摘要：液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分析、数值仿真的综合研究方法,分析了大倾角伪俯斜工作面“支架-围岩”稳定性特征,并以ZY7000/22/45型液压支架为基础,发明一种新型平行四边形液压支架,进行了结构合理性设计,分析了关键构件运动学响应特征。研究表明:大倾角伪俯斜综采工作面垮落矸石非均匀填充以及矸石对支架的砸、压、推作用是影响支架稳定性的关键因素,平行四边形顶梁与底座更适应伪俯斜工作面。设计的平行四边形支架顶梁、底座及立柱排布方式为平行四边形,异形掩护梁与后连杆、油缸连杆、底座构成柔性四连杆结构。平行四边形支架立柱为主要承载结构,油缸连杆为主要运动机构,其运动特征影响因素主要为上下柱窝间距和前后连杆与掩护梁铰接位置间距,其中掩护梁与后连杆是支架位姿调控的关键,且支架运动过程中无双扭线产生。研究结果为该类条件工作面支架提供了一种选型,一定程度上保障了该类煤层的安全生产。

摘要：为解决大倾角煤层液压支架设计过程中多维受载特征被忽略、建模过程繁琐、设计周期长等问题,结合大倾角伪俯斜工作面液压支架受载特性,研发大倾角液压支架设计系统。采用运动仿真、强度测试、物理实验等综合研究方法,以ZY5000/15.5/38型大倾角煤层液压支架设计为例,根据大倾角伪俯斜采场液压支架多维受力特征建立力学模型,分析大倾角液压支架的空间受载特性,建立伪俯斜工作面液压支架顶梁、掩护梁力学线性矩阵,利用***为开发语言结合线性矩阵和SOLIDWORKS二次开发建模软件搭建液压支架设计系统,开发出良好的人机交互用户界面。研究分析表明:该系统生成下的模型液压支架顶梁前端运动轨迹范围48 mm左右,支架顶梁前端运动轨迹曲线满足双扭线特性;模型支架最大应力为146.7 MPa,远小于材料屈服的等效应力,最大变形位移也不超过0.531 mm;研制相似比为1∶5物理模型液压支架工作阻力在38 kN左右,在不同条件下测试支架顶梁、掩护梁受载特性,实验中模型支架的力学数据与系统生成的力学数据基本相符,且实验在初撑、增阻、恒阻及卸压各阶段均满足支架的运动要求及承载特性。研究结果体现了该设计系统下模型液压支架较好的适应性,对丰富大倾角煤层液压支架设计理论和指导液压支架设计生产具有一定的科学和实践意义。

摘要：大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源采出率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势。

摘要：针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度。煤体材料密度随陶粒/骨料比值的增大而减小,抗压强度和抗拉强度随陶粒/骨料、水膏比的增大而减小,随水胶比的增大而增大,弹性模量、黏聚力和内摩擦角随陶粒/骨料和骨胶比的增大而减小。通过多元线性回归分析反算大比例模型采场煤体相似材料配比模型,并通过试验得到不同尺寸试件各试验指标误差在20%内波动,证实了该配比模型的可靠性。

摘要：为明确太阳能耦合充填体热泵跨季节蓄热系统参数,选取对充填体温度场变化和蓄/释热效果的影响,通过正交试验法对集热器面积、蓄热水箱体积与集热器面积比、充填体导热系数、地埋管管间距、埋管管材导热系数进行多因素研究,通过建筑负荷对太阳能耦合充填体热泵跨季节蓄热系统进行设计并采用TRNSYS软件建模,开展五水平五因素正交试验,通过选择系统蓄热率以及蓄热耗电比2个指标得出最优参数方案并进行10 a运行模拟。结果表明:集热器面积和充填体导热系数变化对充填体蓄热率有显著影响,蓄热水箱体积与集热器面积比则对其基本无影响;集热器面积和充填体导热系数以及埋管管材导热系数对蓄热耗电比有显著影响,蓄热水箱体积与集热器面积比和地埋管管间距则对其影响程度很小;将优化后的方案与原方案进行对比,蓄热率提高了12.65%;蓄热耗电比降低了28.17%,集热器集热量和充填体蓄热量分别提高了30.73%和39.49%。优化后系统应用价值显著提升,为后期研究太阳能耦合充填体热泵系统提供理论支持。

摘要：为研究LN_(2)/CO_(2)复合制备干冰对松散煤体的降温特性并实现最优复配,利用自主设计搭建的可视化凝华试验台,系统分析LN_(2)和CO_(2)在不同注输比下对管道内温度、压力及干冰成核效果的影响;以可视化凝华试验为基础,设计搭建松散煤体降温试验台,系统分析不同注输比下LN_(2)和CO_(2)在注输停注过程的传热特征及对松散煤体温度场的抑温效果。结果表明:CO_(2)凝华需要LN_(2)提供足够过冷度,当CO_(2)注输量不变,增大LN_(2)/CO_(2)注输比,管路内制冷温度降低,压力升高,LN_(2)和CO_(2)的混合流体换热效率增加,凝华发生时间提前;相变潜热引起的冷却能量具有时间-空间特征,压注阶段,箱体内各测点温度随时间持续下降,平面一降温速率明显快于平面二,低温区域逐渐呈锥形扩大;回温阶段干冰颗粒在煤层堆积,持续发挥降温惰化作用,注入口附近煤体与高温煤体之间存在温差进行换热,箱体中部温度逐渐升高、四周温度逐渐降低直至平衡;当LN_(2)、CO_(2)注输比为4∶1时,持续降温能力呈现较高水平。研究成果促进了干冰相变冷却技术在矿井防灭火领域的深入应用。

摘要：人工冻结法由于能够阻止地下水的移动,限制围岩的变形,目前已经成为煤矿井筒穿越富水软岩地层的有效方法之一。为了研究不同冻结条件下砂岩的冻胀特性,结合现有的冻土物理力学性质理论,采用GCTS(Geotechnical Consulting&Testing Systems)电液伺服控制低温高压岩石三轴测试系统对饱和、干燥白垩系红砂岩进行不同冷却速度(10℃·h-1、5℃·h-1、2℃·h-1、1℃·h-1)和不同围压(5 MPa、10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa)下的冻胀试验,研究不同冻结条件下砂岩的冻胀规律,探索冻胀机理。研究结果表明:在降温的过程中,干燥岩样始终产生冷缩变形,饱和岩样先产生冷缩变形,后产生冻胀变形,最后趋于基本稳定,且饱和岩样变形量远大于干燥岩样。当冻结温度一定时,岩样所处的应力水平越大,冻胀变形越小,两者呈线性负相关,这主要是由于高围压限制了岩样内部孔隙水相变成冰时体积的膨胀。岩样的冻胀变形量主要受围压、含水率的影响,而冷却速度主要影响岩样的冻胀速率,本试验条件下,砂岩的冷却速度越大,冻胀速率越大,且二者近似呈线性关系。对于饱和岩样,围压主要通过限制冰水相变时的膨胀变形而减小岩石的冻胀变形,温度主要通过影响孔隙水的冻结率和岩石骨架的热胀冷缩而影响岩石的冻胀变形,而干燥岩样变形主要是由于热胀冷缩效应导致岩石矿物颗粒体积收缩,且温度变化越大,变形越大。结合试验结果,运用理论分析方法,建立了考虑围压影响的岩石冻胀变形计算公式。通过对不同围压下冻结稳定后的砂岩冻胀变形进行计算,发现计算结果与试验结果具有较好的吻合度。此外,由冻胀变形计算公式可知,降温过程中岩石的冻胀变形影响因素大致可分为内因和外因两大类,内因包括岩石的孔隙度、饱和度、冰和岩石骨架的体积模量,外因主要是温度、围压。对于饱和岩石,冻胀变形主要受围压、温度、孔隙度等因素影响。饱和度、孔隙度和冻结率决定了岩石是冻胀还是冻缩,当这些指标较小时,岩石可能只产生冻缩变形。内因和外因相互影响、相互制约,加之冻胀过程中岩石微观结构及力学性质的动态变化,导致岩石冻胀机理十分复杂。研究结果可为深厚煤层矿井建设冻结法施工方案设计提供理论参考,也可为冻土地区软岩物理力学性质及其工程应用研究提供理论基础。

摘要：为提升煤自燃火灾风险隐患的智能化防控能力和水平,实现煤自燃指标数据近场实时采集、智能分析与精准预警。通过采集多个矿区新鲜煤样,采用煤自燃程序升温试验、自然发火试验等手段,测定煤自然发火特征参数。结合煤自燃机理细化指标曲线特征点位,构建了I类容易自燃煤层分级预警模型,确定相关预警指标及阈值。设计研发ZDC7型矿井火灾智能监测预警系统,主要包括矿用本安型多参数无线传感器(GD7)、矿用本安型无线监测主机(ZDC7-Z)、智能管控软件平台等。矿用多参数传感器能够独立近场采集数据(CO,CH_(4),CO_(2),O_(2),H_(2)S,温湿度和压差等),利用监测主机采用的带状受限空间能量有效的容错拓扑控制技术与开放无线感知网络协议标准,确保ZDC7系统便捷地融入煤矿井下工业环网,同时有效、稳定地保障数据信息传输至多终端(手机APP、地面工控机、井下交互界面等)。智能管控软件平台内嵌智能分析预警模块,能够结合深度学习和多元回归分析等理论以实现多源信息融合自处理,智能分析火灾预警级别和煤自燃异常区域态势预测,并根据监测信息的预处理分析实现火灾防控技术方案的辅助决策支持。作为一种在线实时感知煤自燃特征信息、智能识别判定煤自燃程度、内嵌煤自燃分级预警与辅助决策模型的矿井火灾智能监测预警系统,已开展现场工业试验与应用,技术装备符合国家智能化矿井建设的相关规范和标准,满足煤矿企业对矿井火灾的智能化监测预警与防控工作实际需求,可有效保障煤矿企业的绿色安全开采。

摘要：为研究湿陷性黄土相似材料的力学特性,利用正交试验设计配制了以河砂和重晶石粉为骨料、黏土和石膏为胶结材料、硅藻土为调节材料的不同配比相似材料,采用极差分析法及相似模拟等研究方法对相似材料力学特性进行了研究。结果表明:(1)各影响因素对相似材料湿陷系数的影响显著性由大到小依次为硅藻土质量分数、含水率、骨胶比、土膏比、重晶石粉质量分数;对黏聚力的影响显著性由大到小依次为含水率、骨胶比、硅藻土质量分数、土膏比、重晶石粉质量分数;对内摩擦角的影响显著性由大到小依次为骨胶比、含水率、硅藻土质量分数、重晶石粉质量分数、土膏比;(2)相似材料湿陷系数、黏聚力与硅藻土质量分数呈正相关关系,与骨胶比呈负相关关系;内摩擦角与骨胶比呈正相关关系,与含水率呈负相关关系。工程应用证明,相似材料的温陷系数、黏聚力、内摩擦角试验值与理论值偏差分别为5.6%、6.3%、5.3%,吻合度较高;相似模拟试验结果与现场实测结果基本一致。

摘要：为解决动态密封方法中现有黏液材料无法有效封堵煤岩漏气通道的问题,本文对钠基膨润土进行了改性研究。以钠基膨润土为基料,选取黏合剂羧甲基纤维素钠(CMC)、保水剂聚丙烯酰胺(PAM)和表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠(MES)作为添加剂,研制出一种能与煤壁紧密结合的动态密封黏液型材料。通过单因素实验分别考察了表面活性剂掺量、保水剂掺量及水料比的变化对材料黏度及流动性的影响,掌握了各因变量随自变量的变化趋势。在此实验基础上,根据正交实验原理设计了三因素三水平17组配比实验,对17组实验所得黏液的黏度进行了统计,根据30 min内所得材料黏度值进行拟合与回归性分析,得到了拟合二次回归方程。其次,通过方差分析、等高线分析及响应曲面分析判断出各因素交互性对实验结果的显著性,分析表明3因素显著性排序为:保水剂>水料比>表面活性剂。最后,利用Design-Expert软件得出黏液材料的最佳配比为:表面活性剂4%,保水剂0.8%,水料比10∶1。为验证动态密封黏液型材料的高效性,选取漳村煤矿进行现场实验,并对30天内瓦斯抽采数据进行统计分析。实验表明:试验孔瓦斯抽采浓度比传统黏液材料封孔提高了24.57%,瓦斯抽采时间延长了1.5倍,瓦斯抽采流量得到显著提升,达到了煤矿瓦斯高效抽采的目的。