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[硕士论文] 邢世平
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井水害一直是煤矿安全生产的主要危害,其中以煤层底板突水最常见。以孔庄矿东部采区(Ⅲ4、Ⅲ5采区)7煤底板太原组四灰含水层为研究对象,分析了研究区的地质条件以及水文地质条件;采用Piper三线图以及Schoeller图分析研究各含水层的水化学特征;利用钻孔漏水率和四灰含水层等水位线分析研究区太原组四灰岩溶发育规律和水动力规律;基于改进博弈论的FAHP-CRITIC建立脆弱性评价模型,并对孔庄矿东部采区7煤层底板四灰突水危险性进行分区,得出主要结论如下:
  (1)研究区属华北型石炭二叠系含煤地层,区内断层以平行展布为主,倾向一致,断层面的倾角均较大,主要发育的断层分别为F徐庄、F徐支、KF13、F6-2、F6-6。
  (2)四灰含水层水位变化较大,富水性不均,易接受浅部含水层的入渗补给,是7煤主要充水水源之一;四灰溶蚀程度随着深度增加而减弱;四灰含水层水位在整体上呈现为西高东低,仅在孔庄东部采区部分区域,水位为北高南低;四灰含水层大部分离子浓度变异系数相对较大,与外界含水层有一定联系。
  (3)7煤层底板脆弱性分区预测表明:突水脆弱区主要分布在研究区的中部以及北部的部分区域,占整个研究区面积的22.5%;突水较脆弱区分布在研究区的中部、东部以及北部的部分区域,占整个研究区面积的25%;过渡区分布在研究区的西北部、中部、南部以及东部的部分区域,占整个研究区面积的25%;突水较安全区分布在研究区的西部以及中部的部分区域,占整个研究区面积的15%;突水相对安全区分布在研究区的西南部,占整个研究区面积的12.5%。最后采用脆弱拟合率VFP对评价模型进行验证,拟合率达100%,表明7煤层底板太原组四灰突水脆弱性评价模型可信;将脆弱性指数法与突水系数法对煤层底板突水危险性分区进行比较,认为脆弱性指数法对影响煤层底板突水因素的考虑更为全面,更具有现实和指导意义。
[硕士论文] 於波
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:淮北临涣矿区水文地质条件较复杂,矿区内10煤层的开采普遍受到底板太原组灰岩含水层突水的威胁,并发生灰岩岩溶含水层突水灾害,因此研究灰岩含水层水文地质条件、地下水动态特征和灰岩水的疏放性,采取有效的灰岩水防治方法和措施,实现煤矿的安全生产,具有十分重要的意义。
  本文通过研究区太原组1~4灰岩岩性、渗透系数、浆液消耗量、测井曲线等资料的收集整理,对临涣矿区太原组灰岩的地层沉积特征、岩溶发育特征和控制机理进行了系统的分析。另外,在分析灰岩水水动力、水化学特征的基础上,利用Visual modflow软件模拟地下水位的动态变化,为太灰水的疏放性分析和10煤底板灰岩水的防治提供参考。取得的主要成果有:
  1、矿区灰岩岩溶裂隙以溶隙和溶孔为主要发育形态,裂隙发育和灰岩层埋深呈负相关关系;太原组三灰、四灰比一灰、二灰岩溶发育好,区内-500m以深的岩溶发育差;太灰岩溶的发育主要受灰岩成分、地质构造、地下水径流条件控制。
  2、通过灰岩水化学流场的分析,将矿区划分为东部、西北部和西南部三个水文地质亚单元;对灰岩水水动力特征和地下水径流条件的研究表明太原组灰岩水补给不充分,交替循环弱,垂向上可划分为滞留带、弱径流带和强径流带。
  3、通过矿区抽放水试验及水文地质条件的分析,建立了太原组灰岩含水层的概念模型和数学模型。在对模型进行识别和验证后,获得了研究区的水文地质参数,并模拟了地下水流场的动态变化过程,其结果为太灰水的疏放性评价提供了重要的参考依据。
  4、结合淮北矿区防治水的经验,提出研究区灰岩水防治采用“疏水降压、限压开采”为主,“局部注浆改造、抗压开采”为辅的防治水模式。
[硕士论文] 武义成
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:突水是制约煤矿安全可持续生产的常见灾害之一,在危害矿井安全生产的同时也威胁着工作人员的生命安全。因此,快速、准确地识别矿井突水水源,对于矿井防治水工作与水害防治具有重要的实际意义。
  本文以临涣矿区为研究对象,在矿区地质与水文地质资料的收集、整理与分析的基础上,分析了各含水层水样的水化学常规离子、TDS、PH等,研究了矿区岩溶水水化学特征,建立了矿区灰岩水突水的多种判别模式。主要成果如下:
  (1)将K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS与灰岩埋藏深度进行分析,得出埋藏深度的增加,K++Na+、Ca2+、Mg+、SO42-、Cl-TDS含量呈增大的趋势,HCO3-含量则减少。
  (2)采用piper三线图对矿区各含水层K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等常规离子含量分析,得出各含水层的水质类型:第四含水层为Cl-Na型以及Cl·SO4-Ca·Mg型;煤系地层砂岩裂隙含水层为HCO3-Na型以及Cl-Na型;太灰含水层为SO4-Ca·Mg型和以及Cl-Na型;奥灰含水层SO4-Ca·Mg型以及Cl·SO4-Ca·Mg型。矿区内灰岩岩溶裂隙水与四含水、煤系砂岩裂隙水均在一定程度上存在水力联系。
  (3)通过因子分析法,提取特征值,明确地下水化学演变过程中的主要水化学形成作用。
  (4)以K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS作为研究指标,在研究区内建立Fisher、模糊综合评判、BP三种模型,并对三种模型进行比较得出:BP神经网络具有更好的判别效果。
[硕士论文] 许紫灵
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:井筒是矿井的“咽喉”,是矿区人员和物料进出矿井、井上下信息沟通的重要工程。井筒的安全性对于矿井生产的稳定性具有决定作用。井筒在长期使用后,井壁混凝土会因为种种原因而发生结构劣化,这种现象轻则影响生产效率,重则威胁矿井安全。
  通过现场初步勘察,安徽马钢集团罗河铁矿副井井壁多处发生破坏,混凝土掉落、钢筋裸露,并有淋水现象。针对副井井壁破坏特征,在弄清区域地质及水文地质条件的基础上,通过室内模拟实验,揭示了井壁混凝土腐蚀破坏机理,并提出了相应的防腐蚀措施。主要研究成果如下:
  (1)使用Piper三线图和聚类分析法,将井筒淋水、井下出水点水及矿区地表水样与已知的砖桥组裂隙承压水做类比分析,结果表明井筒水样和矿区内地表水均来自于砖桥组承压含水层,而矿区外地表水与砖桥组承压水没有水力联系。
  (2)利用两种混凝土(井筒原状混凝土和抗硫酸盐混凝土)和两种水(井壁渗淋水和矿区内地表水)进行正交浸泡实验。对浸泡液中常规离子浓度变化趋势分析后,发现井筒原状混凝土所处的浸泡液中Mg2+和SO42-的浓度随着浸泡时间的增长而下降,这表明了井筒渗、淋水与矿区内地表水均对井筒原状混凝土产生了腐蚀。相比之下,抗硫酸盐混凝土表现出良好的耐性,但对镁盐腐蚀耐久性较差。
  (3)基于相关性分析,井筒原状混凝土参与的两组浸泡液中,Cl-与SO42-的相关系数别为-0.959,-0.842,这表明了溶液中的Cl-对SO42-参与的腐蚀反应起到了抑制作用。并且在该两组实验中,Cl-与Mg2++和Ca2+的相关系数分别为-0.936、-0.932、-0.868和-0.429,因此可以判断Cl-并未与其他阳离子结合生成氯盐对混凝土产生膨胀性破坏。
  (4)采用回归分析法,发现四组实验中室温对溶液pH值没有影响,两者间的回归系数分别为0.3951、0.3461、0.3104和0.4879。同时,由抗硫酸盐混凝土参与的两组实验中Mg2+与SO42-间的回归系数分别为0.2661和0.0099,说明在这两组实验中,强腐蚀性硫酸盐MgSO4没有对混凝土产生腐蚀作用。
[硕士论文] 王园园
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:人类的生存与发展离不开能源的支持,煤矿资源作为重要的能源之一在其中发挥着非常重要的作用。根据近年来煤矿事故死亡统计分析可知,瓦斯事故与以前相比已经越来越少,但仍有发生。由于矿区具有地质条件比较复杂、煤层很软、井下瓦斯含量高所以经常会产生一些突出危险等特点,这极大的阻碍了采煤的进程。尽管随着综合机械化采煤的迅速发展,从一定程度上加快了采矿区回采工作面的推进速度,但与此同时工作面瓦斯涌出量也急剧增加,从而造成瓦斯超限现象也常常会有发生。
  为了解决以上问题,本文在设计中特意将无线传感器网络引入综采面的瓦斯监控系统中,这对提高系统的可靠性,保障煤矿的安全高效生产具有重要的意义。
  本文首先对井下与井上两个部分进行详细的设计。井下部分主要实现的是数据采集功能。在底层节点中使用的是CC2530ZigBee节点,其支持ZigBee协议,通过将CO、瓦斯、甲烷和气压等传感器与其进行连接,可以实现对CO、瓦斯、甲烷等气体浓度的采集,并使用以ZigBee技术为基础构建的无线传感器网络对采集的数据进行传输,从而实现数据采集功能,同时又引入了瓦斯的涌出规律,有利于与后期终端收集的数据进行对比分析,预防瓦斯突出危险的发生。井上部分主要实现的是对各个节点的控制与管理并对井下采集的数据进行分析与判断的功能。在井下部分不是由终端直接对各个节点进行管理与控制等,而是通过网关实现对节点的管理与控制并对传递到网关的数据进行初步的处理等操作,然后在把所得的相关信息传输到终端,接着对本文在设计中使用的leach分层拓扑控制算法进行分析与介绍。本文为了进一步降低节点能耗,延长网络的寿命,对leach算法进行了改进,从而极大的提高了无线传感网络的整体性能。并对leach算法与改进的leach算法进行仿真,通过两者的仿真对比,改进的算法符合设计的要求。最后,本文对组网性能以及网关接入进行了测试及分析。
[硕士论文] 齐瑞
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:水害长久以来都是煤矿及各类矿床在采掘过程中所面临的主要灾害事故之一,也是制约矿产安全可持续开采的主要因素。水害防治的首要任务是迅速确切地判断矿井涌水来源,进而有针对性的开展下一步水害防治工作。
  潘北井田沉积环境以及控水构造在很大程度上制约了矿区地下水运动,矿井主要充水水源为老空水、煤系砂岩水、新生界下含水和太灰水。由于采动破坏,各含水层之间的水力联系较为密切,矿井水文地质条件变得更加复杂,需要建立综合突水水源判别模型来快速确定矿井突水来源,确保矿井水害防治工作高效进行。
  收集并分析潘北矿的水文地质资料、矿井主要含水层水样测验资料以及相关地球化学数据,通过Piper三线图、Durov图、Stiff图等来分析矿井主要充水含水层水化学特征,结果显示各充水含水层水样的水化学特征相似度比较高,较难区分开来。运用主成分分析法剔除水样中的无效信息和可能对后续建立模型造成干扰的信息,并借助SPSS和Matlab建立基于主成分分析的贝叶斯判别模型、多项Logistic回归模型及BP神经网络模型,交叉验证各判别模型的正确率,多项Logistic回归模型识别水样总体准确率达到79.6%;贝叶斯判别模型初始验证总精度为55.6%;BP神经网络综合判别正确率为88.24%。对比分析各个判别模型的优点和不足,确保快速准确判别突水水源所属含水层,保障矿井安全生产,并为类似矿井的水害防治工作提出可靠的参考依据。
[硕士论文] 薛凉
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着煤矿开采地质条件越趋复杂性以及开采深度向纵向深度发展的趋势,矿井瓦斯问题日益严峻,尤其是煤与瓦斯突出现象造成人员伤亡、井巷破坏现象将更加严峻。大量实际观测资料和研究成果表明,瓦斯突出具有明显的分区分带性,地质构造是控制突出分区分带的主导性地质因素。但对地质构造复杂程度及其与瓦斯突出关系的认识,仍然停留在定性分析和经验描述的阶段,缺乏系统的规律性分析和定量化描述。
  本文以实现利用分形理论定量的研究地质构造对煤与瓦斯突出控制作用为研究主题,探讨了井田7、8和10主采煤层的瓦斯地质规律以及运用分形理论定量研究断裂和褶皱构造复杂程度的方法;研究了各主采煤层的构造煤厚度变化特征,最后采用多指标参数的灰色模糊综合评判方法对瓦斯灾害危险性进行了定量评价,取得了以下几方面的结论:
  (1)采用计算机模拟方法,得出影响分维数变化的敏感性因素是断层的数目和断层的长度,为采用分形手段研究地质构造复杂程度机理提供了初步的理论基础。
  (2)提出了井田断裂、褶皱分维数的统计方法,做出了井田断裂、褶皱和煤厚变化的分维值等值线图。总的来看,三个煤层的构造复杂程度均比较高,其地质构造发育的总体特征与井田内主要断层分布及其发育程度有着紧密的联系。
  (3)提出了表示煤厚变化复杂程度的分维数统计方法,实现了定量研究煤厚变化复杂程度。同时也表明了本次提出的煤厚变化分维数统计方法的准确性,以及运用分维数来表征煤厚变化是可行的。通过对煤体结构特征进行测井曲线解译,分析构造煤的分布特征。
  (4)选用瓦斯含量、断裂、褶皱、煤层厚度、煤厚变化、构造煤厚度等因素,运用灰色模糊综合评判方法对井田7、8和10煤层瓦斯突出危险性进行了定量评价。
  7煤层安全区分布面积较小,一部分分布在井田东南部的浅部地区;另外在10东2、12-3、13东2孔处为安全区域。突出危险区域大部分分布在勘探线7-8线与勘探线9西线之间的深部区域;另外在井田东南部和西南部浅部区域也存在着突出危险性。其余的区域都是从危险区过渡到威胁区,威胁区占有井田面积的大部分。
  8煤层7线到8线的浅部地区、8线到10线大部分地区都是危险区。明显8煤层的突出危险区较7煤层的大,在井田西部F24、F25较大断层处也从威胁区转变成危险区。
  10煤层瓦斯危险区域明显减小,只是在井田东部局部、中部局部、西部局部地区是危险区域,其余皆为威胁区与安全区。
[硕士论文] 许伟
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对告成煤矿煤层透气性差、煤质松软、瓦斯难以抽采等问题,采用理论分析、相似模拟试验、现场工业化试验相结合的研究方法,借助动态应变仪、网络并行电法仪等先进设备,系统研究了水力冲孔与爆破增透结合的煤层增透机理,并对技术工艺参数进行了优化。具体研究内容如下:
  首先,对冲爆联合区域性卸压增透机理进行了深入分析。分析了爆破能量、应力波、爆生气体以及控制孔在裂隙扩展过程中起到的作用,研究发现爆炸能量以应力波与高温高压的爆生气体向外释放,当应力波传播到控制孔表面,发生反向拉伸,使裂隙区进一步发展;爆生气体楔入应力波作用产生的裂隙中,促进了裂隙的扩展。
  其次,开展了冲爆联合区域性卸压增透相似模拟实验,获得了应力波的传播规律及区域性煤层损伤特征。依据相似理论和相似准则,确定了煤岩体模拟材料及配比;依据相似理论、断裂力学及告成煤矿地质数据等设计相似模拟试验方案;试验结果表明:控制孔对裂隙发育具有明显的导向作用,控制孔的存在提供了煤体爆破产生压碎区和裂隙区所需的空间,同时能够消除应力集中;动态应变仪采集的数据表明,应力波在煤体中产生明显的反复拉伸作用,且此作用在离爆破孔越近的地方越明显;通过电法仪采集数据可得,电法仪是一种可以直观、清晰观察煤层裂隙的新方法,具有实际应用价值。
  最后,开展了冲爆联合区域性增透现场工业化试验。实测数据表明,冲爆联合区域性增透的影响半径可达15m,抽采孔瓦斯抽采浓度与抽采纯流量在48小时以内保持较高水平;将爆破孔接入抽采管路进行瓦斯抽采,结果表明相对于抽采孔,爆破孔有更高的瓦斯抽采浓度,抽采效果优于抽采孔。
  冲爆联合区域性卸压增透技术在低透气性松软煤层中能够起到较好的增透效果,使瓦斯抽采效率大幅度提升。研究成果对于国内同类煤层,尤其是高瓦斯、低透气性松软煤层,具有较高的推广价值。
[硕士论文] 刘浩
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井涌水量是矿井水文地质条件复杂程度的重要评价指标,也是矿山制定开采方案及排水系统设计的依据。在矿山开采的过程中,矿井涌水量预测的准确性对于保障煤矿的安全开采、防止淹井事故的发生以及实现高效开采都有非常重要的意义。
  矿井涌水量是矿井在开采过程中水文地质条件的综合体现,不同水文地质条件的矿井涌水规律不同,同一水文地质单元的涌水规律相似。因此,不同水文地质单元的矿井采用同样的公式计算矿井涌水量,会产生较大的误差。为更加科学地预测潘谢矿区各矿井涌水量,根据地质构造、水文地质条件,将潘谢矿区划分为松散层补给区、灰岩补给区和推覆体补给区三个水文地质单元。
  在研究现有矿井涌水量预测方法适用性条件的基础之上,结合潘谢矿区不同水文地质单元矿井具体水文地质条件的差异性,探寻矿井预测涌水量与实测涌水量之间产生误差的原因。在综合考量现有涌水量预测理论技术与方法的同时,结合潘谢矿区具体水文地质条件分析确定矿井涌水量的影响因子,提出采用基于改进模糊层次分析法确定矿井涌水量的影响因子权重分布。将矿区现有的资料完整度与矿区实际情况相结合,建立适合潘谢矿区的涌水量预测优化模型,采用涌水量预测优化模型,对潘谢矿区不同的水文地质单元的矿井涌水量预测方法进行优化,确定不同水文地质单元的矿井涌水量最优预测方法。通过工程实例验证,采用优化的涌水量预测方法计算的结果与实测涌水量比较符合。因此,所建立的潘谢矿区矿井涌水量预测优化模型可以为该矿区内的各矿井涌水量预测提供支持。
[硕士论文] 丁一轩
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国是煤炭大国,煤矿行业职业危害严重,职业病新增病例逐年增加。煤矿职业危害因为其发病率高、危害性大,是职业危害防治重点。对煤矿井下工作场所职业危害因素进行分析研究,对于指导煤矿职业危害防治具有重要意义。
  本文选取了某煤矿的井下职业危害因素为对象进行分析研究,分成职业危害因素分析、职业危害因素检测和职业危害评价三部分来进行分析研究。对分析出的主要职业危害因素进行井下的采样和分析,并对煤矿的职业危害防护设施、个人使用的职业危害因素防护用品等进行调查,并研究分析大量国内外职业危害研究的资料,最后根据检测结果使用作业条件危险性评价法、风险评估法、模糊综合评价法三种不同方法对噪声、有毒有害气体和粉尘进行了评价。结合评价结果,提出符合煤矿作业场所职业危害的控制技术和管理措施。
  矿井下的几种主要生产工艺,如凿岩、通风、爆破、装载和运输等产生高强度的噪声。在几种工艺中凿岩过程产生的噪声和危险特别明显。井下噪声的主要来源是凿岩作业,凿岩机是井下采掘最常用和噪声最大的移动设备。噪声危害是具有潜在危险性的职业危害因素。对井下不同生产方式产生的粉尘样品分散度进行检测,发现粒径小于5微米的粉尘数量较多,呼吸性粉尘占比较大。其中采煤机采煤、刮板输送机输送等生产工序产生的粉尘分散度较高。对一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化硫及硫化氢5种有毒有害气体的检测结果表明:五种有毒有害气体的短时间接触浓度或最高容许浓度都符合中国职业接触限值规定。对噪声、有毒有害气体和粉尘危害风险进行了分析,结果表明:噪声危害属于“显著危险”等级;有毒有害气体中的硫化氢、一氧化氮、二氧化氮和一氧化碳为高风险的职业危害因素,二氧化硫为中等风险的职业危害因素;粉尘危害严重。
  本文以煤矿的安全生产为出发点,结合了三种职业危害因素评价结果,提出了有针对性的煤矿整改措施。
[硕士论文] 黄凯
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文以龙东煤矿东二采区F孙断层为研究对象,在收集矿井地质资料的基础上,利用钻探技术,对F孙断层位置及其导、含水性进行了探查,基于探查工程所取断层带及两侧岩体岩芯,开展了岩石单轴压缩试验、劈裂试验及浸水试验,获得了断层带及两侧岩体的岩石物理力学参数,对F孙断层的工程地质特征进行了评价。根据地质条件建立了研究区地质模型,采用相似材料模拟和数值模拟方法,对近断层带岩体及煤层项底板采动效应进行了模拟研究。基于断层采动效应和公式计算,对F孙断层防水煤柱宽度进行了合理确定,为东二采区工作面布置及水害防治提供了科学依据。取得的主要成果有:
  1.通过对已有勘探资料的综合分析,结合本次井下探查,进一步确定了F孙断层的位置及其基本特征。
  2.基于抽水试验及井下探查,得出F孙断层为含水性弱、导水性差的断层;断层带岩石破碎,完整性较差,整体强度较低,断层带岩石遇水后,易产生塑性变形。
  3.建立了含F孙断层的相似材料模型,开展了煤层开采过程模拟试验,分析了在煤柱不断缩小情况下断层的采动效应特征,得出了煤层开采采动超前影响范围为30~50m。
  4.利用FLAC3D软件建立数值模型,开展了不同煤柱宽度下煤层开采的数值模拟,研究了不同煤柱宽度下的断层采动效应特征,得出了煤层开采采动超前影响范围为30~40m。
  5.考虑F孙断层落差变化特点,以勘探线剖面为计算对象,采用规范公式对F孙断层不同位置的防水煤柱宽度进行了计算,并结合断层采动效应特征,综合确定了相应位置的断层防水煤柱宽度。
[硕士论文] 时猛
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:据近年事故统计,煤矿死亡10人以上事故,大约70%是由于瓦斯爆炸。目前,我国煤矿大部分为瓦斯矿井,其中有一半为高瓦斯、突出矿井。因此,为了实现煤矿安全开采,必须对瓦斯爆炸重点防治。
  目前抑制瓦斯爆炸传播的技术措施主要有水袋、高压水幕、岩粉棚、干粉等,在此基础上的被动式技术措施,效果较差,且均为一次性使用,无法应对二次爆炸灾害事故;而主动式技术措施又存在稳定性差、灵敏度低、维护成本较高等困难,无法在煤矿中广泛应用。因此,急需研究新型技术措施防治瓦斯爆炸事故,这对煤矿安全工作具有重要意义。
  本文采用理论分析与实验研究方法,开展空腔结构对瓦斯爆炸能量削减规律的研究。实验采用管径为200mm、长度为34m的大型圆管瓦斯爆炸实验系统,该系统主要由爆炸管网子系统、数据采集子系统、点火子系统、配气循环通风子系统组成。通过分析,选择4组代表性的空腔结构,即300*300*200、300*500*200、、500*300*200、500*500*200这4组空腔结构。实验研究4组空腔结构对瓦斯爆炸的能量削减,发现500*500*200空腔结构消波效果相对最佳,对火焰锋面削减幅度为16.3%~20.4%,对冲击波超压削减幅度为20.44%~45.8%。所以,500*500*200空腔结构为最佳腔体。
  用ABC干粉配合500*500*200空腔结构进行了4组实验,其中ABC干粉的用量分别为20g、50g、80g和110g。实验发现,4组实验火焰锋面衰减分别为17.2%、44.3%、71.4%、98.7%,超压衰减分别为23.9%、51.4%、33.2%、28.4%。这表明500*500*200空腔结构配合ABC干粉之后,具有十分突出的火焰锋面消减效果,而对于超压衰减并不具有突出效果。
  论文研究了空腔结构对瓦斯爆炸的能量削减作用。在此基础上,配合ABC干粉进行了增强削减实验。实验数据及规律性结论可为降低瓦斯爆炸灾害提供新思路,对防治煤矿瓦斯爆炸事故具有重要科学价值和现实意义。
[硕士论文] 孙涛
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井瓦斯灾害是我国当前矿井安全生产所面临的最大威胁。而瓦斯本身是一种高热能的清洁能源,既要防止瓦斯给矿井带来重大灾害又要避免此类能源的浪费,当前最有效的手段就是瓦斯抽采。
  本文首先对11-2煤层的基本情况进行收集整理,其次通过现场试验分析得出试验煤层的瓦斯基础参数为:11-2煤层17102(1)运顺煤层绝对瓦斯压力为1.2MPa、煤层瓦斯含量为7.4m3/t、煤层透气性系数为0.028m2·MPa-2·d-1。
  采用煤层瓦斯含量降低法测试11-2煤层顺层钻孔的瓦斯有效抽采半径,测定并分析相距抽采钻孔不同距离处的煤层瓦斯压力以及瓦斯含量,通过对比不同距离处的参数变化得出:在连续抽采30d后,潘三煤矿11-2煤层顺层钻孔的瓦斯有效抽采半径为5m;选择在1662(1)运顺分别对三组封孔长度不同的钻孔进行考察,封孔长度分别为20m、18m、15m,通过对三组试验钻孔相应抽采时间下的浓度以及抽采纯量进行比较分析,得到潘三煤矿11-2煤层顺层孔的封孔长度应大于18m为宜;通过对17161(1)工作面及17181(1)工作面顺层钻孔的历史钻孔抽采数据进行统计分析,得到当抽采负压的大小在30~35kPa区间内,使得瓦斯抽采效果最佳。
  选择在1662(1)运顺巷的外帮作为现场试验地点对护管的作用进行验证。通过对相应抽采时间、钻孔深度下下护管与不下护管的钻孔瓦斯含量进行对比,绘制出抽采钻孔周围的瓦斯浓度分布图,得出全程下护管有利于瓦斯抽采,且随着时间作用的影响,下护管的作用更加明显。
  通过对11-2煤层抽采后的瓦斯剩余含量、残余压力、解析量、总抽采率等关键参数评判的计算分析,计算结果表明11-2煤层顺层钻孔的瓦斯抽采效果满足相关规定,具有较好的瓦斯抽采效果。
[硕士论文] 陈秀艳
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:纵观整个煤炭资源开采时期,矿井水害一直是主要威胁之一。急倾斜煤层是我国重要的煤炭资源之一,分布广泛且储量丰富,急倾斜煤层开采时,矿井突水的威胁程度更大,严重威胁煤层的开采,因此,急倾斜煤层开采水害防治具有极其重要的研究意义。淮南煤田急倾斜煤层地质构造与水文地质条件复杂,煤层开采难度极大,且随着浅部资源的枯竭,矿区逐渐转向A组煤的开采,由于A组煤的开采受底板太灰含水层的威胁,进一步加大了煤层的开采难度。因此,有必要针对淮南矿区急倾斜A组煤的开采开展水害防治研究。
  淮南煤田的急倾斜煤层主要分布在淮南矿区的李嘴孜矿和新集矿区的新集三矿(原八里塘煤矿)。在收集李嘴孜矿与新集三矿勘探阶段和生产阶段资料的基础上,对矿井的开采水文地质与工程地质条件进行了分析研究,提出有针对性的防治方法,研究成果如下:
  (1)利用水质类型评判与灰色关联度法论证了A组煤底板太灰含水层与奥灰含水层之间存在一定的水力联系。
  (2)根据钻孔数据统计,李嘴孜矿A组煤底板隔水层厚度较小,新集三矿3煤距上覆灰岩含水层之间距离较近,二者均存在突水可能性。
  (3)借助FLAC3D软件对李嘴孜A组煤底板破坏演化规律进行研究,结果显示A组煤开采底板破坏范围达到22m,底板采动破坏可能会影响下伏灰岩含水层;
  (4)利用UDEC软件对新集三矿3煤开采顶板破坏规律进行研究,结果显示煤层项板导水裂隙带发育高度在31.03m~33.0m之间,顶板导水裂隙带发育可能会影响上覆灰岩含水层;
  (5)依据李嘴孜矿与新集三矿A组煤水文工程地质条件,结合开采实践,提出急倾斜A组煤开采底板水害防治方法为疏水降压、限压开采、注浆截流控砂,顶板水害防治方法为疏水降压与注浆加固顶板相结合。
  论文总结探讨了淮南矿区急倾斜A组煤水害的防治方法,研究成果可为类似条件的急倾斜煤层开采提供较好的借鉴意义与指导作用。
[硕士论文] 王杰
安全科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在煤矿生产中,矿井瓦斯灾害一直是制约煤矿安全开采的主要灾害,随着煤矿开采技术以及设备的不断进步,煤矿开采深度越来越深,由于深部矿井瓦斯压力以及瓦斯含量较大,瓦斯超限问题越来越严重,因此解决瓦斯超限问题迫在眉睫。国内外大部分矿井都布置高抽巷来抽采瓦斯,以降低采空区向工作面的瓦斯涌出量,保证井下安全生产。
  本论文结合五轮山煤矿1805工作面现场数据,理论分析1805上覆岩层的受到采煤影响后的破坏情况,对垮落带、裂隙带高度以及横三区碎涨系数进行计算,得到垮落带与裂隙带高度分别为9m和38m,并计算采空区渗流率以及粘性阻力系数,为模拟提供参数;根据矿井现场数据得出1805工作面瓦斯涌出量,根据五轮山1805工作面实际数据建立几何模型,并根据现场数据对其所需的参数等进行赋值后使用fluent软件进行模拟计算,通过比较模拟出的7个不同工况点的高抽巷抽采瓦斯效果,对比得出最佳布置位置,即与8煤底板垂距为14m,与回风巷水平距离20m,指导煤矿现场生产。针对五轮山煤矿的瓦斯超限问题,1805工作面采用高抽巷以及其他措施抽采瓦斯,经过收集现场数据,分析整理可以得出,采用高抽巷抽采方式,有效的抽采出采空区瓦斯,解决了上隅角超限问题,保证了采煤工作的安全进行。
[硕士论文] 吴胜
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文运用实验室试验、理论推导、数值模拟对含瓦斯煤应力与瓦斯压力耦合效应进行了研究。基于应力孔隙率响应模型及孔隙率瓦斯压力响应模型得到应力与瓦斯压力耦合规律。研究结果表明,瓦斯压力随着加载应力增加呈现先增大后减小趋势,根据含瓦斯煤全应力应变曲线,当体积应变向正向增加时,瓦斯压力随着应力增加而增加,两者呈正相关性;当体积应变向负向增加时,瓦斯压力随着应力增加而减小,两者呈负相关性。
  通过三轴压缩试验得到围压2MPa、4MPa、6MPa及初始瓦斯压力0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa下煤样的全应力应变曲线及物理力学参数,根据不含瓦斯煤剪切破坏角及Coulomb强度准则算得煤样内摩擦角约为26°。对不同围压及初始瓦斯压力下煤样弹性模量、峰值应变、峰值体积应变进行拟合,结果显示为较好的线性关系。
  通过假设初始孔隙率、体积模量、静水压力等物理参数构建应力与孔隙率响应模型,得到应力与孔隙率响应曲线。结果表明,煤样孔隙率随加载应力增加呈现明显先减小后增加的过程,并通过RFPA进行数值模拟,结果与应力孔隙率曲线变化趋势相符。根据应力孔隙率模型、孔隙与孔容关系、游离态瓦斯含量表达式建立应力-孔隙率-瓦斯压力耦合模型,以孔隙率为中间变量,得到含瓦斯煤应力瓦斯压力耦合规律。通过工作面煤层采动应力与瓦斯压力的实测得出在距离测站30m-40m处煤层瓦斯压力达到峰值,在瓦斯压力峰值前,瓦斯压力随着采动应力的增加而增加,在瓦斯压力峰值后,瓦斯压力随着采动应力的增加而减小。
[硕士论文] 江雪
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:巡检机器人作为煤矿井下巡检的重要设备,承担矿井下安全检测工作。履带式巡检机器人在运行过程中,由于路况引起振动对机载检测设备所测量的数据的影响至关重要。对于巡检机器人结构的研究一直在不断的更新与改进,特别是底盘结构设计与分析的研究,决定着巡检任务的效率及安全。在运行过程中底盘结构的好坏由振动影响的检测设备测量数据结果体现出来,因此提出一种运行过程中底盘结构振动的仿真分析方法,并通过实验验证其合理性,设计出一款在巡检过程中满足高精度测量的机器人底盘结构,对提高煤矿井下巷道围岩变形测量数据精度研究具有实际意义和参考价值。
  论文主要从巡检机器人底盘总体结构设计出发,保证底盘结构设计的系统要求,并对底盘结构上搭载检测设备进行振动特性研究,具体内容如下:
  1.结合目前国内外巡检机器人研究现状,在此基础上依据理论研究,明确当前对巡检机器人底盘结构的系统要求,对机器人底盘结构进行了整体设计。
  2.对机器人底盘进行了动力学仿真分析,其中包含对国家标准道路路谱建立,完成整个模型在路面上的动力学仿真分析后,得到各个构件的运动曲线图。
  3.利用振动加速度传感器测量巡检机器人底盘结构在不平路面上行走所产生的振动加速度数值,并与仿真分析数据结果进行比较,验证ADAMS仿真分析方法的可行性。
  4.进行机器人底盘振动对测量数据的影响实验,在底盘结构上搭载激光雷达测距仪,利用Processing软件二维成像计算出测量值,与实际尺寸相比较,得出底盘运行中振动对检测数据精度的影响,为实际应用中检测巷道围岩变形情况提供参考价值。
[硕士论文] 宋宏磊
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文以水力压裂增透理论为基础,以顾桥矿13-1煤层为试验对象,通过RFPA2D-Flow软件进行数值模拟,结合水力压裂现场试验,分析了水力压裂的卸压增透效果,得出的结论为相比较于压裂前,压裂后预抽钻孔量减少了38%,瓦斯治理成本得到极大降低,瓦斯治理抽采时间缩减约三分之一,瓦斯治理抽采效果明显得到改善。
  对水力压裂机理进行了分析,介绍了水力压裂卸压增透过程及作用,探讨了煤层地质结构特征,水力压裂的起裂与扩展机理,得出钻孔围岩任意点应力的求解公式。
  使用RFPA2D-Flow数值模拟软件进行模拟,得出:13-1煤层起裂压力为30Mpa左右,在水力压裂实施期间,水流量最大值可达到400m3/(d·m)。对煤层进行水力压裂后,应力得以重新分布,根据应力大小将压裂孔附近的煤层分成4个区域,分别是应力卸压区、应力集中区、应力过渡区和原始应力区。根据此次数值模拟,13-1煤层区域大致划分如下:0~28m为应力卸压区;28~40m为应力集中区;40~50m为应力过渡区;50m以外为原始应力区。由此得出水力压裂的影响半径在28~40m的范围内,且水力压裂结束后,煤体内部会产生无数裂隙,裂隙与裂隙之间会形成类似于网状结构的裂隙网,渗透率大大提高。
  根据煤体瓦斯含量及含水率分布图得出,水力压裂前该区域煤层瓦斯含量为6.7m3/t,水力压裂后该区域煤层瓦斯含量为3.7m3/t,压裂前后瓦斯含量明显下降;水力压裂前在钻孔40m范围内含水率为2.8%,压裂后含水率明显提高。由此得知顾桥矿1414(3)底抽巷1#压裂孔水力压裂影响半径达到40m。13-1煤层未经水力压裂的煤体的透气性系数为1.39m2/MPa2·d,经过水力压裂后瓦斯压力下降到0.61MPa,通过一系列计算,得出水力压裂后的煤体的透气性系数为13.01m2/MPa2·d,前后对比,该系数上升了9.35倍。对13-1煤层进行水力压裂后,透气性系数得到了大幅度提高,瓦斯抽采效果较为明显。
[硕士论文] 赵晋
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源的开采和利用为我国经济发展做出了突出的贡献,但与此同时也带来一系列问题。目前环境问题日益严重,地表沉陷、地表水资源的循环、污染、浪费等一系列环境问题亟需解决;众所周知,煤炭开采是高危行业,其中矿井水害严重威胁着井下工人的生命安全;此外,由于过去对煤炭资源不合理的开采,导致煤炭资源大量浪费,所以合理的确定开采上限,提高煤炭资源回收率势在必行。针对上述问题,究其原因,发现导水裂隙带高度(以下简称“导高”)与之密切相关,导高值的确定对于解决上述问题意义重大。然而,导高影响因素众多,目前确定其值大多依据经验公式,但误差往往较大,直接研究其发育情况又存在众多困难。基于此,本文提出通过已采工作面导高值来研究待采工作面导高发育情况。
  人工神经网络模型被广泛的应用于预测类问题中,但由于收集的样本数据中往往存在冗余样本,所以直接运用人工神经网络模型预测导高值其误差往往偏大。因此,本文建立模糊聚类分析法和人工神经网络的组合模型,预测待采工作面导高值。一方面提高了人工神经网络模型中训练样本的质量,另一方面可以根据各聚类类别的特点,建立相应的双精度人工神经网络组合模型。所以,通过组合模型所得导高预测值更客观、真实。
  本文首先运用模糊聚类分析算法得到57例已采工作面的聚类类别,再根据顾北矿3例待采工作面(预测样本)与各聚类类别之间的隶属度确定其所属类别,从而踢除掉预测样本聚类类别中的冗余样本;然后根据各预测样本所属类别的特点,建立相应的双精度人工神经网络组合模型;最后将聚类类别数据导入各自的人工神经网络模型中,进而得到3例预测样本的导高值。经多个验证公式验证得到,组合模型所得导高值的精度较高,预测结果科学、可信。
[硕士论文] 王洋
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤自然发火是煤矿安全生产过程中的重大灾害之一。煤在自燃过程中,标志性气体会随着煤体自身温度的升高而氧化产出,并且具有一定的规律性,根据标志性气体浓度与温度之间的规律性进而来判定煤自燃的状态具有一定的指导意义。
  本文选取黄陵矿煤样进行实验研究,对不含石油煤和含有不同油量比的煤样进行程序升温氧化实验,研究煤样随着温度的升高氧化产出气体变化规律。由研究结果进而优选出统一指标气体判定含石油煤和不含油煤所处的氧化状态。经实验研究得出以下结论:
  1.通过程序升温实验,对单一指标气体变化规律进行分析,利用标志性气体优选原则,确定了判定含石油煤自燃状态下CO,C2H4,C3H8为指标气体。
  2.通过对链烷比,烯烷比以及Graham系数三种复合指标变化规律的分析,确定了判定煤自燃状态的烯烷比,Graham系数两种辅助复合指标。
  3.提出K值法,对油浸煤气体产物CO浓度曲线进行优化,使得处理后CO气体浓度曲线规律更加明显,有利于预测煤自燃氧化阶段,最终选用K值作为辅助预测指标。
  通过煤自燃标志性气体指标的研究,可以更科学、准确地预测预报煤自然发火状态,减少煤自燃火灾事故,对煤自然发火防治工作具有非常重要意义。
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