摘要：针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的"双因素"控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。

摘要：目前掘进工作面冲击地压事故频发,通过分析各评价方法在掘进工作面应用中存在的优势与局限,建立了一种基于地音监测与电磁波CT探测的掘进工作面冲击危险性层次化评价方法;该方法将冲击危险性评价目标在时间和空间上进行分解,通过地音实时监测确定评价的时间层,通过电磁波CT探测确定评价的空间层,以时间层的执行结果做为空间层的执行判据,克服了基于单一监测或探测手段的评价方法在掘进工作面应用中存在的不足,实现了掘进工作面冲击地压实时预警及危险区域精准划分的双重功能,提高了掘进工作面冲击地压评价的效率与准确性,指导了现场实际卸压工作。

摘要：针对FLAC3D现有模型无法实现由于CABLE结构单元在动载下出现损伤而导致支护轴力损失的问题,基于最大剪应力准则和应变能密度准则,提出了爆破震动下CABLE单元破坏损伤判据,以及锚固结构损伤量沿震波传播路径的分布规则,由此建立了锚杆轴力动力损失修正模型。基于FISH语言平台开发修正模型的计算程序,使得FLAC3D具备由于CABLE结构单元动力损伤而导致轴力损失的功能,并应用该功能进行了爆破震动下单排锚杆轴力损失与全锚杆巷道支护质量减弱的对比分析,结果表明:1修正模型锚杆轴力在爆破下,经历平稳→下降→平稳3个阶段,锚杆轴力损失率随至震源距离的增大呈指数衰减,达到了锚杆轴力定量损失的预期效果。2通过修正模型得到了爆破对巷道支护的主要损伤范围和程度,其中6和8 kg药量爆破下锚杆轴力损失率峰值分别为35%和76%,并且至震源0~4和0~12 m内锚杆轴力损失率超过25%,支护损伤较大。同时,修正模型能较大幅度修正动力分析中的围岩变形量以及塑性区体积,其中6和8 kg药量爆破下变形修正系数峰值分别为70%和37.5%,而塑性区体积修正系数分别为22.2%和9.9%,说明爆破药量越小修正效果越显著。3修正模型计算结果与现场实测结果具有较好的一致性。

摘要：针对屈服强度500 MPa以上矿用锚杆杆体容易出现断裂失效的问题,采用化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜及金相显微等综合试验手段对两种破断强力锚杆进行了分析,结合锚杆的实际受力特征及断裂失效分析学理论,从微细观机制初步揭示了杆体破断原因。结果显示材质及加工缺陷等内在属性是断裂的内因,工作环境、应力腐蚀及复杂受力状态是外因,锚杆的韧性则决定了断裂的类型和断口形态。并相应提出了减少杆体破断几率的综合方法,包括改善受力状态、全长锚固、优化外形、防腐蚀处理等。

摘要：针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题,探讨了机采割煤高度6.0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性,分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系,在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上,提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度,阐释了支架-围岩支护系统“小结构”初次耦合主动支撑和“大结构”二次耦合被动承载概念和理论,分析了围岩“大、小结构”耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响,指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足“小结构”支护系统适应“大结构”周期性破断失稳形成的强动载矿压外,还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响,通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出,提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法,分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理,讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响,研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响,以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用,提出了强力放煤机构结构改进和优化策略,并对破煤机理和效果进行探讨,以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。

摘要：针对煤矿千米深井高应力、软岩大巷围岩强时效大变形难题,以中煤新集口孜东矿软岩大巷为工程背景,根据井下实测数据与支护状况,分析了不同支护方式下巷道围岩大变形、支护构件破坏与失效特征。采用理论计算得出U型钢支架在均布载荷和不同类型集中载荷作用下的垂直反力、水平推力及弯矩,揭示了充填体对提高U型钢支架发挥其承载能力的作用机制;采用数值模拟分析对比了锚网喷、锚网喷+钢管混凝土及锚架充3种支护方式控制围岩变形与破坏的效果,阐明了千米深井软岩大巷锚架充协同控制原理。在引进与自主研发的基础上,形成了包括支护材料与构件、充填材料与系统、自动架棚机、单轨吊巷道锚杆支护平台的锚架充协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿软岩大巷锚架充协同控制方案与参数,并进行了井下试验与推广应用。结果表明,锚架充协同控制技术能够有效控制千米深井软岩大巷围岩大变形,特别是强流变,保持巷道长期稳定。与原支护相比,巷道变形量降低90%以上,同时节约了巷道维护成本,为千米深井软岩大巷围岩控制提供了一条有效的途径。最后,对锚架充协同控制技术下一步研究工作进行了展望。

摘要：高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力,是巷道围岩“支护-改性-卸压”协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差,常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题,开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研究与实践。开发高压劈裂注浆工艺,研制高压劈裂注浆装备,试制的矿用气动注浆泵最大工作压力超过30 MPa,采用微纳米无机有机复合改性材料,经过超细加工,95%的粒径≤9μm,在121302运输巷掘进工作面进行高压注浆改性试验,对注浆压力-流量变化规律、注浆量、浆液扩散半径等参数统计分析,对注浆改性后的效果进行了测试评价。试验结果表明:注浆压力与注浆流量是劈裂注浆的主控因素;掘进工作面超前注浆平均启劈压力在22 MPa左右;滞后掘进工作面6~8 m注浆,适当降低排量,注浆过程进入高压微劈裂-渗透注浆阶段,增强注浆效果。高压劈裂注浆改性工艺解决了高应力低渗透软岩“注不进”的难题,保证锚杆索锚固质量,改善新掘巷道成型。巷道围岩改性效果理想:现场取样SEM扫描电镜细观形貌分析可发现,高压劈裂注浆工艺下,新型微纳米有机无机复合改性材料可注入最小约2μm宽度的裂隙;浆液水化固结体密实并与煤界面结合致密;纳米压痕试验证明煤浆界面区弹性模量高于煤,致裂重新黏合后的煤体力学性能强于之前。

摘要：针对煤矿井下巷道修复机在有限巷道高度下的卸料高度要求,确定了反铲工作装置的三节臂结构形式。基于Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立了工作装置的运动学模型,推导了铲斗齿尖在坐标系中的位置表达式,建立了反铲工作装置的空间约束关系。以提高整机挖掘力为目标,以巷道修复机工作空间限制为约束条件,采用遗传算法对工作装置进行优化设计。优化结果表明,与经验参数相比较,反铲工作装置的挖掘力提高9.4%;动臂缩短8.9%,中间臂增加47.9%,斗杆缩短18.7%,工作装置总长缩短3.6%,节约了成本;空间约束对设计变量及挖掘力的影响显著。

摘要：为实现掘锚机组在特厚顶煤巷道的安全快速掘进,采用理论计算和数值模拟手段研究了掘进速度对巷道周围应力场、位移场的影响;基于掘锚机组的结构特征,提出顶板和帮部锚杆空间不成排的支护体系;通过改进支护材料、优化操作工序的手段,整体提升了掘进速度。研究结果表明:提高掘进速度,巷道前方支承压力峰值位置向掘进工作面靠近,峰值应力增大,产生的侧向应力区范围和周围煤岩体破坏区的位移都相应减小;不成排的支护体系一定程度减少了顶、帮应力场的叠加,但实现了帮部及时支护。掘锚机施工期间,日均进尺增加到14 m/d,同时降低工人劳动强度,为特厚煤层快速成巷的应用提供了良好的借鉴。

摘要：BIM(Building Information Modeling)技术是一种应用于工程设计、建造和管理的数据化工具,通过对数据化、信息化模型整合,在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,为项目参与各方提供了协同工作的平台,已经在全球范围内得到业界的广泛认可。目前,国内露天矿应用BIM技术处于起步阶段,露天矿工程具有地质条件复杂、生产环节多、工程动态发展、信息多源分布、数据体量庞大等特点,矿山设计、建设、生产、运维过程中所有信息的无损传递、共享与联动尚未完全实现。为解决这一难题,基于露天矿工程全生命周期、全工程领域、全参与方的不同需求,厘清信息模型的维度,提出平台建设的总体思路,构建露天矿工程BIM协同工作平台的四层功能架构体系,包括应用层、平台层、技术层和软件层,综合露天采矿专业软件与BIM通用软件相结合的特性,提出了真三维精细化信息模型构建、露天矿三维优化设计及虚拟开采、模型地学信息及工程属性传递共享、设备模型参数化及工程参数化设计等10大关键技术。研究结果表明:采用露天采矿专业软件与BIM通用软件深度融合能够发挥两者优势,建立集矿山三维地质、采矿、地面生产系统、工业场地等工程全要素精细化信息模型于一体的协同工作平台,形成露天矿工程统一的BIM模型数字化交付标准,为进一步研发建设智慧化露天矿山“高品质”三维基础平台奠定理论基础。