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[硕士论文] 朱宁宁
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文对袁店二井煤矿83采区研究范围内松散含水层下开采的安全煤岩柱留设展开研究,系统收集整理了相关水文、地质生产资料,并结合补勘试验对含、隔水层的分布规律和物理力学、水理性质参数进行科学分析。通过对矿井资料整理分析发现:袁店二井煤矿83采区研究范围内松散层底部隔水层(三隔)厚度大、分布稳定,能够有效隔绝含水层间水力联系;底部含水层(四含)为弱富水性且渗透性差,参照《“三下”开采规范》为Ⅱ级采动等级;采区基岩与风化带隔水性良好,为中硬强度类型覆岩。本文通过收集大量矿井“两带”高度实测数据,建立BP神经网络数学模型和FLACD3D煤层开采计算模型,分别模拟研究了顶板破坏的“两带”特征。论文在按照《“三下”开采规范》与《煤矿防治水手册》等行业规范计算要求的基础上,结合“两带”高度的预计值与本矿井实测值综合考虑,得出袁店二井煤矿83采区研究范围内合理煤岩柱留设高度与开采上限标高,并通过顶板突水危险性评价对研究给定结果进行了综合安全性验证。研究结果确定了新的回采上限,对矿井的安全经济开采有指导意义,一定程度上节约了国家宝贵资源。
[硕士论文] 江涛
采矿工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,在煤炭开采过程中对于坚硬顶板的控制自始至终都是岩石力学、采矿行业备受关注的一个研究方向。由于此类顶板岩层较硬、整体性良好、抵抗外力破坏的极限强度大,且在煤层开采后容易在采空区形成大面积的悬顶,极易引发严重的顶板事故。从而使得在这种严峻的地质环境下进行煤柱留设就显得举步维艰。尽管涉及煤柱留设宽度的课题前人已做了很多研究,取得的科研成果也较为丰富,但是针对坚硬顶板对合理区段煤柱宽度的影响问题俨然已成为阻挡该领域专家学者前进的又一道关卡。
  本文立足于潘三矿17181(1)坚硬顶板工作面的实际情况,运用理论计算、数值模拟以及归纳分析现场观测数据等方法,针对坚硬顶板对合理区段煤柱宽度的影响展开较为深入的研究。文章首先把坚硬顶板垮落、合理煤柱宽度留设等相关理论与该矿的生产现状密切结合,从而在前人的基础上进一步探究在坚硬顶板条件下合理煤柱留设的理论宽度;其次,根据计算得出的理论值设计数值模型,分别模拟了5m、7m、11m等不同宽度的煤柱并进行效果分析;最后综合比较并择优选取煤柱宽度用于现场试验。通过设置若干个观测站对主要力学数据进行记录分析,以此来验证所设计煤柱留设宽度是否合理。从保障安全生产、减小不必要的资源浪费、切实保障围岩稳定性等多个角度出发,最终确定了该矿合理的煤柱宽度为7m。论文的研究思路和初步研究成果可为以后类似坚硬顶板条件下的煤柱合理留设课题提供较为科学的参考价值。
[硕士论文] 谢腾飞
采矿工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着开采深度的增加,巷道底鼓问题日趋凸显,解决深部高应力巷道底鼓难题是保证我国煤炭资源供应和生产安全的关键。本文根据谢一矿-960m水平顶板运输岩巷底鼓问题为背景,结合理论分析与计算、相似模拟试验、数值模拟等多种方法对深部高应力巷道底鼓机理及控制方法进行了细致地研究。建立了深部高应力巷道底鼓力学模型,经公式推导与理论分析得出影响底鼓的主要因素,并结合工程实际分析了所研究巷道的底鼓原因;通过深刻分析相似模拟试验现象,较为全面总结了底鼓过程中巷道围岩应力变化规律以及围岩变形位移规律;利用数值模拟软件对巷道进行计算分析,得到巷道围岩应力场与变形场,结果与相似模拟的现象相互印证;结合研究成果提出“底板—两帮—顶板”闭环关系,提出“三位一体耦合支护”的新的支护思路,并针对深部高应力巷道底鼓控制提出了主要措施与关键技术;从围岩变形监测结果来看,新支护手段对底鼓控制取得了较好的效果,维护了巷道的长期稳定,为今后类似深部高应力巷道底鼓问题的解决提供了参考。
[硕士论文] 杨建新
采矿工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:内蒙古鄂尔多斯市大型煤炭企业采用正规开采布局、高度机械化的生产方式,为了提高生产效率,确保相邻工作面彼此不受干扰,工作面采用跳采的方式,形成孤岛工作面与边角残余煤体。由于采取跳采方式,孤岛工作面两侧工作面均已先后被采空,因此其在正常回采中工作面应力集中系数大,围岩因剪切、拉伸等造成的破坏程度较剧烈,对工作面安全、高效开采造成较大影响。本文以唐家会矿61102综放孤岛工作面为研究对象,通过建立力学模型分析、FLAC数值模拟、现场实测等方式,对孤岛工作面的围岩结构特征、应力变化及上覆煤岩体运动规律、合理煤柱的留设和巷道变形规律进行分析,得出以下结论:
  (1)61102孤岛工作面上覆岩层具有非对称中长臂“T”型结构,与正常工作面相比,在端头处无支承面,在开采过程中,超前支承范围较广,支承压力也较高。
  (2)对初采30m和正常回采过程中,61102孤岛工作面的应力分布规律进行了数值模拟。结果表明初采和回采时,老顶在两端头处先发生剪切破坏,随后向工作面中部及深部煤岩体方向扩散,最终形成“O-X”型破断。随着回采的不断推进,超前支承压力急速增大,然后逐渐减小,最后趋于稳定。
  (3)当煤柱宽度分别为5m、7m、9m、14m、19m、24m时,当工作面推进距离相同,巷道最大位移值随煤柱宽度的增大而逐渐减小;巷道应力值呈先增大后减小的趋势,当留设宽度为14m时,巷道应力值达到峰值。巷道塑性区的分布,逐渐从工作面端头处转移至煤柱内。留设的合理煤柱宽度为19m。
  (4)在总结现场数据基础上,得出:61102孤岛工作面的周期来压步距为10.1m,端头较中部位置来压强烈;顺槽顶底板累计移近量和移近速度都大于两帮,采动影响范围为45m左右。与数值模拟结果基本相符。
[硕士论文] 薛康生
矿业工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:张集矿A组煤工作面具有煤层厚、煤体硬度低、砂岩直覆、瓦斯大等特点,为实现矿井高产高效,首采面14131采用大采高一次全厚开采。本文运用理论分析、数值模拟以及现场实测的方法对张集矿大采高综采采场覆岩破坏规律、支架工作阻力以及矿压显现特征进行了研究。
  研究发现工作面长的增加,导致顶板覆岩采动影响范围增大,岩层移动、破坏更加充分,使工作面支护设备承受荷载增大,结合顶板覆岩结构与支架受力分析,确定工作面面长不超过200m。随着采高的增加,顶板位移、垂直应力也随之增大,煤壁稳定性降低,采用一次性采全高进行开采时对支架整体性能要求更高。按特定地质条件,对工作面支架进行理论及数值模拟分析得出,14131工作面选用ZZ18000/30/65D液压支架控制采场顶板。现场实测表明,工业性试验面14131的初次来压步距为30m~35m,平均为31m;周期来压步距为11m~19m,平均为13.3m;整个工作面来压不同步,来压顺序是中部—下部—上部,由中部向两端发展。
  对于所选支架,其工作阻力、末阻力频率分布图处于正态分布。支架的平均阻力为17.2MPa,为额定值40.4MPa的42%;支架末阻力小于35MPa占比例大约为90%,支架的平均末阻力为23.1MPa,为额定值的57%。在整个之间工作期间,支架运行状态稳下,满足支护要求。
[硕士论文] 苏航
矿业工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:矸石充填开采是一种具有安全性好、采出率高、对环境友好等特点的煤矿绿色开采技术,可以有效解决“三下”(建筑物下、铁路下和水体下)压煤和堆积矸石占地等传统煤炭开采技术存在的一系列问题,而矸石充填开采条件下覆岩变形及矿压显现规律研究对充填开采技术的推广应用至关重要。因此,本论文针对唐山矿5煤F5001工作面充填开采的工程条件,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场监测相结合的方法,研究了矸石充填开采覆岩变形及矿压显现规律。论文主要结论如下:
  (1)根据矸石充填工作面顶板钻孔窥视结果,将顶板破断划分为三种结构,建立了顶板弹性薄板力学模型,可为矸石充填采煤顶板破断判别提供理论依据。F5001工作面顶板为分层结构,直接顶厚度为3.195m,受到的最大拉应力为11.87MPa;基本顶厚度为7.578m,受到的最大拉应力为9.61MPa。
  (2)基于F5001工作面的工程地质条件,采用FLAC3D数值模拟软件对矸石充填和垮落工作面覆岩的应力场、变形场和塑性区范围进行了对比分析。结果表明,矸石充填开采条件下,覆岩破坏高度降低了71.7%,塑性区扩展速率减缓;顶板最大下沉量减小了35.7%;顶板应力值及超前影响范围均减小。
  (3)现场矿压监测结果表明,与垮落工作面相比,矸石充填有效减小了工作面来压频率及强度和超前支承压力超前影响范围。充填开采条件下,工作面来压步距增大了74%、来压强度减小了9.2%、超前支承压力影响范围减小了44%;顶板及巷帮离层量减小了28.6%、42.9%。
[硕士论文] 陈禺树
环境地质学 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:重钢西昌太和铁矿地处康藏高原东南缘,属横断山脉南段,安宁河右岸。工程区所处的安宁河右岸是一个地震设防8级、区域地质构造复杂地区。已有勘探表明:太和铁矿边坡是一个上覆100多冰碛物覆盖层,下伏基岩为较为破碎的华力西期辉长岩的岩土体边坡。根据设计工程区域最终将形成一个开挖高度达600多米的超高边坡。2014年雨季至今已经观测到发育拉裂缝78条,且后缘及东侧已贯通,边坡存在(潜在)变形破坏危险。边坡一旦失稳,将威胁南帮采场内车辆设备及工作人员安全,并影响采矿作业。为防止采场南帮变形边坡的失稳造成生命财产损失,影响其他相关行业以及阻碍地区经济发展,矿区采场边坡稳定性评价研究已经迫在眉睫。
  本论文以太和铁矿矿山边坡为研究对象,通过资料收集、现场实地调查、工程地质测绘、收集钻孔与工程物探资料、现场试验、室内试验、极限平衡计算、数值模拟,对边坡的自然及地质背景、边坡物质组成及结构特征、边坡已有变形、边坡变形破坏机制以及边坡稳定性进行研究,为太和铁矿边坡采场安全运营提供地质依据。具体研究内容和成果如下:
  (1)研究区自然及地质条件研究:研究区所处区域属河谷型热带季风气候,破石头沟是矿区范围内主要水系,为安宁河支流。研究区位于扬子准地台西缘,“康滇地轴”中段,区域地层除缺失奥陶系一石炭系地层外,从中元古界前震旦系会理群到新生界第四系都有出露。研究区地质构造复杂,大地构造单元上研究区地处扬子准地台西缘(Ⅰ级)之康滇地轴北段(Ⅱ级),隶属于泸定-米易台拱(Ⅲ级)之冕宁台穹(Ⅳ),该区域自古生代以来长期隆起,构成康滇地轴核部,安宁河断裂、仰天窝断裂等多条断裂呈近SN向展布,自晋宁期以来长期活动,采场边坡稳定性评价取抗震设防烈度为8度,地震加速度为0.30g,特征周期值为0.35s。
  (2)边坡物质组成结构特征研究:南帮边坡位于重钢西昌矿业采矿场南部斜坡中下部位,整体坡向约350°,地势南西高北东低。边坡物质组成的主要物质为填土层、第四系全系统坡积及冲积等松散堆积层、第四系上-中更新统冰水堆积层、第四系下更新统冰水沉积堆积层、昔格达组及辉长岩,其中第四系上-中更新统冰水堆积层为南边边坡变形控制层。矿区含水层主要为松散堆积物孔隙含水层、基岩裂隙含水层。其中冰碛土层地下水位埋深1.8-49m,水位埋深平均12m。基岩内地下水位埋深0.3-14.8m,平均4m。
  (3)边坡已有变形破坏研究:变形边坡位于采矿区南帮东部,变形区平面形态整体呈不规则“舌”型,分布于1626m-1738m高程,后缘为双圆弧形,前缘呈阶梯状由西向北东延伸。变形体横向长约250m,纵向长近300m,最大厚度近40m,平均厚度约19.7m,总体积约98.1×104m3。根据地形地貌、变形控制面、变形强度及变形特征将变形体为Ⅰ区和Ⅱ区,其中Ⅰ区又分为Ⅰ1区强变形区和Ⅰ2区变形调整区两部分。
  (4)边坡稳定性分析研究:通过极限平衡计算以及Geo-slope对最终开挖边坡潜在滑移面进行搜索和稳定性计算对现状边坡稳定性、边坡一期开挖稳定性以及最终开挖边坡稳定性进行评价,建议结合后期边坡开采设计,对变形坡体进行中后部削坡防治措施,以提高边坡整体及局部稳定性。
[硕士论文] 郑明强
岩土工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着人类对矿产资源的不断开采,浅部资源所剩无几,人类逐渐从浅部开采走向深部开采。充填采矿法在深部矿体回采和环境保护方面有着巨大优势,然而,随着开采深度加深,在高地应力和大规模充填条件下,怎样提高充填质量,降低充填成本,如何保证胶结充填体强度,使充填体强度与深部围岩相匹配,进而维持充填采场稳定性,仍然需要进行不断探索和研究。本文根据现有充填系统和充填材料条件下,以降低充填成本,保证充填体质量为目的,对某金矿充填材料进行配比优化设计以及采场稳定性研究。
  (1)对金矿所用尾砂进行物理力学参数测定,得到了所用尾砂的密度和级配范围,对不同配比充填体进行力学试验,通过极差分析和多元线性回归分析,确定影响充填体强度的重要性程度,建立充填体强度与灰砂比、料浆浓度和养护龄期之间的回归方程,从而对金矿生产过程进行指导和应用。
  (2)基于强度计算模型计算出不同灰砂比充填体在采场中的自立强度范围,并与试验得出的充填体强度相比较,得出满足采场中充填体自立条件的充填配比方案。利用ABAQUS软件构建二步采场矿体-充填体组合模型,通过对组合结构稳定性分析,得出采场充填配比最优方案为料浆浓度75%,养护龄期28天,灰砂比为1∶12。用最优方案充填采场,采场处于稳定状态,从而验证了最优方案的可靠性。
  (3)采用FLAC3D模拟软件对金矿一步采场第一个回采单元回采充填过程进行模拟分析,通过对应力、位移变化情况进行分析得出充填体具有一定的应力吸收能力,充填体会使二步采场矿体的受力状态得到改善,从双向受力恢复为三向受力状体。但同时由于充填体的固结沉降也会对二步采场矿体产生向下的摩擦力,通过对传递函数法的推导,得出了金矿二步矿体受到的负摩阻力与充填高度的关系式,适当提高充填料浆的浓度能够降低其影响。
[博士论文] 亓轶
土木工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:针对神华新街台格庙矿区采用盾构工法建设煤矿长距离斜井(以下简称为盾构斜井),为研究盾构斜井投入使用后深部煤层采动对斜井稳定性的影响以及确定盾构斜井保护煤柱的合理宽度,本文采用室内物理模型试验和有限元数值模拟的方法分析了深部条件下,煤层开采对盾构斜井的力学作用、采空区上覆岩体的坍塌规律、沿斜井走向的保护煤柱宽度变化趋势;根据突变理论建立了盾构斜井保护煤柱的尖点突变模型,分析得到了煤柱突变破坏的必要条件,并依据煤岩的流变特性,分析了煤柱稳定的时效特性。本文完成的工作主要有:
  1.采用平面物理模型试验的方法,对煤层开采全过程进行了相似模拟。分析了开采工作面距盾构斜井不同位置的斜井管片内力、位移的变化情况,并采用安全系数的方法对斜井的结构安全性进行了评价,最终确定了在深部高地应力条件下保证斜井安全稳定的最适煤柱宽度。同时,试验记录了煤层开采过程中上覆岩体坍塌对管片结构造成的动力作用,分析了深部采动作用对斜井管片结构稳定性的影响规律。
  2.采用RS2有限元数值模拟的方法,研究了盾构斜井保护煤柱宽度的变化趋势。根据模拟过程中管片出现的不同失稳方式,提出了采用斜井管片受力状态、盾构斜井围岩稳定性、地层移动角影响范围三种评价标准,对不同位置的保护煤柱的宽度进行确定。模拟结果显示,随着煤层与管片距离的增加,保护煤柱的宽度首先按照对数函数形式增加然后保持不变。
  3.提出了适用于工程背景下的深部开采条件下的移动角的确定方法。深部开采时,根据规范移动角方法计算得到的保护煤柱宽度过大,在本次试验中通过对数值模拟结果的分析,提出了适用于深部高地应力条件下的煤层开采移动角的确定方法。规定两斜井中心连线的垂直平分线上特定点,到斜井边缘的切线与水平线所成夹角为适用于工程背景条件下的特定移动角。
  4.根据突变理论研究了深部煤柱的稳定性规律。煤柱的突变失稳过程是一个非线性过程,具体表现为从煤柱边缘向内部的渐进式破坏。根据分析将煤柱分为弹性核区和边缘塑性区,从能量平衡的角度,建立了盾构斜井保护煤柱的尖点突变模型,得到了煤柱失稳的必要条件。结合实际工程背景,利用离散元软件UDEC建模对煤柱的稳定性做出了分析和评价。
  5.研究了深部开采煤柱系统稳定性的时效性规律。通过分析煤岩的蠕变机理,认为加速蠕变阶段是一种突变现象。并使用含有分数阶微积分的软体元件和引入损伤变量的损伤元件对西原模型中的元件进行替代,建立了分数阶损伤西原模型,并推导了新建模型的流变本构方程和蠕变方程,通过室内煤岩蠕变试验得到了模型参数,在此基础上建立了煤岩蠕变柔量的突变方程,对煤柱的长期稳定做出了预测。
[硕士论文] 王凯
采矿工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文以太平煤矿六采区复采为背景,运用理论分析、数值模拟、现场应用等方法,对复采区覆岩结构特征及其运动规律、巷道掘进与支护等进行研究。根据首采工作面的实际开采条件,研究了巷道掘进施工方法、工作面降尘技术以及防灭火安全措施,并对复采工作面进行了矿压观测,得到以下成果。
  根据复采工作面布置的位置,分别研究了原生覆岩结构和再生覆岩结构,并建立力学模型,得出开采过程中中部煤柱支撑的顶板所受应力最大,且出现应力集中。工作面中部压力主要来自煤柱上方顶板的沉降。工作面两侧的压力主要来自两方面,一是煤柱上方顶板岩体向两侧的移动;另一方面是工作面两侧的顶板受采动再次下沉。
  通过数值模拟的方法对巷道支护方式进行了研究,确定的支护方案为:在巷道围岩较完整的地方选取钢架棚支护;在巷道围岩破碎的地方选取喷浆+钢架棚支护。
  复采巷道掘进过程中,发明了一种采空区内煤层巷道掘进施工方法,加强了爆破时对顶板的超前支护,很好地保护了顶板完整性。
  复采工作面降尘方面,设计了一种水幕降尘装置,吸附进入回风巷道内污风中的粉尘,极大地提高了矿井内的空气质量。
[硕士论文] 徐旖旎
系统理论 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:顶煤可放性预测是放顶煤开采合理应用的关键技术,本文针对顶煤可放性类别原始数据资料不丰富的特点,及目前国内外对顶煤可放性预测的研究现状,运用了贝叶斯分类器等相关理论,基于贝叶斯分类器方法构建了顶煤可放性类别预测模型,完成了在小样本条件下对顶煤可放性类别的预测。利用PFC2D建立准东煤田大井矿区二号井B1煤层顶煤可放性的二维颗粒流数值模型,模拟分析B1煤层顶煤可放性。
  主要研究内容及结论如下:
  (1)对29个复杂的放顶煤工作面实例数据进行了数据预处理,通过数据归一化、离散化和属性约简后,得到了建模及仿真所需要的新的离散值;
  (2)确定了顶煤可放性的影响因素,利用样本数据属性约简等数据预处理后的结果,得到了所选属性集的核,即{开采深度、煤层强度、煤体裂隙分布、夹矸和煤层厚度},验证了这5个顶煤可放性影响因素的必要性;
  (3)建立了基于贝叶斯分类器的顶煤可放程度预测模型,对顶煤可放性的5个影响因素进行了训练,模型训练结果的准确率达到94.44%;通过混淆矩阵、详细精度和节点错误率,对样本数据进行了进一步处理,对其中7组待测实例样本进行了基于模型的预测,分析了该模型对顶煤可放性分类的适用性较好。
  (4)利用贝叶斯公式法实现了对顶煤可放性类别的预测,检验了预测模型的准确性较好。
  (5)根据建立的贝叶斯模型预测准东煤田大井矿区二号井B1煤层的顶煤可放程度,利用PFC2D建立顶煤可放性数值模型,模拟分析B1煤层的顶煤可放性。通过与实际结果对比,证明该模型预测准确。
  (6)设计开发了顶煤可放性分类的预测软件。
[硕士论文] 朱合轩
岩土工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:三山岛金矿是目前世界上唯一在采的大型海下黄金矿山,矿山冠柱能隔绝海水,消除水害的威胁,挤身于上下盘围岩限制着水平位移,对矿山开采的稳定性有重要作用,冠柱的高度则成了矿山开采方案中重要的参数,设置的过高浪费资源,设置过低易造成矿山安全隐患。本文以三山岛金矿新立矿区为工程背景,运用理论计算和数值模拟对矿山开采上限的确定及点柱截面尺寸的优化进行了研究,主要研究内容及其结论为:
  (1)基于矿山工程地质、深部地应力、矿山采矿工艺及两种顶板的典型模型,建立了冠柱(顶板)—点柱体系的力学模型,利用能量法推导出不同截尺寸点柱支撑下的冠柱开采上限的计算公式,计算出点柱截面尺寸分别为2m×2m、4m×4m、6m×6m的冠柱开采上限,再通过比较以上三种开采方案的开采量,优选出最佳的开采方案,即点柱截面为4m×4m,冠柱预留高度为40.66m。
  (2)采用外接三维地质软件Gocad建立高仿真模型,导入到Flac3d中进行数值计算,通过对模拟结果的位移、应力及塑性区几个方面进行稳定性分析,分别得出冠柱在三种点柱截面尺寸支撑下的预留高度;利用Flac3d读取开采单元数的方法来比较这三个方案的开采量的大小,优选出最佳的开采方案,即点柱截面尺寸4m×4m,冠柱预留高度为40.66m;并将数值模拟计算结果与理论计算结果相互验证。
  (3)通过对新立矿区全局进行数值模拟计算,分析出安全系数较低的区域,根据优选的开采方案及全局数值模拟分析结果,制定了矿山开采安全监测及预警方案,重点对稳定性较低及关系矿山安全重要区域进行监测,为矿山设计监测及预警方案做参考。
[硕士论文] 李鹏飞
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:对于煤矿开采而言,矿井突水是其主要制约因素之一,其中又以断层突水为主要的水害形式。断层的存在破坏了隔水岩层的完整性,减小了煤层与含水层的距离,极大增加了矿井突水的可能性。同时,采动条件下的断层活化现象使得断层带本身成为突水通道的可能性大大增加,断层活化后的突水严重威胁着煤炭资源的安全开采。F6-6断层是孔庄矿的大型正断层,由于其落差大、延展距离长且含、导水性不清,如果在开采过程中产生活化,将制约矿井的安全开采。因此,针对孔庄矿F6-6断层采动条件下的活化机理与防水煤柱留设研究,对于保障孔庄矿后续的安全开采,意义重大。论文在收集孔庄矿勘探阶段和生产阶段资料的基础上,采用理论分析、数值模拟、试验研究、数据分析相结合的综合方法对断层采动活化机理及防水煤柱留设进行研究,取得了如下的研究成果。
  (1)根据断层要素分析与煤层开采工程地质条件分析结果,结合瞬变电磁探测与现场实际揭露情况,认为F6-6断层的含、导水性较差;
  (2)以矿山压力与岩层控制理论为指导,总结煤层底板采动支撑应力分布规律,并以此建立断层采动活化力学模型,同时对断层活化的必要条件进行分析,认为采动条件下,断层出现活化的必要条件是断层带内岩石之间的粘结系数小于等于粘结系数临界值Cmax;
  (3)利用FLAC3D软件对断层活化的影响因素进行分析,研究显示F6-6断层的断煤交线以浅区域活化可能性大于以深区域,利用方差分析与灰色关联度分析方法,证明工作面推进的距离是断层活化的主要影响因素;
  (4)在对断层防水煤柱理论留设公式探讨的基础上,结合孔庄矿煤层开采实际情况,选取断层型底板突水公式结合导水裂缝带宽度的计算方法,最终确定F6-6断层7煤最佳防水煤柱宽度在19、20、21、22勘探线上分别为64.82m、67.33m、58.69m、61.42m;8煤最佳防水煤柱宽度分别为68.42m、73.13m、65.67m、70.46m。
[硕士论文] 马超
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:目前,随着我国去产能以及新旧动能转换方略的实施,煤炭行业正在由追求速度、效益、高产能向追求质量、绿色、集约型发展方式过度。煤炭开采效率及质量的改善关乎煤炭行业能否顺利转型,而作为成套综采机械组成的核心设备—滚筒采煤机,其开采过程直接影响采煤效率。因此,近年来,采煤机所广泛采用的截割刀具—镐型截齿的煤岩截割机理成为行业所关注的热点之一。本文针对镐型截齿在采煤机牵引速度与滚筒旋转角速度带动下的煤岩旋转截割过程展开研究,主要完成以下方面的内容:
  (1)分析镐型截齿旋转截割过程,根据截割轨迹方程,推导出截割厚度与截割角在截割过程中的变化公式,并在经验截割参数范围内,计算出镐型截齿截割厚度与截割角在截割过程中随截割半径、旋转角速度、牵引速度的变化关系,其中,截割厚度受牵引速度的影响最大,截割角受截割半径的影响最大,且当镐型截齿截割至最大截割厚度位置时,截割角存在瞬时的突变现象。
  (2)在Evans镐型截齿直线截割煤岩模型的基础上,基于截割过程提出一种旋转截割力学模型,得出镐型截齿截割力在截割过程中随牵引速度、旋转角速度及截割角的变化趋势,其中截割力在截割角46-47°时相对最小。
  (3)在对煤岩试样进行三轴压缩试验得出煤岩应力-应变曲线的基础上,通过离散元软件PFC2D模拟三轴压缩实验,并进行参数标定,得出煤岩离散元建模所需要的微观力学参数。
  (4)采用PFC2D建立不同截割参数的镐型截齿旋转截割煤岩的离散元模型进行模拟实验,得出截齿截割力以及煤岩裂纹数量在截割过程中随不同旋转角速度、牵引速度以及安装角的变化趋势,以及不同截割参数下,镐型截齿旋转截割过程中煤岩裂纹扩展状态。
  (5)针对煤岩节理、层理等结构面的分布情况,建立含不同节理层理的煤岩离散元模型并进行模拟实验,得出不同节理倾角、节理间距以及节理强度条件下,镐型截齿截割力以及煤岩裂纹数量的变化关系,以及镐型截齿旋转截割含层理节理煤岩的裂纹扩展过程。
[硕士论文] 马国喜
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:由于我国经济进入高速发展阶段,伴随着的是基础工程建设项目数量的剧增。爆破技术因其简便,快捷,成本低等特点而被广泛应用于基础工程建设当中。我国是一个多山地的国家,存在着大量的天然高陡边坡,在矿山开采,隧道开挖过程中也会形成一定量的高陡边坡。随着爆破技术在工程中的应用,爆破产生的此生灾害也越来越严重。边坡的稳定性和人民的生命财产安全相关息息相关。研究爆破振动波的特性、衰减规律,探讨爆破振动对边坡稳定性的作用效应,控制爆破振动强度,减小爆破振动造成的次生灾害具有较强的社会和经济效益。
  爆破振动波具有复杂性、随机性、衰减快,振动频率范围广,振动持续时间短等特点。边坡动力破坏的类型集中体现为崩落、倾覆坍塌、滑坡与座落等形式,爆破地震波的特性较多,每种参量造成的失稳机理也不相同。本文着眼与爆破振动对边坡的稳定性影响,通过对爆破施工现场爆破地震波的现场监测,对监测数据进行处理,作出爆破振速随时间变化的曲线,结合《爆破振动安全规程》判断边坡的稳定性。同时选取矿山村边坡的最危险10-10'剖面运用slide软件进行静力和动力分析。在计算过程中分别模拟自然工况,降雨工况、地震工况和各种工况的随机组合,对坡体滑面和深部的最小稳定系数进行分析,各种工况的计算结果均能满足工程稳定性要求,结合监测数据综合分析评定边坡的稳定性,为同类型的边坡施工提供参考依据。
[博士论文] 林曦
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在我国“富煤贫油少气”的能源格局下,煤气化是大部分煤清洁高效利用技术的关键环节,也是满足日益增长的能源及化工产品需求的重要途径。不同于传统煤气化,煤地下气化是一种将气化剂通入地下与煤层就地反应并产出合成气,残余的灰留在地下的工艺,目前尚未大规模工业化运行。一百余年来许多国家开展了煤地下气化场地试验,研究方向主要集中在操作调控上,未能从复杂多变的地下生产条件中抽提出机理性的规律。出于强化过程扩大生产规模的需要,研究者们建立了多种模型展开模拟研究,以期认识地下的“黑箱”过程,但在模型的有效性和参数的准确性方面尚存诸多问题。
  传统煤气化工艺已认识到数毫米的灰层对气体传质和反应有不可忽视的影响,因此需引入主动排灰的设备和措施来保证反应器内气化强度。煤地下气化工艺无法进行排灰,因此连续生产过程中气化反应表面绝大部分时间覆盖着灰层,其影响不应被忽略。多孔介质领域的已有研究表明,气体在多孔介质(对地下气化过程而言即为灰层)中的扩散与在气流主体中的扩散行为显著不同,会对传质和产物分布造成影响;此外,在高温的灰层中,产物合成气还可能发生燃烧反应,它同样会对传质和产物分布造成影响。但纵观当前对煤地下气化的模型与模拟研究,由于缺乏对气体在灰层中扩散和反应行为的基础研究和数据,鲜见对灰层影响气体传质和反应的量化讨论。
  有鉴于此,本论文以管式炉和热天平中煤焦的气化反应和CFD模拟为主要手段,辅以气固两相的表征分析与理论推导,展开对煤地下气化灰层中气体传质和反应行为的基础研究,量化灰层的影响。完成的主要工作如下:
  (1)以灰层及内部的气体为对象进行CFD模拟,证明只要气化剂中存在O2,灰层中普遍存在合成气燃烧的现象,该现象导致灰层中出现高于反应温度的局部高温区域;气化剂中的CO2和H2O含量增加,会使局部高温区域位置向灰层的外表面移动。
  (2)精确设计了煤焦的一维单向气化实验,以O2为气化剂,分析了一系列灰层的微观形貌和无机物组成,发现灰熔点为1733K的鲁仙煤灰在反应温度1573K下发生了熔融,证明灰层中发生了CO燃烧,其放热导致了局部热区;灰层中合成气的燃烧也改变了反应分布及产物的选择性,灰层对O2的阻碍以及CO的燃烧使得炭壁面主要发生C与CO2的吸热反应,CO在最终产物中的占比随着灰层增厚而下降。
  (3)将煤地下气化反应中气体(气化剂和产物气)在通道中的外扩散、在灰层中的内扩散以及在煤焦表面的反应三个过程解耦,建立了O2与CO2两种气体在灰层中有效扩散系数的计算方法,认识了灰层中孔隙随反应过程增大进而导致气体有效扩散系数随之增加的规律;认识了灰层中合成气燃烧变相强化O2传质的现象,发现本文条件下O2的有效扩散系数显著高于CO2的有效扩散系数。
  (4)在不考虑灰层熔融并忽略外扩散阻力的情况下,通过孔隙分析建立了使用灰层厚度与温度估算气体有效扩散系数的简便方法,可以为模拟研究提供传质参数的基础数据,内扩散阻力在总阻力中占比越高、估算越准确。在本文的实验条件下,灰层厚度超过3mm时,对于O2内扩散阻力占比高于65%,对于CO2内扩散阻力占比高于85%。通过分析系统阻力构成及影响因素,发现于煤地下气化场景中很容易进入内扩散阻力控制范围,使用该估算方法的精度能够满足后续计算要求。
  (5)建立了渗滤通道局部模型,进行了煤地下气化的CFD模拟,描述了灰层影响下的气体传质与反应分布,判断了不同有效扩散系数的设置对模拟结果的影响,量化了灰层厚度及气化剂流动速率对气体传质与反应分布的影响。
[硕士论文] 陈亚峰
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:矿山排土场的安全稳定一直是关乎到企业“安全生产”的一个重要课题。相较与其他行业,对于矿山排土场的监测以及预警研究仍然处于起步阶段,但是频繁出现的排土场滑坡、塌方、泥石流等灾害带来的人员财产损失和恶劣社会影响不断地给企业敲响警钟。
  随着以物联网为基础的监测技术的发展,矿山排土场的多指标可视化实时监测系统已经在我国一些较为先进的矿山企业开展。然而这种基于“实时监测-反馈”的报警机制并不能够满足企业防患于未然的要求。因此,在实时监测系统的基础之上实现矿山排土场安全状况短时预测报警机制对进一步提升企业在处理灾害事故的主动性,减少甚至杜绝人员伤亡和财产损失有十分重要的研究价值。
  本文针对矿山排土场的安全预警现状展开研究,在排土场监测实时数据的基础之上分析并建立了以排土场地表位移矢量为主,其他监测指标为辅的支持向量回归机预测模型。与此同时,为了进一步提升预测效率满足企业实际需求,在模型的基础上通过引入混沌闪烁因子ξ的概念泛化了萤火虫算法在复杂的多极值非线性支持向量机模型中进行参数寻优的能力,并且结合经典函数测试集和具体的排土场实测数据集进行了收敛性能分析。同时,针对长时间段内矿山排土场监测数据激增,支持向量回归机处理效率低下,不能满足实时预测需求的情况,提出了一种基于特征样本缩减和不敏感损失函数模糊自整定的在线学习方法,有效地解决了大规模数据集的快速模型训练和准确预测问题。本文的最后,尝试使用分布式策略来解决支持向量回归机底层的并行交叉训练问题,构建了基于Hadoop分布式集群的批量数据集分布式离线模型训练方法,为实时预测提供了更为有效的底层解决方案。
[硕士论文] 张永威
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:露天矿山采场边坡稳定性状态与矿山的安全生产和经济效益有着密切关系。着眼于经济利益,矿山希望开挖的倾角尽量陡,这样,随着深度的不断加深,就出现了很多陡倾露天矿的高边坡。如果缺失稳定性监测,稳定分析及有效维护管理,陡倾露天边坡的失稳风险将大幅度提升。一旦导致滑坡、崩塌等事故时,对矿山造成的将不仅仅是严重的经济损失,更为严重的是会给矿山工作人员的安全造成致命的威胁;因此,陡倾露天矿高边坡的稳定性评价是矿山安全生产最为关键的一个环节。
  本文从边坡稳定性研究理论的工程应用出发,基于山西省浑源县恒酉矿业有限公司花岗岩矿露天开采西边坡工程地质特点,采用现场地质调查以及钻孔取样等手段查明其工程地质条件。通过室内试验和类比法得出岩体以及结构面的物理力学参数,运用极限平衡分析边坡现状以及最终开挖时正常以及爆破情况下的稳定性。运用有限差法模拟开挖过程,分析边坡稳定性,并识别出可能发生破坏的区域,提出处治建议。本文研究内容主要由五个方面:
  (1)通过人员现场实地地调和钻探对西边坡的地层岩性和水文地质条件进行查明。同时,利用声波探测法测量岩体的波速,得到岩体的完整性系数;数字式全景钻孔摄像对钻孔进行孔内摄像,查明岩体中结构面发育特征。
  (2)在对声波监测数据,钻孔摄像内容进行室内分析和总结,找出边坡的地质条件、岩体节理裂隙、构造行迹、主要岩层结构面和断裂破碎带等。
  (3)通过岩块物理性质试验(包括密度、重度、含水率和吸水性等)、岩块力学性质试验(劈裂试验、单轴抗压、三轴抗压和结构面抗剪等),获得了岩块的物理力学性能指标。参考岩块的物理力学参数值,运用岩体基本质量指标BQ值的计算、Hoek-Brown经验方程估算和折减系数法等三种方法,综合确定矿边坡岩体的力学参数,为该岩质边坡的数值模拟计算和工程优化设计提供依据。
  (4)建立圆弧滑动破坏,剪切破坏,溃屈破坏等三种破坏模式的数值模型,采用简化Bishop法和Janbu法计算边坡开挖现状以及最终开挖时在正常情况下和爆破情况下的安全系数。采用极限平衡法计算结构面与结构面组合,结构面与破碎带组合情况下的块体稳定性。
  (5)针对比较典型的三个剖面,运用数值模拟方法模拟开挖,分析了塑性图,最大小主应力图,位移云图,位移矢量图,并应用强度折减法分别计算现状工况以及最终开挖工况的安全系数,确定其潜在破坏模式,评价是否符合边坡稳定性开采的要求。
  (6)以山西恒酉花岗岩矿露天开采场为例,采用极限平衡和数值模拟分析边坡在正常以及爆破情况下边坡的稳定性。识别出花岗岩露天采场的一种破坏模式,为华北地区其他花岗岩矿陡倾高边坡稳定性提供参考依据。
[硕士论文] 王明森
矿业工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:孤岛煤柱工作面经济煤量回收综采技术的发展提高了孤岛煤柱工作面经济煤量的回收和矿井回采率,延长矿井的服务年限。
  本文以协庄煤矿3216煤柱工作面为研究对象,首先通过查阅相关资料研究了孤岛工作面回采技术并确定研究方法和技术路线。然后分析了3216孤岛工作面的工作面概况、巷道布置情况及水文地质情况,并计算出该孤岛工作面的煤炭储量,对该工作面的回采工作进行设计。针对该孤岛煤柱工作面的实际情况对“孤岛煤柱工作面跨极近距离下山无加固安全回采技术”进行了研究,分析了孤岛工作面与上下山的位置关系确定跨采方案并通过运用FLAC3D模拟软件模拟分析了回采对下山的影响,同时计算确定工作面支架的合理初撑力为工作面安全过下山提供技术支持,最大限度的减小工作面回采的过程中对下山的影响,提出了合理的跨下山回采方案;为了保证后期工作面设备安全回撤,对“孤岛工作面沿空留巷回撤技术”和“无煤柱借巷回撤技术”进行了深入研究,采用垒砌矸石袋沿空留巷的方法留设补充回风巷,最大限度地提高煤炭资源的回收率,保证了在工作面顶板严重破碎的条件下设备撤出的安全性;通过对“极复杂孤岛煤柱工作面动压控制技术”的研究,对孤岛煤柱工作面采动影响进行矿压观测,确定孤岛煤柱工作面受采动影响的范围。
  3216孤岛煤柱工作面的顺利回采不仅节约了煤炭资源减少了不必要的浪费,同时也为其他老矿井类似条件下的煤炭回收提供借鉴。
[硕士论文] 刘永涛
矿业工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:处于养护阶段的充填体易受地压扰动影响失稳破坏,破坏过程可通过声发射特征参数表达,破坏后形成的复杂断口形貌可采用分形维数量化,本文以程潮铁矿1:6灰砂比尾砂胶结充填体为研究对象,设定养护龄期3d、7d、14d、21d、28d、35d、42d、50d、60d、80d、100d、120d、150d、200d、300d,开展不同龄期尾砂胶结充填体主要物理参数测定试验、单轴压缩试验、声发射监测试验和破坏断口扫描试验,研究不同龄期尾砂胶结充填体物理力学性质、单轴压缩过程中声发射特征和破坏断口分形特征及其相互间关系,研究成果对充填体强度设计、充填体稳定性监测和充填体损伤破坏研究具有一定的借鉴意义和工程应用价值。研究成果如下:
  (1)不同龄期程潮铁矿尾砂胶结充填体物理力学性质。充填体密度和含水率在3d~42d龄期范围内增长较快,42d~300d龄期范围内趋于稳定;充填体纵波波速、单轴抗压强度和变形模量在3d~120d龄期范围内随龄期增长而不断增大,泊松比在3d~120d龄期范围内随龄期增长而减小,120d~300d龄期范围内趋于稳定;42d龄期尾砂胶结充填体单轴抗压强度达到充填体长期强度的88%,可将42d龄期作为后续充填体邻近矿块回采依据;不同龄期尾砂胶结充填体单轴压缩过程中的变形可分为压密阶段、微破裂萌生至稳定扩展阶段、累进性破裂阶段和破裂后阶段。
  (2)不同龄期程潮铁矿尾砂胶结充填体单轴压缩过程中的声发射特征。3d和7d龄期充填体单轴压缩过程中释放的声发射波较少,14d~42d龄期范围内,随着龄期增长,充填体单轴压缩过程中释放的声发射波逐渐增多,振铃计数和声发射能量逐渐增大,42d~300d龄期范围内,充填体受载过程中的声发射特征相似;较累进性破裂阶段,压密阶段、微破裂萌生至稳定扩展阶段和破坏后阶段,振铃计数和声发射能量较小;在累进性破裂阶段,接续出现震荡期现象和平静期现象,可将两者结合作为充填体失稳破坏前兆信息。
  (3)不同龄期程潮铁矿尾砂胶结充填体破坏断口分形特征。各龄期程潮铁矿尾砂胶结充填体破坏断口具有较好的分形自相似性,分形无标度区间为4.40~11.00μm;3d~120d龄期范围内,充填体破坏断口分形维数逐渐增长,120d~300d龄期范围内,充填体破坏断口分形维数趋于稳定。
  (4)不同龄期尾砂胶结充填体单轴压缩过程中的声发射特征与破坏断口分形特征的关系。声发射特征参数及破坏断口分形维数均与充填体自身主要物理力学参数有相关度较高的数据拟合关系,表明不同龄期尾砂胶结充填体单轴压缩过程中的声发射特征及破坏断口分形特征受充填体自身物理力学性质影响;声发射振铃总计数及声发射总能量均与充填体破坏断口分形维数呈近似线性递减关系,表明充填体单轴压缩过程中振铃总计数和释放的声发射总能量越大,分形维数越小,破坏断口形貌的起伏程度越小,充填体破坏断口形貌蕴含着与声发射特征相关的信息。
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