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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] 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] 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] 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。
[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] 赵晓东
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩质边坡是露天矿山开采中一种常见的边坡类型。本文针对露天矿山开采过程中遇到的岩质边坡稳定性问题,结合宁化行洛坑露天钨矿开采过程中边坡稳定性实例,揭示岩质边坡节理或断层控制下的稳定性特征。
  论文数值模型基于改进Sarma法,分别实现了对分层边坡的稳定性和三维(含节理、断层)的岩质边坡稳定性的数值分析,为分层边坡和三维岩质边坡稳定性开辟了一条新的研究途径。这是本文的创造性成果。
  露天开采的岩质边坡是由含有多组不同产状的节理、断层的不同岩性的岩体组成的,综合以往Sarma法计算方法的优点和岩质边坡的特点之间的关系,通过现场实测岩质边坡节理断层产状,以及判断岩体岩性,建立合适的数值模型,研究了矿山露天开采时岩质边坡稳定性因素及开挖高度和坡角之间的关系。主要研究内容如下:
  (1)对分层边坡用改进Sarma法去分析边坡稳定性,且与其他方法相比误差较小。
  (2)收集宁化行洛坑钨矿露天采矿区原有的地质勘察和技术资料,进行总结和分析,对采矿区岩质边坡节理、断层的产状进行全面的测量并统计,制作成新的更为全面的地质资料,对采矿区的岩体岩性进行分析,并进行直剪实验,获取岩体的岩石力学参数。并查阅相应规范对岩体类别进行估计。
  (3)采用改进的三维Sarma方法对采矿区已开挖部分进行稳定性分析,对未开挖部分进行稳定性预测,研究结果表明:在当前状态下,边坡是较为稳定的,当边坡开挖到某一程度是会失稳,此时应考虑放缓坡角。
  (4)对边坡可能出现的顺层边坡进行预测,研究结果表明边坡为顺层边坡时,岩质边坡容易失稳,反倾向边坡不容易失稳。
  最后通过计算表明,模型具有一定的参考意义。
[硕士论文] 徐景才
动力工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着煤矿开采瓦斯抽采量的日益增加,以及社会环保意识的增强,煤矿瓦斯高效利用的被关注度显著提高。对于像煤矿乏风这种超低浓度、排放量大、对大气温室效应影响恶劣的瓦斯气体,如何经济利用成为重要问题。为了提高煤矿超低浓度瓦斯利用的经济效益,通常是通过提高瓦斯氧化装置热效率来满足煤矿对热量的更多需求。
  煤矿瓦斯氧化装置利用瓦斯中的微量甲烷(CH4)进行高温蓄热氧化反应,并利用反应过程中放出的热量[1],满足煤矿不同热量需求,从而实现低浓度瓦斯气体的有效利用。目前,煤矿瓦斯氧化装置受其投资成本高、回报率低的影响,推广难度较大。而提高装置热量利用效率,能够在一定程度上提高经济效益、缩减投资回报周期,缓解上述问题。本文以两种不同结构煤矿瓦斯氧化装置为研究对象,研究了影响氧化装置热量利用的因素,分析了提高氧化装置热利用效率的主要方式,得到如下结论:
  (1)根据煤矿瓦斯氧化装置的工作原理及两种进气结构形式,结合不同热交换器技术原理,分析讨论了热量提取效率的差别。结果表明,换热器在垂直进气结构氧化装置较水平进气结构易于布置,不受热冲击影响;垂直进气结构装置,加热启动效率高,启动时间为水平进气结构的20%;两种结构中,切换时间对热效率影Ⅱ向均偏小。
  (2)根据氧化装置热平衡分析和温度场分布情况,分析氧化装置不同结构对控制温度场的具体要求,及对热量提取能力的影响。结果表明,垂直进气结构瓦斯氧化装置相较于水平进气结构温度场不受热量向上漂移影响,温度场较均匀,装置整体热效率较高,综合热量利用效率高。
  (3)结合实际工程应用项目,瓦斯氧化装置的结构对热量的取热方式、热效率、散热方式等进行了的试验论证。结果表明,垂直进气结构瓦斯氧化装置实际综合热效率为20%,水平进气结构瓦斯氧化装置实际综合热效率为6%,启动效率垂直进气结构高,节能效果好,将有效促进垂直进气结构瓦斯氧化装置的推广。
[硕士论文] 赵洪恩
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤炭作为我国的主要能源,其生产在给人们带来效益的同时也造成了开采区的地表塌陷,以及煤炭生产过程中大量的煤矸石排出堆积成山严重污染着环境。为治理塌陷区,改变被污染的环境,以煤矸石作为充填基质进行土地复垦能够达到一举两得的效果。但是,松散的煤矸石充填后,在受到自身荷载作用以及外界表生作用下煤矸石发生体积变形,进而表现出地表下沉。充填区的地表下沉量与充填厚度和煤矸石的块度与岩性及外在因素如含水量、温度的变化等有关。通常,充填的煤矸石厚度越大,充填区的地表下沉量就越大。为了使充填区在下沉稳定时达到设计标高值,这就需要在设计标高时有个预留高度,但是,散体煤矸石的承载变形是与其块度大小相关的。为研究不同块度结构下煤矸石作为土地复垦充填基质其充填地地表下沉量的差异性,达到为煤矸石充填复垦标高设计提供相应的试验依据的目的。本文通过对自然状态下的煤矸石进行块度结构调查将煤矸石分为洗选煤矸石、平均块度粒径较大的掘进矸石和块度粒径较小的煤矸石3种类型,进而在塌陷区构建三种不同块度粒径级配的煤矸石充填复垦地试验模型,并在每个试验模型上布设三个监测点,在试验模型竣工后采集每个监测点的高程数据,在此之后每十天左右观测一次每个模型的高程值,随着每个试验模型的绝对沉降值的减小,将观测周期延伸为二十天左右观测一次每个模型的高程值,在每次观测完成之后对观测数据进行平差处理,并计算每个监测点的绝对沉降值与累积沉降值,并将同一个模型上的三个点求平均值记为该模型的沉降值。同时分析不同块度结构的试验模型间的差异性,并应用回归分析法与灰色系统法对三个试验模型的变形特征进行分析研究。试验研究结果表明:
  (1)在自然煤矸石级配充填复垦试验中三个试验模型的沉降速率均为先增大再减小后趋于平稳的变化过程;通过回归分析与灰色系统分析进行建模,三个试验模型的数学模型精度虽然存在差异,但是整体看三个试验模型的拟合效果均较好。
  (2)在试验模型的沉降量监测周期为10天左右时,外界降雨对模型的影响不是立即表现出来而是有一定的滞后现象,随着监测周期增加为20天左右外界降雨量和三个模型的沉降速率呈现出相同的变化趋势。
  (3)三个试验模型的总体变形表现出一定的差异,在试验模型的煤矸石充填基质中含有小粒径较多时煤矸石充填地表总沉降量最小,且前期沉降速率较快,随着时间推移沉降速率趋于平稳,试验后期其累积下沉速率最小,各试验模型的累积下沉速率相对稳定,且差异性减小;具有相似块度结构的试验模型无论是在总下沉量上还是在沉降速率上其差异性均较小。
  (4)采用两种数学模型进行分析与预测均得出,当充填的煤矸石中小块度的煤矸石含量较高时,其沉降量较小,相对较稳定。当充填的煤矸石颗粒级配相近时,其沉降量也相应的相近。即当充填的煤矸石块度存在差异时其复垦区地表变形也相应的表现出差异,且当煤矸石小块度的含量高时其复垦区地表变形较小。
  (5)煤矸石块度结构中小颗粒的含量越多沉降速率变化越快,且在受雨水的影响中,其对水的敏感性就越高,随着煤矸石块度中大颗粒的增加,其对水的敏感性也相应的减小。
[硕士论文] 邵晶晶
土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤与瓦斯突出已经严重影响了现代矿井的安全生产,而防治它的最有效经济的区域性措施是进行保护层开采,对此更有必要深入研究。本文以淮南矿业有限责任公司望峰岗谢一矿被保护层B8为研究对象,采用现场考察结合理论分析及数值模拟分析的方法,主要研究内容如下:
  (1)保护层开采后附近的应力场、位移场、瓦斯压力场及瓦斯流动理论分析
  本文依据保护层开采固气耦合模型建立所涉及的理论知识,结合COMSOL软件具体的模块应用中的方程对这些基本理论、基本公式进行了介绍和分析,并推导了固气耦合中几个重要变量之间的关系表达式。
  (2)保护层开采后数值模拟结果分析
  在理论分析与数值模拟的基础上,建立煤岩体变形与瓦斯流动的固气耦合模型,利用COMSOL5.0软件对瓦斯流动进行了模拟,分析了被保护层B8的应力场、位移场及瓦斯运移规律,以及其中气固耦合的变量参数-体积应变与孔隙率的变化规律。同时模拟了保护层开采时加入钻孔抽采的情况,对比分析未加钻孔抽采时瓦斯压力场及被保护层B8瓦斯压力的变化。根据煤层法向膨胀变形量可得数值模拟沿倾向与沿走向的卸压角,这对实际现场钻孔抽采具有指导意义。
  (3)上保护层开采现场测试
  本文以望峰岗谢一矿为研究点,B9b煤层为上保护层开采,其下方B8煤层为被保护层。介绍了瓦斯压力与瓦斯含量的测量方法与过程,观测了煤层开采过程中煤瓦斯压力和瓦斯含量的变化规律,确定了卸压角,并与模拟所得卸压角进行对比分析。
[硕士论文] 邵淑成
采矿工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:以淮南矿业集团潘四东煤矿A组煤东一采区工程条件为背景,结合A3、A1煤赋存及开采布置特点,统计分析了A3煤11113、11213、11313综采工作面回采期间矿压显现特征。构建了采区尺度的FLAC3D数值模拟模型,试验分析获得了3个工作面回采期间围岩应力分布特征及塑性破坏区范围、区段煤及边界煤柱对支承压力分布的影响规律。综合分析影响下分层工作面布置的因素,兼顾已采工作面和巷道的围岩结构影响和提高煤炭资源采出率的原则,提出了11111工作面巷道布置方案,即11111工作面采用机巷内错于11113工作面机巷14m,风巷外错55m,切眼内错15m。
  现场开展了11111工作面矿压观测,获得了工作面及巷道矿山压力分布及显现特征。巷道矿压特征主要表现为:下分层回采巷道布置在实体煤下时,巷道受水平应力作用明显,巷道围岩变形破坏较为严重,风巷两帮移近量明显大于机巷;而位于采空区下方的机巷围岩变形量较小。根据理论分析与计算综合提出了下分层工作面(A1煤)11311工作面与11211工作面回采巷道布置方案及超前支护改进措施与矿压控制对策。
[硕士论文] 陈荣荣
安全工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着世界经济的不断发展,环境问题已近得到了世人越来越多的关注,各国在对能源的开采及使用过程中给环境带来的污染以及影响已经成为了世界性的重大问题。煤矿开采是我国最基本的工业产业,在世界范围内,中国的煤炭产量以及使用量已经连续多年居于世界各国的首位,这就不可避免的给我国的生态环境带来巨大的影响。近十年来,煤矿区域的环境污染日趋恶劣,因此会对区域的整个生态环境系统造成严重的影响。因此,对煤矿区的生态环境进行安全评价研究意义重大,并且具有科学性以及实践意义。
  本文通过对生态环境的相关文献的大量阅读,初步了解了生态环境安全的基本观念及理论,结合国内外的研究,对区域生态环境有了一定的了解。结合生态环境安全的基础理论上进行深层次的探索研究,在深入分析了潘集矿区的生态环境现状存在的问题以及研究区的实际情况构建确定了评价指标体系的概念模型即PSR(压力—状态—响应)模型,根据所选取的模型选取评价指标。再结合研究区的实际环境以及经济的现状利用AHP(层次分析法)建立针对矿区的生态环境安全评价所需的评价体系。采用专家打分法以及AHP对选取的评价指标体系中的各个指标进行权重的确定。再通过层次递阶技术,计算出各指标对总体目标的影响率,进对潘集矿区2012-2015年的生态环境的综合水平进行了评价以及对比。通过综合安全指数的计算可以看出潘集矿区的生态环境水平整体上是递增的,其中2013年有所下降主因是当年的土地塌陷率高、原煤的入洗率低、大气污染严重、土地破坏严重以及土壤有机质低。另外几年年份都是增长的,增长的原因可能是由于淮矿集团大力开展节能环保项目的落实以及在政府的倡导下淮南市人民为环保事业做出了巨大努力。本文以生态环境的可持续发展理论为出发点,结合矿区的评价结果,提出了改善潘集矿区生态环境的对策措施。
[硕士论文] 张东哲
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤炭作为我国的主要化石能源,其在我国国民经济建设中所占据的地位是不可替代的。我国经济的发展离不开煤炭资源的开发与利用。然而随着煤炭的采出,矿区地表常常发生塌陷变形,而地表塌陷形成过程中往往伴有裂隙的形成。地表裂隙的形成改变了土壤原有的内部结构,加速了水土的流失,降低了土壤中营养元素的含量,促使耕地贫瘠化。根据裂隙的形成机理将裂隙分为四类,即挤压型裂隙、滑动型裂隙、塌陷型裂隙、拉张型裂隙。
  本文主要是对煤层开采区地表拉张型裂隙的形成与演化进行研究。拉伸型裂隙是由于地表受到的拉应力超过了其所能承受的最大抗拉强度时形成的,裂隙一般呈现上宽下窄的形态,裂隙发育深度相对较浅。拉伸型裂隙的形成加速了地表土壤的水土流失,改变了地表形态及耕地的内部构造,降低了土壤质量。研究地表拉张裂隙的形成与演化不仅可以对裂隙的形成与发育规律有更清楚的认识,还可以对裂隙的形成位置进行预测。本文通过模拟煤层的开采,对煤层开采过程中地表拉张型裂隙的形成与演化进行了研究,并对不同开采厚度下裂隙的形成与发育情况进行了对比分析。试验过程对裂隙的特征值进行了测量,应用并行电法对模型内部裂隙的发育情况进行了监测,对观测面上裂隙的发育过程做了拍照记录,后期通过对并行电法得到的反演剖面图进行分析、数字图像的处理,结合观测数据的分析处理结果,得到了以下研究成果:
  (1)煤层开采过程中拉张裂隙超前于开采工作面一定距离形成,随着煤层开采的进行裂隙宽度先变大后减小。
  (2)采深相同时,开采厚度越大裂隙发育达到最大值时的宽度、深度也越大;煤层采长相同时,煤层开采厚度小时地表形成裂隙的密度大。
  (3)并行电法对试验模型内部拉张裂隙的形成与演化过程进行了很好的表征。根据模型土体内部电阻率阻值大小在开采过程中的变化,通过对多阶段电阻率反演剖面图的分析,对试验过程中裂隙的形成位置,宽度、深度的发育大小进行了直观的表现,为研究裂隙的形成与演化提供了理论支撑。
[硕士论文] 乔尚元
矿物加工工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤泥水等高浊度矿物污水由于自身特殊性质,很难实现快速澄清。现有的煤泥水澄清处理技术已经不能满足选煤厂洗水闭路循环的要求,对于高泥化难沉降煤泥水问题尤为突出。为了满足新时期煤炭清洁生产与利用的要求,煤泥水澄清处理亟需新的技术突破。高泥化煤泥水难以絮凝沉降的主要原因在于煤泥水中粘土矿物颗粒间静电斥力太大,因而难以凝聚长大;煤泥絮团主要靠重力沉降,沉降动力不足,很难通过自然沉降达到较好的沉降效果。
  本论文针对上述两个问题,首先利用磁场对高浊度矿物污水进行预处理,以降低粘土颗粒表明Zeta电位,促进其凝聚;同时,再通过磁絮凝技术,提高絮团下沉动力,以加速高浊度高泥化污水的沉降,其中,磁种材料来自于通过从粉煤灰中分选出磁性微珠。另外,由于粉煤灰磁珠在弱酸性条件下,Zeta电位为正值,理论上可直接与污水中的粘土矿物颗粒发生静电吸附并凝聚沉降,亦属本论文研究内容之一。研究结果表明:
  1、预磁化能够改变污水中粘土矿物颗粒表面Zeta电位,提高其表面活性,从而增加颗粒之间的碰撞几率,提高沉降效果。考虑到影响预磁化效果的因素有磁场强度、预磁化作用时间,而影响絮凝沉降效果的因素有絮凝剂及凝聚剂的添加用量,因此,选取该四因素设计并进行正交试验,以寻求最佳因素水平组合。正交试验结果表明:通过214mT磁场预磁化处理1min可降低粘土颗粒的Zeta电位,提高表面活性,从而促进颗粒之间的凝聚及其与混凝剂的结合,增强絮凝沉降效果。实现同样的沉降效果,预磁化辅助的沉降所需时间比直接混凝沉降减少了56%,絮凝剂用量减少了25%,CaCl2用量则减少了33.3%;如果添加相同的药剂量,该方法可使沉降尾泥体积减小20.83%,透光率能达到90%以上。
  2、磁絮凝沉降可大幅度提高絮团沉降速度,减少其水力停留时间,缩短处理周期。由于影响絮团受到磁场作用力大小的因素有磁场强度及磁珠添加量,为此,本文分别对其进行了单因素试验,以确定其影响规律,从而选取最优的因素水平。单因素试验结果表明:在相同沉降条件下,磁场强度越大,污水沉降速度越快,但当磁场强度达到214mT时,若继续增大磁场强度,沉降效果增加不明显;污水沉降速度与磁珠添加量成正比,磁珠添加量越多,沉降速度越快,但当磁珠添加量超过2.5g以后,沉降速度的增加量则可忽略;磁珠粒度对污水沉降效果的影响非常显著,随着磁珠粒度的减小,沉降速度越来越快,但当磁珠过粉碎时,则会降低澄清层透光率,试验结果显示,当磁珠球磨4h时,沉降效果最佳。
  3、在不添加絮凝剂的条件下,仅利用粉煤灰磁珠,通过调节高浊度矿物污水pH,可以达到很好的沉降效果。研究表明,粉煤灰磁珠表面Zeta电位为正值,而粘土矿物污水表面Zeta电位则为负值。当将粉煤灰磁珠添加到污水时,由于静电吸附作用,粉煤灰会与粘土矿物相结合,凝聚成大颗粒结构,从而增大所受重力,达到加速沉降效果。若通过HCl调节污水pH,待溶液出现等电点,此时溶液中颗粒间水化膜作用越弱,有利于静电吸附沉降。试验结果表面:当向溶液中添加3g粉煤灰磁珠时,若用HCl调节溶液pH,使其介于pH=4到pH=5之间,此时污水沉降速度最快,澄清层透光率最高,沉降效果最好。
[硕士论文] 李滕滕
安全科学与工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文通过分析国内外煤层注水改良煤体力学性质的研究现状基础之上,运用强度理论和液桥力理论,从宏观和微观的角度,分析了合理注水增强粉煤固结力学性质的机理。通过试验及理论分析,总结了型煤在不同含水率条件下力学性质的变化规律。结合现场试验考察,验证了松软煤壁合理注水后,煤壁板结效果增强,有效的防止松软煤壁的大范围片帮。
  本文研究主要内容及结论如下:
  1.结合现场考察和试验,对制备型煤的原煤样基础参数进行分析。得出采集的煤样具有含水率低,强度低的,易破碎的特点,符合本文的研究要求。根据理论分析与试验,确定了型煤制备过程的成型压力和粒径配比,利用自行研制的型煤模具,加工制备了具有不同含水率的型煤。
  2.利用RMT-150B型岩石力学试验系统对已制备的不同含水率的型煤试样进行单、三轴压缩试验,通过试验结果分析型煤在不同含水率条件下力学性质的变化规律。试验结果表明在单轴压缩条件下,随着型煤成型水分的增大,型煤试样的单轴抗压强度和弹性模量呈现先增大后减小的趋势,而泊松比随着成型水分的增大呈现先减小后增大的趋势。当煤样的成型水分含量在7%左右时,单轴抗压强度最大为0.821MPa,弹性模量最大值为1.332GPa,泊松比处于最小值,为0.267。在不同围压的三轴压缩的条件下,随着围压的增大,型煤的抗压强度随之增大。利用强度准则,求出不同含水率型煤的内聚力和内摩擦角,结果显示,随着含水率的增大,型煤的内聚力和内摩擦角先增大后减小。
  3.通过湿煤颗粒作用力的微观分析,在微观作用力中湿颗粒间的液桥力对颗粒的影响最大。通过分析液桥力模型,分析不同含量水分影响湿煤颗粒固结的作用机理。并且对颗粒间影响的液桥力的因素进行分析。丰富了煤体固结的理论,为煤层合理注水固结粉煤,为防止粉煤类工作面片帮提供了微观理论依据。
  4.论文研究中,对朱仙庄煤矿的Ⅱ863综采放顶煤工作面进行了煤壁浅孔注水试验研究。通过对煤层注水湿润效果的测定及考察,得出注水有效影响范围测定为横向6m,纵向1.0~1.2m。实施煤壁浅孔注水后,距底板1.0~3.6m范围内煤体的含水量大大提高,煤体被较好地润湿,为形成一定厚度的粘结层创造了有利条件,对防止煤壁片帮起到关键性作用通过现场考察,注水后煤壁片帮得到有效控制。
[硕士论文] 王娟
安全科学与工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:瓦斯抽采作为煤矿瓦斯治理最根本最有效的方法,从上世纪50年代一直沿用至今。但我国绝大多数矿井存在瓦斯抽采效率不达标的问题。瓦斯抽采效率不达标的关键因素之一就是封孔质量,而封孔质量好坏又取决于封孔材料。本文以煤矿瓦斯抽采钻孔的封孔材料为研究对象,针对现有封孔材料存在凝结时间长、早期强度低、容易开裂等问题,对封孔材料的复合配方进行研制并测定相关性能。
  首先,以水泥为主,与石膏、氧化钙、膨润土、二氧化硅等多种添加剂复合,研制出了一种新型矿用自膨胀封孔材料,并通过实验研究给出了该材料的8组配方配比。在此基础上,采用线性权重法对这8组配方制备成的封孔材料的膨胀率、渗透率、泌水率、1d抗压强度、流动性进行测定,并对所占权重进行排名。结果显示,配方A的所得权重最大,即配方A为最优配比,水泥、石膏、氧化钙、膨润土、二氧化硅、纤维素分别为46.5%、30%、20%、0.8%、5.5%、0.2%。
  然后,利用X射线衍射仪和同步热分析仪分别分析分析配方A水化产物的晶体和水化产物的分解过程,得到不同龄期下的XRD图谱和水化产物的种类,从而掌握其早强速凝的机理。一方面,各组分相互作用,水化过程得到促进,钙矾石不断生成并相互交错搭连,形成稳定的骨架结构;另一方面,抑制膨胀剂的水化速度,减少裂隙产生,并且由二氧化硅去填充所产生的微小裂隙,使得整体的水化产物既发生膨胀又致密,增强骨架。
  接着,对自膨胀封孔材料的渗透特性和力学特性进行研究。结果表明:渗透率随着龄期的增加而降低并趋于稳定;在不同进口压力条件下,渗透率随着进口压力的增大而呈现先较小后增大的趋势,在0.5MPa至0.6MPa时渗透率最低;在不同的围压下,其渗透率随着围压的增大而减小。其静态抗压强度相比普通水泥,提高幅度明显。1d后抗压强度是普通水泥的3.22倍,28d后仍达1.59倍,具有稳定的强度表现。采用SHPB实验系统进行单轴冲击压缩实验,获得了实验波形,处理数据后得到应力应变曲线,表明材料具有明显的应力硬化特性。
  最后,采用自膨胀封孔材料对五轮山煤矿瓦斯抽采钻孔进行实验,现场应用效果表明,该材料封孔效果显著,优点突出,使用后的单孔瓦斯抽采浓度较普通水泥提高3%~35%,是一种具有广阔应用前景和推广价值的新型矿用封孔材料。
[硕士论文] 汪斌斌
安全科学与工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文基于瓦斯流动理论、瓦斯抽采技术和深孔预裂爆破增透理论,针对松软低透气性煤体在煤体中打钻孔容易垮孔、成孔率低,使得装药困难、封孔困难问题以及煤层装药爆破后松软煤体产生裂隙很快闭合,很难达到长效增透的问题,提出了底板穿层钻孔煤岩层交界处装药爆破的增透方法,通过理论分析、搭建系统进行相似模拟试验、数值模拟和现场试验的研究方法路线进行了不同控制孔孔径条件下的爆破增透尝试研究,取得了以下结论与成果:
  (1)在煤岩交界处装药爆破产生的能量使煤岩体产生了丰富的裂隙,一方面增强了煤层瓦斯渗透性的同时保护了用于后期抽采瓦斯的底板岩层中的控制孔,另一方面底板岩层中的裂隙为松软的煤层中的裂隙和位移提供了空间,有效减少裂隙的闭合,并提供了稳定的瓦斯流通通道。
  (2)随着控制孔孔径的增大,对裂隙的导向作用越明显,爆破空腔越小,贯穿到模型边界的裂隙偏转角度越来越小,孔径增大到一定程度后降低了相对应力集中度,使得裂隙呈现明显的网状分布。
  (3)在控制孔较大的情况,由于提供了足够的自由面,在爆破能量的作用下,煤体产生了以爆破孔为中心向四周挤压变形移动为主,以微裂隙为辅的的破坏,使得煤体有个从模型四周凹向中心的8°的角度。
  (4)通过在煤岩体交界处装药爆破,应力波在传播到煤岩层交界弱面,形成多次的反射叠加,这种反复的拉伸叠加作用在煤体,使得煤体产生更多的位移和破坏。
  (5)通过数值模拟计算结果得出:随着控制孔的不断增大,煤岩体中的裂隙发育越来越丰富,煤岩体的位移和相互侵入程度越大,损耗在爆破空腔里的能量越少,空腔越小;当控制孔径达到一定程度继续增大时,由于控制孔提供很大的自由面,使得煤体在爆破作用下产生了较为明显的片区移动并在控制孔附近产生破坏,与产生的裂隙的双重作用下极大的增加了煤体的透气性,同时岩体中的裂隙与煤体中的裂隙形成立体裂隙结构,岩体中稳定的控制孔为后续的瓦斯抽采作业提供了长期高效的保障。
  (6)工业试验采用了底板穿层钻孔煤岩交界处装药爆破方案增加了瓦斯抽采浓度和纯流量,增加了瓦斯渗透性,有效增透半径达到6m,消除了石门揭煤的瓦斯突出危险。
[硕士论文] 吴瑞薇
生物化学与分子生物学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:煤层气(CBM)作为一种自生自储形式存在的非常规天然气,以清洁、高效、优质、安全的特点越来越受到人们的关注。近年来,生物成因煤层气作为一种环境友好及高效的能源,被人们广泛研究。针对煤层气相关微生物多样性及产气途径的研究对煤层气的开采、废弃煤层气田的处理和煤层气的再生有重大意义。而在我国,由于煤层气的勘探研究起步较晚,在煤层气相关微生物的研究方面报道甚少。本文中,以山西沁水盆地煤层气田为研究对象,该地区为我国煤层气开采最为活跃的地区,采用高通量测序技术,对煤层气田原位产出水和异位煤生物转化成甲烷的过程中微生物的群落变化进行了研究,同时也对以高阶块煤为基质中试模拟生物产气过程中,培养基的浓度和添加块煤的量对微生物群落结构的影响进行了初步研究。
  微生物基因组总DNA的提取是进行环境分子生态学研究的首要关键步骤。煤是具有复杂和难降解结构的大分子物质,因此提取高质量的基因组总DNA是后续实验的关键,也是能较真实的评估微生物多样性的保障。通过优化在该特殊环境中基因组DNA的提取方法,即采用the Mini-Bead Beater机械破碎、化学破碎与酶消化相结合,得到了高浓度、片段完整的基因组总DNA,能满足后续相关的PCR扩增和宏基因组学测序分析。
  首先分析了该煤层气田5个不同煤层气井原位产出水中产甲烷菌群和生物成因气的生成途径。以甲基辅酶M还原酶基因(mcrA)作为目标基因,采用454焦磷酸测序方法,分析不同煤层气井产出水中的产甲烷菌群。高通量测序表明,样品共检测到4种已知菌属,即甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷微菌属(Methanomicrobium)、甲烷叶菌属(Methanolobus)和甲烷螺菌属(Methanospirillum),优势菌属均为Methanobacterium。系统发育分析表明,未明确地位的菌属主要与Methanobacterium、Methanomicrobium、产甲烷球菌属(Methanococcus)和甲烷囊菌属(Methanoculleus)有较近的亲缘关系。
  同时成功利用高阶块煤首次实现异位煤生物转化成甲烷的过程,该过程通过规模化中试发酵培养更加客观的表征了微生物的群落变化。通过高通量测序分析表明在原位产出水中氢营养型的产甲烷菌Methanocalculus占主导,而在异位产气过程中乙酸型产甲烷菌Methanosaeta和Methanosarcina占主导;在原位产出水和异位产气过程中大部分细菌均属于Proteobacteria,在产出水中细菌属Sulfuricurvum, Hydrogenophaga和Methylobacter占主导;而在异位产气过程中细菌菌属差异较大,由起初的Pseudomonas为优势菌属,到后来发酵培养90天后,主要的细菌为Proteocatella,Macellibacteroides和Clostridium。
  综上,在煤层出水样中生物成因煤层气的形成主要为氢营养型产甲烷途径,而在异位煤的生物转化过程中主要为乙酸型产甲烷途径,因此在异位生物成因的产气途径判定中不能依据原始微生物群落代谢途径而决定,而应以所研究的微生物群落中优势产甲烷菌作为参考依据。
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