摘要：新元煤矿现主采3号煤层,整体呈北高南低的单斜构造,北边布置有四、五采区为区域预测无突出危险区,南边布置有二、十采区为突出危险区。针对3号突出煤层瓦斯含量高、渗透率低、瓦斯突出危险性高等问题,在3号煤层二采区、十采区工作面对应的地面上方设计施工了36口压裂井开展地面井大液量水砂压裂增透工程,综合考察压裂前后煤层瓦斯含量、突出危险性指数等变化情况,评价地面井水砂压裂技术在瓦斯治理中的作用。结果表明,通过采取地面井水砂压裂措施,提高了煤层透气性,有效降低了煤层瓦斯含量和井下瓦斯突出风险,保障了煤矿安全开采,并且缩减了井下瓦斯治理周期,提高了煤矿采掘效率。

摘要：大规模高强度回采和深部开采常导致顶部裂隙煤岩体失稳、漏风及其次生灾害。钻孔注浆是封堵裂隙和加固煤岩体的主要手段之一。由于煤岩裂隙高位注浆研究相对滞后,井下高位注浆施工设计缺少足够的依据。为探究煤岩裂隙高位注浆浆液扩散规律,以任意倾斜有限边界的光滑平板裂隙和宾汉流体为研究对象,建立裂隙高位注浆扩散数学模型并进行数值模拟求解,分析不同裂隙倾角和注浆速率下浆液在裂隙流动过程中的扩散锋面、流量分配及压力场变化规律;在此基础上,建立浆液高位流动数学模型,并推导恒定注浆速率工况下的解析解。研究结果表明:根据扩散锋面的演变规律,浆液流动过程可分为自由扩散阶段、过渡阶段和受限堆积阶段3个阶段。裂隙倾角对高位扩散距离的影响程度随着流动阶段的演化逐渐减小,注浆流速对高位扩散距离的影响程度随着流动阶段的演化逐渐增大。过大的裂隙倾角加大了高位流量的损耗并加快了流动阶段的转变,而过大的注浆速率减缓了高位流量的损耗并加快了流动阶段的转变。注浆速率和裂隙倾角的增大均会导致注浆压力增加,且在浆液进入受限堆积阶段后注浆压力发生突变。以高位流动扩散形态的等效圆半径临界状态为界,高位流动可划分为扩散阶段与堆积阶段,不同阶段内反演得出的等效圆心角与注浆速率、裂隙倾角和注浆时间具有较好的相关性。根据对比分析结果,浆液高位流动数学模型中相对误差低于20%的样本占97%,相对误差低于10%的样本占78.4%,表明浆液高位流动数学模型具有一定的合理性。浆液在不同时间段内向高位裂隙深部扩散的范围受到裂隙边界影响,只有当底部裂隙空间被填充完毕后浆液才会在裂隙边界的支撑下向深部堆积,因此在现场高位注浆设计时应先探明裂隙区域的边界范围。针对上覆煤岩表层区域范围的裂隙封堵时可采用较低的注浆速率以延长自由扩散阶段时长,实现底部裂隙空间的快速封堵。对煤岩裂隙深部区域进行注浆充填时可先使用较高的注浆速率进行注浆,当压力表发生突变后表明浆液已进入受限堆积阶段,此时可降低注浆速率,使注浆压力控制在安全可控范围内。

摘要：煤与瓦斯突出作为一种破坏力极强的矿井动力灾害,由于这种动力灾害通常难以直接观测,煤与瓦斯突出的物理相似模拟成为了收集突出观测数据和研究突出机理的重要方法。然而,突出相似模拟试验的能量原理目前仍缺乏系统性研究。通过对过去70 a中突出模拟试验的回顾,发现实验型煤具有普遍较高的孔隙率(10%~40%,中位数为21.2%),显著增大了煤孔隙中储存的初始游离瓦斯膨胀能(几倍到几十倍)。为了进一步获得突出模拟试验的能量释放特征,基于相似准则,利用真三轴煤与瓦斯突出模拟系统开展了一系列突出模拟试验。结合观测数据与能量分析,发现瓦斯膨胀能是突出能量的主要组成部分,占总能量的87.50%~95.31%,其中初始游离气体的贡献占比为1/3~2/3;证明了实验室模拟试验的本质,是将突出过程等效为煤中高压气体驱动的动力过程。特别是,由于实验型煤高孔隙率引起的高初始游离瓦斯膨胀能,模拟试验可以不依赖应力条件,甚至可以由非吸附性气体(如He)在低压下(约0.45 MPa)诱发。与现场实际突出相比,模拟试验往往表现为瓦斯膨胀能与应力能的同时释放,缺乏应力与瓦斯之间的相互作用,因而难以还原突出的激发过程。在未来的试验装置设计中,如何使实验型煤孔隙率与原始煤层相当(通常为1%~11%)是突出相似模拟能否在相似性上获得突破性进展的关键。

摘要：综掘机内喷管路弯曲细小,泡沫输送过程中阻力较大,传统的定量泵添加装置无法在煤矿井下环境使用,文丘里添加装置阻力损失大,出口压力较小,无法满足泡沫输送的动力需求。因此研究高出口压力水射流吸液装置具有重要意义。借鉴液体射流泵的原理,利用水射流形成的负压添加发泡剂,对水射流发泡剂添加装置不同结构尺寸下的吸液特性进行了研究。通过数值模拟进行结构参数的初步设计,探明其对流场特性及压力损失的影响规律;实验室实验验证模拟结果的可靠性。结果表明,在现场条件下,喷嘴孔径为3 mm,喷嘴出口与喉管入口距离为2.5 mm,喉管直径为5 mm,喉管长度为30 mm时,吸液效果最佳,压力损失最低,装置稳定性最高,能够满足高输送阻力下的发泡剂稳定添加。

摘要：当商场等公共区域发生火灾时,室内人员难以确定自身位置,错误判断火灾形势,造成安全疏散困难,而传统疏散示意图等标识手段仅能提供一般性意见,无法显示危险区域,安全疏散适用性较低。针对此情况,提出了基于Wi-Fi探针的火灾人员被动定位系统,系统使用Wi-Fi探针并采用被动定位方式进行区域人员定位,该系统可以生成区域人员分布热力图并标记火灾危险区域,提出WCS-KNN定位算法。结果表明:WCS-KNN算法比其他算法的定位精度最高提高了23.46%,运行时间最高缩短了10.75%,火灾人员被动定位系统能在火灾发生时确定人员分布及火灾危险区域并利用广播、区域智能疏散显示屏等手段引导人员安全疏散,并可在火灾中持续工作,该系统相较于传统疏散手段具有更好的适用性。

摘要：为提高煤巷工作面突出预测的准确性,对突出预测钻孔常见的喷孔、卡钻等动力现象演化机制进行了研究。首先基于钻孔孔壁位移理论公式探讨了可能导致钻孔失稳破坏的影响因素,进而分析了导致喷孔、卡钻现象出现的原因。然后描述了喷孔现象发生的力学条件及演化过程,并分析了发生卡钻现象的可能类型,利用自主设计的一套能够模拟煤巷现场突出预测的打钻装置,在实验室利用不同煤阶的煤样,使其吸附不同压力的CO_2和N_2模拟具有不同突出危险性的煤层,并在模拟煤层中施工突出预测钻孔,对喷孔、卡钻等常见动力现象与突出危险性的联系及他们之间的关联进行了研究。结果表明在同等瓦斯压力上升梯度条件下,煤体吸附CO_2发生突出的可能性比吸附N_2大。随着煤层突出危险性程度的增加,钻屑量会发生突然的增大,同时发生喷孔、卡钻现象的频率增多。预示有突出危险性的卡钻现象往往和喷孔现象是相伴而生的,他们之间构成了联动体系,是相继触发的。

摘要：针对常用矿用阻化剂进行阻化实验,根据阻化效率、成本、溶解度等因素选出Na2CO3作为试验工作面的阻化剂,从隔绝氧气、吸热降温和负催化作用3个方面对Na2CO3阻化液的阻化机理进行分析。设计阻化液在试验工作面的制备工艺、钻孔布置和注液系统,使得每个注液孔有40 min的注液时间,从而避免了采煤与阻化作业相互影响;对预注阻化液前后试验工作面采空区内的气体体积分数和温度分布进行分析。研究结果表明:氧化区域位于采空区进风侧,在预注阻化液后,气体体积分数和温度分布明显降低;在预注阻化液后,煤的氧化进程推后11 d左右,从而降低了自燃危险性,有利于试验工作面采空区防灭火。

摘要：为探究横风对云梯消防车臂架的变形及振动特征的影响,采用有限元软件研究不同横风风速条件下云梯臂架的结构振动规律。臂架的风载变形主要体现在副臂在风载作用下的摆动,以偏心力矩造成的弯曲变形为主。臂架在外载荷与周期性变化的内应力共同作用下产生了低频震源,激发了臂架的低阶模态,云梯消防车臂架形变呈现出周期性振动的特征,随着风速的增加,振动幅度逐渐增大。基于该研究成果提出了一种解决方案,可为改良云梯消防车的设计提供思路。

摘要：基于瓦斯与煤自燃共生发生场所的不同定义了煤岩跨尺度裂隙场概念,深入探讨了共生灾害防控机理及技术方法,即通过合理改变跨尺度裂隙场中的场流分布以消除瓦斯与煤自燃共生灾害——共生区域S_e=0,提出固相颗粒输运改变煤岩体裂隙漏风场尺度、低温液态惰气改变采空区温度场和气体浓度场两种防治共生灾害新技术。建立了固相颗粒输运改变网络裂隙场场流模型,讨论了颗粒填充漏风裂隙场后,漏风裂隙尺度、可通路径的变化,致使漏风阻力增大,保证了瓦斯抽采处于安全的煤岩体裂隙场和低氧气浓度场;理论揭示了低温液氮防治共生灾害机理,并自主设计了液氮防灭火模拟平台,结果表明:液氮注入火区能迅速吸热膨胀,产生大量的低温氮气,扩散进入采空区空间,对热(火)源形成惰化隔离带,同时低温氮气携带水凝气与采空区隐蔽热(火)源产生的热风压进行热交换,降低热(火)源温度在可燃点温度以下,主动吞噬热(火)源。

摘要：为研究瓦斯对煤体力学特性的影响,设计不同瓦斯压力条件下煤体单轴压缩试验,研究煤样力学参数及变形特征随瓦斯压力的变化趋势,探讨瓦斯对煤体力学性质的影响机制,得出单轴压缩下煤样力学参数,并记录煤样的破坏形态。研究结果表明:随瓦斯压力增大,应力-应变曲线压实阶段增大,弹性阶段缩小,失稳破坏后曲线缓慢下降,抗压强度和弹性模量单调减小,峰值应变单调增大;不含瓦斯煤样受载破坏产生的裂纹较为单一,含瓦斯煤样受载破坏后出现明显主裂纹及多向分叉裂纹,并出现局部煤体脱落现象。