煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2020年第5期

• 露天煤矿台阶边坡爆破振速的高程放大效应研究

  张鹏, 刘宇, 周永利, 陈帅, 王志留, 缪伟, 张鹏姣,

  露天矿开采过程中，多以大药量抛掷爆破方式破碎岩石，爆破振动对露天矿边坡的安全构成威胁。针对露天矿台阶边坡受爆破振动影响以及爆破振动的高程放大效应问题，结合哈尔乌素露天矿北端帮工程实际，利用数值模拟方法和理论分析方法对高程放大效应进行了研究，并对FLAC3D数值计算结果进行了验证；研究了在背波和迎波2种不同情况下台阶边坡内部、表面质点动力响应情况，最后分析了台阶边坡动力响应机理。研究结果表明：露天矿台阶边坡在爆破振动影响下呈现出高程放大效应，台阶边坡表面和内部质点的峰值振动速度总体呈现随着距离的增加逐渐衰减的趋势；同一台阶质点的振速由边坡表面向内部递减，越靠近边坡表面，质点的振动速度越大；在背波情况下，高程放大效应最显著的在底部台阶，同一台阶质点的高程放大效应由边坡表面向内部减弱；在迎波情况下，高程放大效应最显著的则在顶部台阶，同一台阶质点的高程放大效应未呈现出明显的变化。

• 软弱破碎顶板巷道围岩变形机理及控制技术

  孙广京, 王平, 冯涛, 余伟健, 尹中凯, 蒋运良, 刘海, 李立新,

  针对软弱破碎顶板巷道支护困难的问题，通过现场调查和钻孔探测发现软弱破碎顶板巷道围岩具有自稳平衡拱结构，但极不稳定，在扰动作用下表现为局部到整体的连锁失稳特征。现场取样进行试验，发现顶板破碎岩块强度低，帮部煤块裂隙发育、底板泥岩软弱是造成巷道全断面变形失稳的主要原因。原支护棚架架型不合理、接顶效果差、支护缺乏整体性以及支护系统不能协调变形是导致巷道失稳的直接原因。进一步试验表明，该巷道的软弱破碎岩样在侧限约束条件下压实后具有较高的承载能力，在无侧限约束条件下则难以自稳。掺入一定水泥进行胶结后形成的弱胶结岩体，其稳定性和承载能力有明显提高。结合普氏自然平衡拱理论和“类双曲线”模型，构建了软弱破碎顶板巷道围岩“抛物线-半双曲线”破碎边界扩张模型，发现软弱破碎顶板载荷呈指数形式增长，当帮部煤体不稳定时顶板载荷急剧增加，而底鼓是造成帮部失稳的重要因素。因此，提出了强力控制软弱破碎顶板，强化约束帮部煤体，加强隔水预防巷道底鼓的控制原理和“控顶先固帮，固帮先护底”的支护原则。针对州景煤矿5305工作面的实际情况提出了“双层金属网+喷射混凝土+预支撑囧形棚架+可缩性纵向连接器”的组合控制技术，经初步的现场工程实践，取得了较好的支护效果。

• 燃料煤重金属元素在飞灰及炉渣中的分布与富集研究

  倪琳, 崔小峰, 徐立家, 林茜, 郭坤,

  为研究燃料煤重金属元素在飞灰及炉渣中的分布与富集规律，采集了上海市火电厂、热电厂及化工企业燃煤锅炉的入炉煤、飞灰及炉渣样品，检测了样品中汞、砷、铬、镉、铅等重金属元素含量，研究了飞灰、炉渣中重金属含量与入炉煤中含量的关系，探讨了其分布机制。结果表明：飞灰中的汞含量比入炉煤中的提高了2～5倍，炉渣中汞含量较低，燃烧过程中煤中汞在飞灰中发生富集；飞灰中砷含量最高可达入炉煤中的10倍，燃烧过程中煤中砷在飞灰中具有明显的富集作用，炉渣与入炉煤中砷含量相当，说明入炉煤中的砷未在炉渣中富集；飞灰中铬含量最高可达入炉煤中的8倍，炉渣中铬含量高于飞灰中，燃烧过程中煤中铬元素在飞灰和炉渣中均有明显的富集作用；飞灰中镉含量最高可达入炉煤中的8倍，炉渣中镉含量可达入炉煤中的10倍以上；飞灰与炉渣中的铅含量显著高于入炉煤，铅在飞灰与炉渣中具有明显的富集作用。同时，测算了上海用煤企业入炉煤、飞灰及炉渣中重金属年产生量与比例，结果表明，汞、砷元素在煤燃烧后，分别有50.0%、61.7%富集到飞灰中，而在炉渣中的含量较低；铬、镉、铅元素在飞灰和炉渣中均有较大程度的富集，入炉煤中的铬、镉、铅元素主要随飞灰排出，随飞灰排出的铬、镉、铅元素分别占入炉煤中总量的76.7%、74.4%、75.1%。飞灰、炉渣是入炉煤中重金属排放的主要途径。

• 油酸甲酯对长焰煤的捕收性能及量子化学计算

  任聪, 李志红, 刘爱荣, 刘翼洲, 樊民强,

  为了探究油酸甲酯对麻家梁煤矿煤的浮选效果及相互作用机理，采用煤泥浮选试验、红外光谱、润湿热测定和量子化学计算方法，得到油酸甲酯、正十二烷与麻家梁煤矿煤作用前后的红外谱图、润湿热和前线轨道能量、吸附能等参数，研究了这些参数与油酸甲酯、正十二烷捕收性能之间的内在联系以及作用机理。结果表明：相同药剂用量下，油酸甲酯的精煤产率高于正十二烷，节省药剂用量50%以上。油酸甲酯与煤作用后的红外谱图在—OH振动减弱，在—CH3、C—C等疏水基处振动变强，不仅覆盖煤表面含氧官能团，且覆盖后煤表面疏水基团增加，以此提高煤表面疏水性，从而提高浮选效果。油酸甲酯的润湿热远大于正十二烷，且通过量子化学计算发现，油酸甲酯、正十二烷的前线轨道能隙分别为8.45、4.82 eV,油酸甲酯在含硫和不含硫煤表面的吸附能分别为193.50、199.24 kJ/mol，正十二烷在含硫和不含硫煤表面的吸附能分别为102.49、114.82 kJ/mol，故油酸甲酯具有更高的活性，更易在煤表面发生吸附，是一种低阶煤泥浮选高效捕收剂。

• 煤层气井多相流条件下不同粒径煤粉启动－运移规律

  慕甜, 马东民, 陈跃, 高正, 张辉, 滕金祥, 杨甫, 邵凯, 张林,

  为系统研究煤层气井中多相流条件下煤粉启动-运移规律，以捞砂煤粉为研究对象，通过控制不同相流（液固两相、气液固三相）控制煤粉产出，开展多相流条件下不同粒径（小于0.075 mm、0.075～0.25 mm、0.25～0.85 mm、大于0.85 mm）煤粉启动-运移试验模拟，分析流量、压差、管道倾角、粒度等因素对煤粉启动-运移的影响。研究结果表明：液固两相流下，随着液体流量逐渐增大，煤粉由静止状态向滑动—间歇滚动—滚动—层移—层移+悬移—悬移状态逐渐过渡。煤粉粒径越小，管道倾斜角度越小，启动流量越低；流量与压差呈现很好的线性关系，并受管道倾角影响；煤粉的粒径和管道倾角对煤粉的启动-运移难易程度具有重要影响，但二者的影响较为复杂，不同粒径煤粉的启动-运移流量与管道倾角之间并非简单的线性关系；不同角度下煤粉颗粒粒径（除大于0.85 mm大颗粒煤粉外）与启动流量关系可用一次线性关系表征，同时方程也可用于预测特定管道倾角下不同粒径煤粉对应的启动流量。气液固三相流下，煤粉启动-运移主要控制因素为流型，而流型受气液流量比和管道倾角影响，主要包括气泡流、塞状流、分层流、波状流、弹状流等流型，各流型携粉运移能力为气驱水分层流＞弹状流＞塞状流＞气泡流＞分层流；随气液流量比增大，压差先快速减小再趋于平缓，最终微弱反弹，管道倾斜角度越小，压差下降越快。

• 煤层气井压裂裂缝内超级分子膜控煤粉可行性研究

  刘子雄, 刘汝敏, 韩冠楠, 童志能,

  针对煤层气井压裂裂缝中的煤粉堵塞问题，提出利用超级分子膜（SMF）在裂缝中形成网状结构，诱导小颗粒煤粉排出，阻止大颗粒煤粉运移，进而提高裂缝的渗透性的方法。以沁水盆地3号煤为对象开展了煤层气井压裂裂缝内控煤粉试验。试验结果表明：SMF中A剂质量分数高于5%，B剂质量分数在2%～9%时能够有效控制煤粉聚集成团，煤粉混合液变清澈；采用SMF驱替后，岩心渗透率提高3～6倍，当SMF组合浓度适中时，岩心渗透率提高6倍以上。驱替后的岩心中，煤粉呈现出明显的团状，驱出来的液体中基本不含煤粉。且液体对煤基质的伤害率在15%以内。表明采用SMF能够有效提高煤粉伤害后的裂缝渗透率，为裂缝内煤粉治理提供了一个新的方向。

• 三塘湖煤田西山窑组煤地球化学特征及沉积环境意义

  何静, 黄涛, 冯烁, 田继军, 杨博, 郝慧丽,

  为了查明新疆三塘湖煤田汉水泉矿区西山窑组煤中元素富集情况，通过分析元素表征指数对环境的指示作用，来揭示该煤组沉积环境变化特征，基于煤田地质学、地球化学等理论方法，通过低温灰化、ICP-MS等手段，得出煤中微量元素、稀土元素含量并对其进行分析。结果表明：该煤组元素V、Cu、As、Rb、Sr相对富集，稀土元素分布模式表明轻稀土（LREE）明显亏损，重稀土（HREE）相对富集，Ce负异常，Eu正异常。经低温灰化处理后稀土元素含量远高于未处理的，表明稀土元素大多赋存于有机质中。研究区煤层中V、Ga的富集与黏土矿物含量较高有关，Cu与黄铁矿相伴生，As元素主要以砷黄铁矿的形式存在。δEu、Sr/Ba、V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co及S的含量总体上反映该区泥炭的沉积环境：主体为陆相淡水还原环境，局部为弱氧化环境；其中7、9、17、22号煤层处于氧化环境，8、13、14、15、18、19、20号煤层处于还原环境，垂向上呈氧化还原交替变化的古环境特征，推断三塘湖煤田西山窑组含煤岩系在沉积阶段主体上为湖侵过程，期间伴随多次小范围的湖侵-湖退过程。

• 山西霍西地区煤系泥岩储层特征及生烃潜力评价

  周豪博, 任国杰, 杨燕青, 张小东, 张硕,

  为了进一步研究含煤地层中非常规天然气的开发潜力， 以山西霍西地区煤系泥岩为主要研究对象，基于矿物成分、孔渗性等测试结果，从岩相特征、矿物学组成、孔渗性等方面分析了霍西地区煤系泥岩层的储层特征，同时从烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度3方面初步判断了霍西地区煤系泥岩层的生烃潜力。结果表明：山西霍西地区内煤系泥岩层厚度大，矿物组成以黏土矿物为主，孔隙度较低，渗透性差，为煤系气的保存提供了良好的条件。同时山西霍西地区总体上有机质类型以Ⅲ型干酪根为主，有机碳含量大于1.5%的样品约占 68%；有机质成熟度以1.8%～2.0%为主，热解生烃能力强。相对而言，太原组煤系泥岩中有机碳含量高达3.94%是其生烃潜力要高于山西组和下石盒子组煤系泥岩的主要原因，可以优先作为有利勘探区。

• 地温测量方法研究与应用 ———以淮南矿区为例

  陈常兴, 刘佳, 叶树刚,

  地球的热场也称地球的温度场、地温场或地热场，它与地球的电场、重力场、磁场一样，是地球的物理场之一。了解地球浅层(浅层地壳)地温，有助于研究一些与能源息息相关的问题，如预测油气田、确定煤层厚度和位置、预防煤矿瓦斯爆炸等；了解地球深部（地幔、地核）温度，则有助于研究地球内部物质和能量的交换以及深部动力学问题。因此，有必要探讨测量地温的一些方法，并在实际数据中进行对比。通过总结直接测温和间接测温的方法和原理，利用收集的顾桥井田地温数据，得出直接测温的近似真实地温曲线，与间接测温的方法相结合，对地温测量方法进行优缺点分析。研究结果表明：该区地温梯度为3.2 ℃/hm，1 000 m深度井底温度可达48 ℃，属地温异常区；对于地球浅部地温使用直接测温法较为精确，对于地球深部地温则需要使用间接测温法，虽然只能粗略的推算出地球深部的温度，但是其误差可忽略不计。

• 关键层突变破断的冲击能诱发离层突水机理研究

  舒宗运, 何标庆, 黎灵,

  覆岩的离层突水水害逐渐成为了一种主要水害，使得离层突水机理研究成为了亟需解决的难题，为了弄清离层突水过程，研究离层突水机理这一关键问题，以突变理论、结构力学及材料力学等理论为基础，通过覆岩离层中的关键层的受力分析，建立了离层关键层的力学模型；以能量分析为出发点，求得了离层关键层的总势能函数表达式；以力学平衡为前提，构建了用能量来表达的离层关键层发生破断的尖点突变模型，并计算了离层关键层破断后释放的冲击能；从能量守恒及离层下伏软岩隔水层的力学性质分析出发，提出了软弱隔水层吸收关键层破断释放的冲击能后，发生“压裂”和“劈裂”2种离层水突涌模式，并预测了工作面发生离层突水的位置。最后，以郭家河煤矿特厚煤层3煤的离层突水为例，在充分分析地质条件及水文地质条件的基础上，凭借现场实测、室内试验、理论分析等多种手段，对文中提出的离层突水机理进行了应用 。研究结果表明：离层关键层的突然破断是一种能量跃迁方式，可用尖点突变模型来解释；提出的导水裂隙带范围内“压裂”和“劈裂”2种突水模式能预测离层突水位置；离层突水预测位置与实际发生的离层突水位置基本一致。

• 纵轴式掘进机垂直振动模型及座椅舒适性分析

  李占龙, 冯慧杰, 孙大刚, 韩斌慧, 张建广, 孙宝,

  为了研究纵轴式掘进机截割时的垂直振动情况和司机的舒适性，建立了掘进机整机-座椅的阻尼减振模型，以国际标准ISO 2631作为舒适性评价指标，在掘进机横扫和钻进2种典型工况下，分析了座椅系统的刚度-阻尼参数特性，确定其最优匹配关系；对比研究了3组刚度-阻尼参数配置座椅（Ⅰ组—原刚性座椅参数配置、Ⅱ组—“稍有不适”参数配置和Ⅲ组—“无不适感觉”参数配置）的振动耗散能力。结果表明：刚性座椅Ⅰ的垂直加权加速度均方根大于0.8，司机主观感觉为不舒适，与试验结果吻合；在限定座椅共振频率条件下，当座椅刚度系数大于7×105 N/m，座椅阻尼系数大于3.4×104N·s/m时，2种工况下座椅垂直加权加速度均方根小于0.315，司机主观感觉为无不适感觉。相比刚性座椅组，阻尼座椅Ⅱ组和Ⅲ组的垂直加速度均方根分别降低了35.7%、50.9%（横扫工况）和38.7%、54.9%（钻进工况），频响峰值分别降低了73.8%、92.4%（横扫工况）和74.9%、92.8%（钻进工况），说明司机阻尼座椅的舒适性得到了很大改善，2种工况下的振动耗散能力接近，且与参数匹配结果一致。对截割力和座椅响应的频域特性分析发现，截割力一阶频率为1.66 Hz，与座椅响应的峰值频率1.65 Hz接近，是影响司机座椅舒适性的主要载荷成分，这些分析结果可为掘进机高性能阻尼座椅的动态设计和优化提供参考。

• 防爆柴油机废气再循环冷却系统研究

  王晓,

  针对煤矿井下矿用防爆柴油机的排放污染问题，根据MT 990—2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》对防爆柴油机表面温度不超过150 ℃的要求，对防爆废气再循环（EGR）冷却系统进行设计，通过对防爆文丘里管原理的分析、防爆电动水泵的选型及冷却系统散热量的计算，设计了符合要求的EGR冷却系统。并按照标准对防爆柴油机及EGR冷却系统进行台架试验，研究了防爆柴油机EGR温度对尾气排放中NOx、HC、CO和烟度等成分的影响，试验结果表明：在额定转速下随着EGR冷却系统温度的降低，NOx排放降低，CO排放增加，HC排放增加，烟度降低；在同一EGR温度下负荷降低，NOx、 CO、HC、烟度排放均降低；随着EGR温度的降低，NOx排放降幅最大为7.4%，降幅最小为3.3%，CO增幅最大为100%，增幅最小为0，HC排放增幅最大为20%，增幅最小为2.7%，烟度排放降幅最大为20%，降幅最小为0；确定了防爆柴油机工作时取得尾气排放综合性能最好状态下防爆EGR最佳冷却温度范围为70～100 ℃。

• 跟机液压系统压力流量耦合机理研究

  周如林, 李首滨, 韦文术, 张龙涛, 王伟,

  针对综采工作面液压支架跟机自动化控制逻辑、供液系统和支架动作速度之间的矛盾关系，对液压支架液压系统进行了模块化、参数化分析。在兼顾进液管路和回液管路布局条件下，分别从稳态特性和瞬态特性角度对支架液压系统进行建模计算，对跟机过程中多动作时管路压力、流量进行解耦分析，推导得出了瞬态、稳态过程中压力随时间变化规律及迭代模型。结果表明，液压缸伸、收瞬间压力变化主要与进液压力、回液压力有关，为时间t的二次方关系。根据上述推导公式以巴彦高勒煤矿工作面实际参数进行赋值，分析了降移升过程中各阶段压力分布特性，并完成了不同供液条件下不同支架动作时液压缸的压力动态数据测量，验证了理论分析模型的科学性和有效性，结果表明，系统背压主要影响稳态过程，对瞬态过程影响较小。

• 基于声发射与Ｄ-S证据理论的截齿磨损状态识别

  金铃子, 曹越操, 亓元浩, 余铜柱, 顾颉颖, 张强,

  为实现采煤机截割过程中截齿磨损状态的智能化监测，采用声发射信号采集装置对截割4种不同比例煤岩试件的信号进行采集，应用3层小波包分解及重构技术对信号进行处理，并提取特征值作为样本空间，利用D-S证据理论方法对截齿磨损程度进行智能识别。结果表明：12.5～25.0 kHz频段和37.5～50.0 kHz频段内能量集中，且能量随截齿磨损程度的增加而减小，因此选取上述2个频段能量占总能量的比值作为特征值，在4种工况的证据体联合作用下，截齿磨损状态智能识别精度达到约90%。此方法可为准确掌握截齿磨损状态，确定截齿更换周期，提高采煤机的截割效率，实现井下智能化开采提供基础。

• 基于特征地图的煤矿辅助运输车辆定位方法

  鲍文亮,

  针对煤矿辅助运输车辆无人驾驶技术所包含的车辆自主实时定位问题，考虑井下巷道的环境特点和车辆作业行驶要求，提出了一种基于特征地图的车辆定位方法，建立了车辆在井下巷道行驶的运动方程及测量方程。采用扩展卡尔曼滤波讨论了定位算法，由一个高斯分布描述车辆位置状态的置信度。仿真结果表明：以车辆位置状态置信度的均值作为真实状态的一个估计，由状态置信度的均方根值描述的不确定性与实际估计误差的统计分析结果相一致，在同一时刻车辆观测到的特征数量和采样周期数值对状态置信度不确定性产生影响。基于特征地图的定位方法给出了煤矿辅助运输车辆在井下巷道实时位置状态的置信度表示，同时得出了车辆位置的实时估计和定位的不确定性。

• 贵州中岭－坪山区块多煤层煤层气可采性评价

  王国玲, 孙晗森, 严开峰, 史红玲,

  煤层气资源可采性评价是煤层气勘探开发的前提和基础，是各种地质因素有效配置的结果。多煤层发育的黔西地区具有丰富的煤层气资源，其可采性值得关注，为了评价黔西地区煤层气资源的开发潜力，以中岭-坪山为研究区块，在分析构造特征、多煤层发育基本特征、煤层含气量、煤层吸附性的基础上，采用水头高度等效煤储层压力-等温吸附法，评价了等效储层压力、临界解吸压力、含气饱和度及采收率。研究表明，区内上二叠统龙潭组薄—中厚煤层发育，煤层数量多达50余层，可采煤层10～12层；煤层含气量较高，为8.25～15.44 m3/t，平均11.71 m3/t；等效储层压力梯度较低，为0.59～0.95 MPa/hm，平均为0.80 MPa/hm；临界解吸压力分布在1.07～1.87 MPa，平均为1.56 MPa；含气饱和度较高为62%～82%，平均为72%；计算得出煤层气理论采收率分布在27.54%～48.66%，平均40.4%，高于全国平均水平，表现出较好的煤层气可采性特点，资源开发潜力大。含气量、储层压力等值线图及计算结果显示，含气量、储层压力、临界解吸压力、含气饱和度在平面上分布具有一致性，即高含气量区，等效储层压力高，临界解吸压力高，含气饱和度也高。煤层气富集区是未来开发的首选区域，由于区内煤层发育具有多且薄的特点，多煤层合采是大幅提高气井产量及资源采收率的有效途径，可作为贵州省煤层气开发的首选开发方式。

• 硫对长焰煤自燃过程影响的试验研究

  司卫彬, 王德明,

  为研究硫对煤自燃过程的影响，以典型义马长焰煤为例，采用氧化动力学方法，测定了不同FeS2含量混合煤的自燃倾向性、煤自燃分段升温产物特性，分析了不同阶段FeS2对煤氧化的作用，并从煤基元反应的角度解释了硫对煤自燃过程升温产物特性的影响。研究结果表明：低温阶段，FeS2阻碍煤的氧化，且与添加量呈正相关；加速阶段，促进煤的氧化，且随添加量增加呈先增大后减小的变化趋势，并得出硫对长焰煤自燃倾向性影响的临界值为5%。FeS2混合煤与水和氧气发生的化学放热反应，激发了基元反应，促进CO、CO2、CxHy等原始赋存气体的脱附和活性基团氧化自反应气体的生成，且生成量与速率均大于原煤。

• 巷道转弯区域流场特征及局部通风阻力系数计算研究

  姜黎明, 刘彦青, 赵灿,

  为了得到准确的巷道转弯区域局部通风阻力系数计算公式，以山西王坡煤业有限公司南集中回风巷与上寺头回风巷转弯区域为研究对象，构建巷道转弯区域流场CFD计算模型，模拟分析了巷道转弯区域气压分布规律以及沿程局部阻力损失特征，通过对比现场实测结果、CFD模拟结果、经验公式计算结果，论证了CFD模拟方法能够准确计算巷道转弯区域局部通风阻力，采用CFD模拟与数值分析相结合的方法构建了以风量和转弯角度为自变量的巷道转弯区域局部阻力系数计算公式。研究表明：巷道转弯区域沿程通风阻力损失具有“前大波峰-后小波峰”双波峰型特征，采用CFD模拟与数值分析相结合的方法构建的巷道转弯区域局部阻力系数计算公式不仅能预测新掘转弯巷道的通风阻力，也能为矿井风网解算提供准确的风阻参数。

• 水浸长焰煤自燃预测预报指标气体试验研究

  朱建国, 戴广龙, 唐明云, 叶庆树, 李鹏,

  为解决补连塔矿22煤采空区长期浸水的遗煤自燃预测预报问题，针对含水煤样自燃预测预报研究较少的问题，通过对5种不同含水率的长焰煤进行程序升温试验研究，分析温度升高过程中的遗煤自热氧化气体产物及其浓度变化规律，对煤自燃预测预报指标气体进行优选。研究结果表明:浸水的遗煤低温氧化具有分阶段特性，在煤样浸水程度不同的复杂情况下，提出以φ（CO）/φ（CO2）、φ（O2）/Δ φ（CO2-CO）、φ(C2H4)/ φ(C2H6)以及C2H6、C2H4和C3H8作为煤自燃预测预报指标，并且当φ（CO）/φ（CO2）≤0.1或φ（O2）/Δ φ（CO2-CO）≥0.02时，则煤处于吸氧蓄热阶段（30～100 ℃），当0.8≤φ(C2H4)/ φ(C2H6)≤1.10时，则煤处于自热氧化阶段（100～140 ℃），当φ（CO）/φ（CO2）≥0.5或φ（O2）/Δφ（CO2-CO）≤0.005时，则煤处于加速氧化阶段（140～230 ℃）。研究结果对采空区遗煤的自燃防控具有一定的指导作用，结合现场实际情况，及时对参数指标进行修正，完善煤自燃预测预报指标，可有效预防煤自燃灾害事故的发生。

• 煤体结构对自燃倾向性影响研究

  王福生, 张志明, 武建国, 董宪伟, 孙超,

  为分析煤体结构对煤自燃倾向性的影响及各因素对自燃倾向性的“贡献程度”，选取5种不同变质程度的代表性煤样，分别运用程序升温-气相色谱联机装置进行氧化动力学试验测定煤的自燃倾向性综合判定指数；运用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪分别进行SEM试验、低温氮气吸附试验对煤的宏观结构进行检测；利用傅里叶红外光谱技术及OMNIC分峰软件进行煤的微观分子主要官能团分析；利用灰色关联分析方法找出各因素与自燃倾向性的关联程度并进行等级划分，并利用SPSS软件及多元统计学原理建立煤自燃倾向性多元回归分析模型并对模型进行检验、各系数分析及正态图分析。结果显示：随着变质程度的增加，主要官能团含量变化明显，大孔及裂隙减少，煤体结构变得紧致，分子稳定性加强，煤自燃倾向性减弱且微孔占比与煤自燃倾向性关联度最大。通过灰色关联分析及煤自燃倾向性的多元回归分析，建立了可靠的煤自燃倾向性的多元回归分析模型，找出了影响自燃倾向性的关键因素，揭示了自燃倾向性与煤部分试验数据的线性关系。

• 不同排布型式弧形抗滑桩露天边坡加固效果研究

  张云, 薛炳勇, 宋兴海, 陈行, 陈文宇,

  针对现有悬臂梁抗滑桩的劣势，以九寨沟某边坡工程为背景，利用有限元法，通过强度折减法来求得不同排布形式下边坡的稳定安全系数，从而研究弧形布置连系梁抗滑桩在不同构造形式下对边坡的加固效果。研究结果表明：弧形布置连系梁抗滑桩相比于直线型抗滑桩，能有效的阻止边坡出现较大的滑移，减小了塑性区的发展，且抗滑桩本身的位移变形也得到了有效的控制；弧形布置抗滑桩在空间上的分布较其他支挡结构能有效的减小边坡塑性区域和剪切应变增量的数值，能有效保护边坡的稳定；连系梁与抗滑桩顶部连接，能有效的加强抗滑桩之间的联系作用，提高结构整体的刚度，约束结构整体变形；增加弧形连系梁抗滑结构混凝土等级能有效加固边坡,但混凝土等级增加到一定程度时，对边坡的加固作用增加幅度减小；随着矢跨比的增加，边坡的安全系数逐渐增大，说明增大连系梁的矢跨比能有效限制边坡的滑移。对于不同抗滑桩长度而言，增加抗滑桩的长度在一定范围内能有效的限制边坡滑移，但随着长度的继续增大，这种限制效果逐渐减弱。

• 斜交断层影响下露天煤矿顺倾层状边坡稳定性研究

  王珍, 曹兰柱,

  断层对露天矿边坡滑移模式及稳定性的影响极为复杂，为矿山安全生产带来严重威胁；尤其在断层与顺倾弱层共同影响下，会发生滑坡事故。基于现阶段研究成果侧重于断层倾角、厚度、产状、断距等地质特征对边坡稳定性的影响，对于断层与顺倾弱层共同影响下边坡滑移模式及稳定性的研究相对较少。为探究断层形态对顺倾层状边坡滑移模式及稳定性的影响，以元宝山露天矿东帮边坡为工程背景，应用现场调研、理论分析、数值模拟等方法探明了该矿东帮边坡工程地质特征，建立了边坡三维地质模型，并通过改变断层倾角以及断层走向与边坡走向交角2种方式描述断层空间位置，同时基于数值模拟分析结果从边坡滑移模式的角度阐明断层影响下边坡稳定性变化规律。研究结果表明：当断层倾角介于50°～65°时，边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏，稳定系数随断层倾角增加逐步增大，当断层倾角大于65°时，边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏，稳定系数不再改变；当走向交角介于30°～70°时，边坡滑移模式为剪切圆弧—断层—弱层构成的组合破坏，稳定系数随走向交角增加而增大，当走向交角大于70°时，边坡滑移模式为剪切圆弧—弱层构成的组合破坏，稳定系数不再发生变化。

• 三轴加载煤样声波速度与孔隙率关系试验研究

  张凯, 李东会, 梁雁侠,

  煤的孔隙率是表征储层瓦斯富集程度的重要指标，对于评价矿区煤层气资源至关重要，为提高煤层气的开采和利用，且为更好地研究煤储层的孔隙率， 以焦作古汉山矿原煤作标准煤样，将煤样加工为平行于面割理、垂直于面割理和垂直于层理3个方向的煤样，采用自制的煤储层压裂模拟及物性特征试验装置系统，在常温条件下，对每组煤样同步进行超声波特征和应力-应变测试试验，将所测得的声波速度、孔隙率和轴压关系进行两两拟合，并对其结果进行了分析探论。研究结果表明：在保持围压不变的情况下，煤样的孔隙率随轴压的增大呈线性趋势减小，并且不同方向的孔隙率压力影响系数表现出明显的各向异性；煤样声波速度随轴压的增大呈线性趋势增大，且煤岩的超声波速具有明显的层理效应，较孔隙率而言，压力对声波速度的影响更显著；随着加载过程中轴压的增大，煤样的声波速度与孔隙率满足良好的线性关系，为利用声波波速预测煤层的孔隙率提供了理论依据。

• 动力扰动下巷道围岩变形影响因素敏感性分析

  孙艺丹, 杨逾, 孙博一, 李珉, 孙浩翔,

  基于高地应力状态下煤矿井下巷道在开采工程中由于覆岩层断裂、岩巷爆破掘进等动力扰动导致围岩更容易变形甚至失稳的情况，根据弹性理论和应力波理论，分析了扰动状态下巷道围岩失稳机理，采用FLAC3D软件建立了巷道围岩的理想弹塑性模型，在正交优化组合的基础上对动力扰动下影响巷道围岩变形的因素（应力峰值、频率、侧压力系数和扰动时间）进行敏感性分析。结果表明：不同影响因素对巷道顶板和帮部最大位移的敏感性有较大的差异性；分析16种参数值不同组合条件下的变形量，得出应力峰值20 MPa，频率1 Hz，侧压力系数1.4，扰动时间0.8 s时，顶板及两帮变形程度最大；应力峰值5 MPa，频率15 Hz，侧压力系数0.8，扰动时间0.2 s时，顶板及两帮变形程度最小；顶板和帮部位移影响因素的敏感性由大到小依次为：侧压力系数、扰动时间、应力峰值和频率。最后，利用多元线性回归分析法建立了多因素作用下顶板和帮部变形的数学公式，回归效果显著，为巷道的有效支护提供了工程参考。

• 中厚煤层留窄煤柱沿空掘巷支护技术研究

  王俊峰,

  为了减少综采工作面沿空掘巷煤柱的煤炭损失量并保证支护效果，以南梁煤矿3-1煤层30100工作面辅助运输巷为研究背景，采用理论分析、数值模拟及现场实测的综合研究方法，对南梁煤矿综采工作面煤柱的最小宽度及其支护方案进行了研究。研究表明：在巷道埋深为100 m、采高为2 m、窄煤柱采空区侧巷道煤帮的支护强度为0.25 MPa时，窄煤柱采空区侧基本顶断裂线位置深入煤壁2.53 m，这也是采空区影响窄煤柱稳定的塑性区宽度；在采空区影响窄煤柱的塑性区宽度为2.53 m、窄煤柱帮锚杆的有效长度为1.5 m、巷道埋深为100 m时，根据极限平衡理论确定出南梁煤矿3-1煤层30100工作面窄煤柱宽度为5 m；针对宽5 m的窄煤柱，确定巷道支护方案为窄煤柱侧锚杆支护、顶板锚杆与锚索联合支护、实体煤侧不支护的支护方案及其合理支护参数，窄煤柱侧的巷帮锚杆为16 mm×2 000 mm、间排距900 mm×1 000 mm、锚固长度600 mm，每排布置3根锚杆；巷道顶部采用20 mm×2 200 mm型左旋螺纹钢锚杆（间排距1 000 mm×900 mm，每排5根）与15.24 mm×6 000 mm型锚索（排距为2.0 m）联合支护。现场实测表明，该方案能够满足巷道掘进和工作面回采的安全要求，值得在条件类似的矿井中推广。

• 房柱式采空区对下分层复采矿压显现的影响规律研究

  刘成勇,

  为了掌握房柱式采空区内非规则煤柱对下分层复采矿压显现的影响规律，采用数值模拟方法对采空区内煤柱的完整度与矿压显现的关系进行研究，采用物理相似模拟的方法对比分析了煤柱在不同完整度条件下复采工作面上覆岩层的运移、破断规律，据此采用理论分析揭示了煤柱完整度和高低位砌体梁结构稳定性对复采矿压的影响机制，并通过现场观测进行了验证。结果表明:房柱式采空区内非规则煤柱对下分层复采矿压显现的影响因素主要有2个：①房柱式采空区内煤柱完整度，其完整度越高，复采时矿压显现越为强烈；②高、低位砌体梁结构的稳定性，当房柱式采空区内为完整煤柱时，在高、低位砌体梁结构的共同作用下，矿压显现极为强烈；但下分层复采过程中低位砌体梁结构容易受到采动影响导致结构滑落失稳，从而使矿压显现的强度大幅降低。现场矿压显现差异化明显，上覆煤柱完整时来压强度超过35 MPa，复采工作面大多可观测到完整顶板；顶板的完整性可作为矿压显现的前兆，一旦发现顶板完整区域，应及时对工作面支架补强并进行超前钻探，利用技术手段弱化完整煤柱，控制矿压显现的强度，防止出现矿井安全事故。研究成果可为类似条件下的矿压防治提供参考。

• 钻孔卸压防治冲击地压机理及影响因素分析

  马斌文, 邓志刚, 赵善坤, 李少刚,

  为了防止煤体冲击地压，基于冲击地压应力控制理论，研究了钻孔卸压防治煤体冲击地压机理，推导了钻孔卸压区的边界方程，分析了煤体性质、钻孔直径及应力环境对钻孔卸压区分布的影响。研究结果表明，钻孔形成的弱化带破坏了煤体承载结构，导致顶板岩层与煤体界面内摩擦角与黏聚力大幅降低，大幅降低了巷帮浅部煤体应力，破坏了其发生冲击地压的应力条件；随着煤体黏聚力及内摩擦角的减小、钻孔与工作面距离的减小，钻孔卸压区增大且边界形状由椭圆形变为“X”形；随着钻孔直径的增大，卸压区增大但其边界形状不变。采用该方法进行煤体冲击地压防治钻孔布置参数设计，钻孔卸压使煤柱浅部煤体应力大幅下降，且应力峰值区域向煤柱深部转移，破坏了煤体发生冲击地压的应力条件，从而防治煤体冲击地压的发生，取得了良好的卸压效果。

• 原生裂隙结构对煤岩物理力学特性影响分析

  莫云龙, 李宏艳, 孙中学, 李磊, 王健达,

  为量化分析煤岩原生裂隙结构对其物理力学特性的影响，以不同冲击倾向性矿井煤样为研究对象，采用工业CT扫描和三维重构技术，提出了以长度因子、宽度因子、面积因子、体积因子、倾角因子和分形因子来量化描述煤岩原生裂隙结构的三维特征，并且依据样本相关性分析原理和偏最小二乘回归分析原理，对原生裂隙结构几何特征与物理力学特性之间关联的进行了回归分析。研究发现：不同物理力学特性的煤岩介质，原生裂隙结构特征差异明显，发育程度与其冲击倾向性成反比；除泊松比，煤岩物理力学特性与原生裂隙结构特征的几何因子存在显著的相关性；不同的几何因子对物理力学特性的影响能力以及各个物理力学特性受几何因子的影响程度均不同。

• 限定顶板条件下矸石充填体横向推实特性试验研究

  李新旺, 赵新元, 程立朝, 秦义岭,

  基于相似模拟原理，自主设计了一套模拟试验台，通过对充填矸石散体横向推压，利用推压安息角和体积变化率这2个变形参数，分析研究了放料步距、横向推力、含水量和黄土掺量对充填矸石散体在限定顶板下推实特性的影响规律。试验结果表明，放料步距的增大不利于矸石散体推压后的固结成型；横向推力增大，有助于矸石散体的固结成型，横向推力1.25 kN是推压安息角增大和体积变化率曲线斜率变缓的拐点；含水量对矸石散体推实特性影响较为显著，在横向推力5.0 kN和7.5 kN条件下，当含水量达到3%，矸石散体开始固结成型。黄土掺量对矸石散体的推实特性影响最显著，黄土掺量超过4%后，对矸石散体推实特性影响相对减弱。

• 薄煤层智能开采技术研究现状与进展

  袁永, 屠世浩, 陈忠顺, 张村, 王沉, 王文苗,

  薄煤层占我国煤炭总储量的20%，受狭小采掘空间等特殊条件制约，薄煤层开采效益差、智能化水平低，产量仅占煤炭总产量的10%。　　基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求，将薄煤层开采的技术需求分为3类：薄煤层长壁智能化综采、薄煤层保护层智能化开采和薄煤层高采出率开采技术。　　系统分析了我国薄煤层矿井开采设计、长壁综采装备、智能化开采技术、半煤岩巷道掘进和极薄煤层开采技术等方面的研究现状，详细介绍了3类薄煤层开采技术的研究进展，具体包括：　　①在长壁综采工作面智能化方面，提出了放大采区(面)尺寸、降低采掘高度的立体化设计方法，开发了薄煤层开采方法、设备配套等辅助决策专家系统，研制了大功率、矮机身半煤岩快速掘进机及其支护机具和矮型化超长综采工作面成套装备，研发了“基于煤层条件精准探测预设割煤轨迹+三机协同控制+视频监控”的智能化开采技术;　　②在高瓦斯薄煤层保护层智能化开采方面，揭示了卸压开采的应力-损伤-渗流耦合作用机制，提出了长壁面极限卸压采厚与钻采面卸压增透合理参数确定方法，研发了基于瓦斯浓度调控的智能割煤技术;　　③在提高薄煤层采出率方面，研发极薄煤层的长壁综采自动化技术和五钻头自动换钻螺旋钻采煤机，开发了不同种类的薄煤层沿空留巷技术。　　提高薄煤层采掘装备的适应性和控制精度，构建智能开采与灾害防控一体化理论与技术将是薄煤层智能开采技术的研究方向。