预报问题，根据瓦斯超限前煤体及工作面环境表现出的前兆特征，依据矿井瓦斯超限影响因素，从瓦斯、通风、地质构造、管理等方面，建立了瓦斯超限预警指标体系，利用瓦斯体积分数变化指标作为实时预警指标，其他指标作为趋势预警指标，针对瓦斯超限单指标误报率高的问题，利用模糊数学理论建立了瓦斯超限多指标模型，确定了权重值和评价值。在某矿井建立了工作面瓦斯超限实时预警系统，输出红色、黄色及绿色3级瓦斯超限预警结果，得出了瓦斯超限发生的概率，根据瓦斯超限预警结果采取相应措施可以大幅降低瓦斯超限次数；多指标模型预警与单指标模型预警对比结果表明：红色预警次数可以减少50%以上，黄色预警次数减少30%以上，说明采用多指标量化模型比单一指标模型更为合理，提高了预警准确率，为煤矿安全生产提供管理依据，也为类似预警指标研究提供参考。

• 煤矿井下应急救援超前侦测发射装置设计研究

  温学雷,

  为了在煤矿井下灾区救援过程中将环境侦测探头发射至救援队员前方50～100 m处，进而实现对灾区环境的超前侦测，避免救援过程中次生灾害发生，保障救援人员的生命安全，基于气动原理设计了一种煤矿井下超前侦测发射装置，分别通过对该装置的发射过程及发射后探头飞行过程进行数学建模并求解，获取发射压力、发射角度与后坐力、出膛速度及发射距离的关系；依据发射瞬间及飞行过程关键参数，研究分析了发射装置在煤矿巷道受限空间的发射策略，并进行巷道实际发射试验。试验结果表明：煤矿井下超前侦测发射装置的理论设计及计算正确合理，发射距离大于50 m满足设计要求；并得出巷道受限空间的最佳发射策略是3～4 MPa的压力下于巷道中线处采用半蹲水平方式发射。

• 基于惯性导航的工作面直线度测控与定位技术

  李森,

  为了解决综采工作面在自动化生产模式下推进数刀后逐渐不直，继而影响连续推进的问题，通过分析问题产生的原因及其对自动化开采的影响，提出采用惯性导航技术测量刮板输送机平直度来定量描述工作面直线度的方法，将惯性导航装置捷联于采煤机，实时测量采煤机割煤行走时形成的三维空间轨迹。介绍基于该方法的惯性导航LASC技术的技术原理、算法框架、关键公式、控制流程等，并基于该技术开发了工作面自动找直控制系统。地面联调和井下工业试验的结果表明，此系统对工作面直线度的检测误差小于100mm，全工作面直线度控制误差小于300mm，满足了自动化开采模式下综采工作面自动连续推进的要求。

• 散煤料对落煤区域中部槽磨损性能分析

  李康, 李军霞, 梁绍伟,

  为了研究在落煤区域煤料对刮板输送机中部槽的冲击磨损特性，实现对刮板输送机中部槽进行改进，从而对其关键部分进行强化设计，为耐磨材料的选取提供相应的理论指导。刮板输送机承担着散煤料运输的重要任务，中部槽为刮板输送机的关键部件，选用褐煤、无烟煤、焦煤从理论上分析了中部槽在煤料冲击下的摩擦特性，结合EDEM软件建立了中部槽摩擦副仿真模型，得到了落煤区域中部槽在不同结构形式、不同煤散料参数下的中部槽受力和线磨损深度曲线。不同结构形式主要包括链间距和刮板距离，在相同的中部槽宽度、基础粒径、运行速度、煤料材质条件下，分析了在118、158、188 mm下链间距的磨损和受力情况，以及刮板距离为720、864、1000mm时的磨损性能。不同的煤料参数包括粒径大小和煤料的不同种类，在相同的中部槽宽度、链间距、刮板距离、运行速度条件下，分析了在0.8倍粒径、单倍粒径和1.2倍粒径下的冲击影响。通过查阅3种煤料的物理参数性质，探究不同种类煤料对中部槽磨损的影响。结果表明：煤料稳定运输后，落煤区的散煤料聚集在刮板附近，磨损主要发生在链道处；随着链间距和刮板距离以及煤料粒度的增加，中部槽的磨损呈增加的趋势；无烟煤在落煤区域对中部槽的冲击力和磨损程度较褐煤和焦煤大。

• 大采高液压支架掩护梁失效模型建立及对策研究

  赵峰, 亓玉浩, 徐忠磊, 豆景乐,

  为提高液压支架使用可靠性，分析了ZY21000/38.5/83D型液压支架在煤矿井下的实际使用情况，对液压支架掩护梁常规模型进行了模拟仿真分析论证；垮落的顶板压在顶梁后端与掩护梁铰接位置且顶梁前端未接顶，液压支架达到顶梁与掩护梁机械限位位置，此时顶梁和掩护梁几乎处于一条直线呈高射炮状态时，在顶板周期来压作用下会对掩护梁结构造成损坏。据此提出了造成掩护梁失效的杠杆效应模型，并对该模型进行仿真模拟分析，得出了掩护梁在该杠杆效应模型下极易失效的结论。煤矿生产作业应避免液压支架尤其是大采高支架在该杠杆效应模型姿态下使用，最后提出了避免液压支架掩护梁发生失效的防范措施。

• 煤矿井下定向深孔大孔径套铣打捞技术及工艺参数

  王建强, 张杰,

  为解决煤矿井下定向深孔卡钻事故，采用定向深孔大孔径套铣打捞技术，通过对事故点孔深、套铣打捞钻具弯曲孔段通过能力、套铣打捞工艺参数进行分析研究，应用结果表明:大孔径套铣打捞钻具通过弯曲孔段能力强，能够有效提高定向深孔卡钻事故处理成功率；但高转速和高钻速不仅会引起回转压力增大而导致套铣钻具断裂事故，且高转速对事故钻具的磨损增大，高钻速易引起沉渣卡钻，建议钻速控制在4～25m/h，转速控制在10～80r/min以解决孔深超过700m定向钻孔卡钻事故。

• 顶板高位长钻孔用螺旋型PDC扩孔钻头研制

  田宏杰, 赵江鹏, 王传留, 高晓亮,

  针对常规扩孔钻头在顶板高位长钻孔施工中存在寿命短、导入阻力大、钻进效率低等问题，通过对钻头导向器结构、冠部曲线、切削齿布置、刀翼结构等研究，研制了220/120mm螺旋型PDC扩孔钻头，并在淮南矿业集团顾桥矿南区进行了现场试验。试验结果表明：在中砂岩、炭质泥岩层中，该钻头单孔进尺498m，与现场常规扩孔钻头相比，钻进效率提升20%，寿命提高60%以上，并且整个钻进过程平稳，钻进速度快，有较明显的防斜作用，提高了顶板高位长钻孔的施工效率，节约了钻孔成本。

• 瓦斯富集区多频电磁波CT同步透视技术研究

  仇念广, 屈旭辉, 刘百祥,

  为探明回采工作面瓦斯富集区域，基于电磁波CT透视理论与SIRT层析成像，对不同介质和瓦斯富集区不同频率的电磁波衰减变化曲线和透视层析成像特征进行了数值正演模拟研究，提出了多频电磁波同步透视方法，并在演马庄煤矿开展了瓦斯富集区多频电磁波CT同步透视现场试验。研究结果表明：电磁波CT能够有效探测瓦斯富集区，相对正常煤体，瓦斯富集区呈现为电磁波弱衰减的特征，且频率越高，衰减越严重；高频电磁波相对低频电磁波，衰减幅值稍大，透视距离短，但响应较强;多频同步透视技术可利用高频的高敏感度、响应强的特性和低频的长透距性，透视探测效率快、精度高;井下现场试验验证了多频电磁波CT同步透视技术能够高效、准确识别回采工作面中的瓦斯富集区，可推广应用煤矿生产一线。

• 超宽带探地雷达煤层厚度探测试验研究

  刘帅, 赵文生, 高思伟,

  综采工作面采煤机滚筒自动调高对于智能化开采具有重要意义，且传统煤岩探测技术不能同时兼顾探测深度与探测精度，采用超宽带探地雷达进行测量煤层厚度，继而可建立煤岩分界面实现采煤机滚筒自动调高。介绍了探地雷达装置设计构成并研究探地雷达用于煤岩分界的原理，合理布置超宽带探地雷达在综采工作面的安装方式，根据煤岩介电常数明显差异，分析雷达对于煤岩的穿透能力，将超宽带雷达静态与动态测试相结合，通过动态测试加强对静态测试数据的解释。将雷达示波器每帧512个采样点返回的数据，根据信号的幅值强度完成每帧数据的波形显示，测量的分辨率可达到4mm，为了便于分析煤岩分界位置，将采集的数据生成对应波形的灰度图，灰度图中黑白颜色的深度反映信号的强度。将波形图中信号波峰与波谷结合雷达灰度图实现煤岩分界位置的确定，计算出煤层厚度。雷达装置在工作面安装具备防水、防尘等恶劣环境的适应能力，在具备一定厚度的煤岩层分界处，在神东榆家梁煤矿与乌兰木伦煤矿进行煤厚测试。结果表明：中心频率为5.3～8.8 GHz的脉冲雷达配备带宽在0.9～5.0 GHz范围内的天线，探地雷达回波特性明显，且测试厚度与实际厚度误差可达10mm，能够穿透2m的煤岩层厚度，可对煤机自动调高提供参考，具有一定的应用价值。

• 滇东黔西地区煤岩裂缝渗透率应力敏感性试验研究

  赵岩龙, 辛晓霖, 汪志明,

  滇东黔西地区煤岩渗透率普遍较低但地应力较高，煤层有效应力的变化会显著地影响储层渗透率，为了研究滇东黔西地区煤岩裂缝渗透率的应力敏感机制，针对该地区煤样开展了渗透率应力敏感性试验，并结合扫描电镜（SEM）技术分析了煤样裂缝结构特征。试验结果表明：煤岩裂缝渗透率与有效应力呈现负指数关系。当有效应力小于10 MPa时，随着有效应力增大，煤层裂缝渗透率急剧下降，渗透率损害主要发生在此阶段；当有效应力大于10 MPa时，裂缝越来越难被压缩，裂缝渗透率下降趋势减缓。煤岩天然和人工裂缝均具有很强的应力敏感性。扫描图片显示，天然裂缝表面粗糙度较小，缝内存在填充物可用来支撑裂缝闭合，人工裂缝的应力敏感程度强于天然裂缝。在煤层气开发过程中需要合理控制生产压差，以减轻应力对渗透率的伤害，确保煤层气井的高效生产。

• 川南筠连区块煤层三维含气量属性精细建模

  卢晨刚, 张遂安, 白铁峰, 刘成, 杜军军, 薛丹,

  在地表形态和构造起伏较大的川南筠连区块，采用常规储层属性建模方法进行煤层气三维含气量建模存在预测不准的问题，为提高含气量三维模型精度，利用灰色关联与多元回归分析方法建立了含气量预测模型，考虑每个网格的实际埋深，提出适应该区块的三维含气量建模方法。结果表明：川南筠连区块含气量的关联的因素由强到弱依次为水分、最大镜质组反射率、埋深、灰分、固定碳；经共线性检验，由水分、最大镜质组反射率、埋深、灰分建立的含气量预测模型较好，拟合相关系数R2=0.701，在99%的显著性水平下显著；该三维含气量计算模型综合考虑了地表形态和地下构造对实际埋深的影响，更接近实际情况；较大埋深区域的计算含气量比常规属性建模方法的数值高，同时改进的含气量建模结果比常规建模结果更贴近实际生产情况。

• 柳江盆地内岩浆侵入活动对煤层煤质的影响

  马良,

  为了查清柳江盆地内岩浆侵入对煤层的连续性和稳定性、煤岩特征、煤质等的影响变化规律，为盆地深部资源勘查和煤炭开发利用提供依据，基于地面调查、钻探、测井、煤岩鉴定和煤质分析等数据，分析了岩浆侵入区煤层、煤岩、煤质特征，总结了盆地内岩浆侵入煤层的模式，总结了不同岩浆侵入模式下煤的物理性质、化学性质、工艺性能的变化规律。研究结果表明：盆地内岩浆对煤层的侵入大致可分为4种模式，对煤层及煤岩煤质的破坏程度各不相同；受岩浆侵入影响的煤层在纵向上具有煤岩学分带特征,可以划分为正常煤、煤焦混合带和天然焦；岩浆侵入使煤层灰分增高，固定碳含量降低，发热量降低，热稳定性和可选性变差，影响程度随着煤层与侵入岩之间的距离减少而增大。

• 低阶煤微波辅助催化热解焦油特性研究

  脱凯用, 王卓雅, 蒋本杰, 王莉萍, 陈钢, 刘淑琴,

  为提升低阶煤热解焦油产品的品质，在微波管式热解炉内，考察了K、Ca和Fe对煤热解焦油生成特性的影响，研究了不同焦油产品的族组分分布和芳香烃组成结构的变化规律。结果表明：负载K、Ca和Fe的煤样会快速响应微波产生极化损耗和电导损耗，使得活性组分周围被选择性加热因而诱发焦油催化裂解反应进行。微波辅助金属组分可催化调节焦油族组分分布，K、Fe使苯及其衍生物含量分别增加了12.8%和25.15%，Ca使脂肪烃含量显著增加了212%。K、Ca和Fe显著促进了三环、四环芳烃的开环裂解并使得四环以上芳烃几乎消失，其中Fe可将三环芳烃芴、苊和菲及其衍生物含量分别降低62.68%，67.25%和58.33%，表明微波辅助金属组分改变了重质芳烃的裂解途径，促进了焦油产品的轻质化。

• 煤炭直接液化高压釜评价试验条件研究

  钟金龙,

  Autoclave test is one of the most important means to study the reactivity of coal in direct coal liquefaction.The results of autoclave test is used to evaluate the reactivity of direct liquefaction of coal and provide basis for the determination of continuous pilot test conditions.In order to establish the national standard of the test method of autoclave in direct coal liquefaction,the autoclave test was carried out on several kinds of coal under different conditions and the test products were analyzed. The results show that the direct liquefaction test of coal is superior by using the 0.5 L batch stirred autoclave and the optimal conditions are: the reaction temperature is 450 ℃,the initial H2 pressure is 8 MPa, the constant temperature time is 120 min,the weight of coal sample loading is 20 g (dry-ash-free), the ratio of the iron-based catalyst is 3%, the heating rate is (8±0.5)℃/min and the stirring speed is (400±20) r/min. The repeatability limit of oil yield is 3.0% and the reproducibility limit is 5.0%, the repeatability limit of conversion rate is 3.0% and the reproducibility limit is 4.0%. Establishing and unifying the method to estimate the reactivity of coal in direct coal liquefaction as well as stipulating the repeatability limit and the reproducibility limit. This also makes the data comparable,so as to provide accurate analytical data for industrial production and technical study.

• 黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体爆炸特性及预警技术研究

  司俊鸿, 许敏, 郑凯凯, 褚廷湘,

  The gas emission in Huanglong mining area is characterized by strong randomicity, instability in gas composition, and great difficulty in prevention and control. In this research, laboratory experiments are conducted to study the explosion limit of gas-oil mix in a 10-Litter spherical multi-component gas explosion reactor. An early warning technology for gas-oil explosion is proposed which integrates with prevention and control of CH4 and coal spontaneous combustion in mine gob. Moreover, an early warning index system and early warning gas-oil explosion system are constructed. The results show that CH4 concentration in gas-oil mix decreases to 13%～67% and the concentration of C3H8 and C4H10 increase to 10%～30%. The gas-oil in Huanglong mining area shows significant anisotropy. Due to increase of hydrocarbon composition, the explosion limit of gas-oil changes to 1.85%～9.85%. The results also indicate that the risk degree of gas-oil explosion is 4.32, which is 2.15 times higher than average risk degree for coal mines. Furthermore, the early warning limit of CH4 is determined to be 0.38% in return airway in Huanglong mining area. The formula of monitoring index is determined as CO、φ(C2H4)/φ(C2H6) based on the oxidation heating experiment of coal spontaneous combustion. The research provides a significant reference for prevention and control of gas-oil explosion in coal mines.

• 露天矿井采采空区安全顶板厚度及地表危险性分区研究

  丁鑫品, 李风明, 李宏艳,

  为了实现对露天矿井采采空区危险性的三维动态控制，确保过采空区期间露天采矿设备和人员的安全，以平朔矿区和平庄矿区大型露天煤矿采空区隐蔽地质灾害勘查与治理工程实践为背景，综合运用数值分析、物理模拟与现场实测相结合的方法，研究了露天矿剥采作业条件下采空区上覆岩体裂隙发育规律、围岩变形破坏规律和设备对地影响规律。通过研究，建立了基于覆岩“两带”高度与设备对地影响深度的长壁工作面采空区安全顶板厚度确定方法，提出了基于采空区平面投影边界、离层范围边界、“砌体梁”结构区内侧范围边界以及移动盆地裂缝边界的采空区地表危险性分区方法，结合各类露天采矿设备自身的特点及其对安全作业环境需求的差异性，分别确定了对应的危险性分区