矿业安全与环保杂志

矿业安全与环保杂志2019年第1期

• 井巷除湿降温风流温度分布模型计算研究

  李宗翔, 刘江, 王天明

  为有效控制井下热害问题，考虑井巷中水分蒸发吸热对风流温度分布的影响，研究风流除湿降温效果。采用最小二乘法拟合水分蒸发量随岩壁温度变化的函数，作为求解风流含湿量的基础方程，建立井巷除湿降温的有限差分法数值模拟模型，应用Matlab软件编写了仿真程序进行计算，给出计算的稳定性和收敛性条件。计算结果表明，水分蒸发量是影响风流温度分布的重要因素，受水分蒸发的影响，围岩传递给空气的热量并不一定会使风流温度上升；当采取除湿降温的复合制冷方法后，风流降温迅速，且在相当长的一段巷道中保持持续降温的效果。

• 风送式远程喷雾雾滴扩散沉降分布规律研究

  张小涛

  为了揭示风送式远程喷雾机的雾滴扩散、沉降分布规律及其影响因素与效果，提高喷雾降尘的效率，采用实验室试验和数值模拟的方法，对不同供风风量、喷雾压力及喷嘴扩散角条件下风送式远程喷雾机的雾滴扩散和沉降分布状况进行了测量和统计分析。研究结果表明：风送式远程喷雾机出风口径向雾流的扩散、沉降分布以出风口z轴为对称轴近似呈“∩”形变化，雾流增重近似呈对称分布；供风风量与雾滴沉降速率在出风口z轴线方向上的沉降距离呈正向变化；同一位置处雾滴沉降速率与喷雾压力呈正向变化；喷嘴扩散角与雾滴沉降速率在出风口z轴线方向上的距离呈反向变化。

• 变温条件下颗粒煤吸附甲烷微生物降解能力实验

  张小菊, 彭展进, 黄慧艳

  从煤矿回风巷土壤中分离出1株TypeⅠ型Methylomarinum属甲烷氧化菌，利用微生物降解颗粒煤吸附甲烷实验装置，研究了该菌在高瓦斯压力、低氧含量静态环境中甲烷降解率随降解时间增加的变化规律，以及环境温度变化对其甲烷降解效能的影响。实验结果表明：甲烷降解率随着降解时间的增加而增大，表现为前期快速增大而后缓慢增大，最终趋于一定值，并满足关系式y=ax2+bx+c；不同氧气浓度环境下由于甲烷氧化菌代谢机制的不同，甲烷降解率呈现较大差异；在温度15～40 ℃内，甲烷降解体积随着温度的升高先增大而后迅速减小，符合关系式y=ax3+bx2+cx+d。

• 主动隔热巷道隔热层热物性参数对隔热效果的影响

  周西华, 唐小煜, 宋东平

  为得到主动隔热巷道隔热层热物性参数对隔热效果的影响规律，建立了主动隔热巷道风流与围岩的气—固耦合传热模型。选取8种建筑保温材料的热物性参数进行数值模拟，结果表明：不论巷道是否构建有隔热层，巷道围岩的散热量都与通风时间呈正幂指数关系；巷道构建隔热层后，减少的围岩散热量与隔热层的导热系数呈负幂指数关系，同一地点的风流温度降低值与隔热层的导热系数呈负指数关系。隔热层导热系数是影响其隔热效果的主要因素，隔热层的导热系数越小，隔热效果越明显。

• 巷道交叉对矿井通风影响的数值分析及实验验证

  何东升, 陈萌萌, 白长江, 汤红枪

  为研究巷道交叉对矿井通风系统局部通风阻力的影响，以城郊煤矿巷道通风情况为工程背景，采用数值模拟和现场实测相结合的方法，确定交叉巷道汇流与分流、锐角与钝角对通风阻力损失的影响大小。研究结果表明：汇流比分流的阻力损失要小，锐角汇流比钝角汇流的阻力损失要小。因此，设计巷道时应尽量减少分流及钝角汇流，避免巷道交叉时出现风流急转情况，从而降低局部通风阻力。

• 不同加载速率下原煤与型煤的力学渗流特性对比研究

  陈春谏, 赵耀江, 张红鸽, 郭胜亮

  以原煤、型煤煤样为研究对象，在三轴压缩变形过程中进行渗流试验，研究了不同加载速率下煤样的力学渗流特性。研究结果表明：加载速率对原煤的弹性模量影响较大，而型煤的弹性模量变化较小，且随着加载速率的增大，原煤、型煤的峰值应力均呈现先增大后减小的趋势；在破坏阶段，型煤的破坏呈现延性特征，而原煤的破坏是突发性的，更接近于现场煤与瓦斯突出的破坏过程；同一加载速率下，型煤和原煤的渗透率虽然都随着应力的增大先减小后增大，但前期型煤的渗透率降低幅度远远大于原煤，且型煤为剪切滑移破坏形式，峰后渗透率低于初始渗透率，而原煤为剪张破坏形式，峰后渗透率激增；随着加载速率的增大，煤样渗透率呈现更明显的“V”字形走势。

• 深井高地应力煤岩互层薄顶板区段蠕变煤柱合理宽度数值研究

  张永国

  为确定受深井高地应力及蠕变破坏影响的煤岩互层薄顶板工作面区段煤柱的合理宽度，采用现场实测、理论分析及数值模拟等方法进行研究，通过现场窥视及地应力测试确定工作面顶板类型为煤岩互层薄顶板；通过弹性核计算公式确定区段煤柱宽度为29.56 m；经数值模拟论证当煤柱宽度为20、25、30 m时，其弹性核区宽度分别为4、15、22 m，占煤柱宽度的20.0%、60.0%、73.3%。研究结果表明：宽30 m煤柱能够保证巷道稳定使用，顶板结构、高地应力、蠕变破坏及动压影响是巷道变形严重的主要原因。巷道经掘进及采动影响蠕变计算后，位移曲线可分为4个区域，即初始蠕变区(Ⅰ)、衰减蠕变区(Ⅱ)、稳定蠕变区(Ⅲ)、采动加速蠕变区(Ⅳ)，相应的煤柱应力曲线形状为孤峰型、平台型、马鞍型。

• 瓦斯抽采钻孔漏气类型划分与高效封孔技术应用研究

  周厚权, 申凯, 陈宾

  通过对钻孔漏气及封孔机理的分析，指出瓦斯抽采钻孔主要存在a、b和c共3种类型的漏气点，其中c类即煤体复合裂隙为当前抽采钻孔主要的漏气类型。为提高肥田煤矿16号煤层的瓦斯预抽效果，在11161运输平巷开展了高效封孔提质技术的试验。通过对已封钻孔内甲烷体积分数轴向分布规律的实测，分析其钻孔主要存在c类漏气，确定试验点合理封孔深度为15 m，并开展封孔对比试验考察。在约70 d的考察期内，试验钻孔在同一抽采时期的平均抽采甲烷体积分数比聚氨酯封孔工艺的抽采甲烷体积分数提高30%～40%，且未出现明显的衰减现象，表明高效封孔提质技术可有效解决抽采钻孔c类漏气问题，具有较好的工程应用价值。

• 沿空巷道围岩支护设计研究及应用

  梁冰, 陈晓杰, 李刚, 李存洲

  针对南阳坡煤矿沿空掘巷围岩稳定性较差的问题，分析了其工程地质条件，在研究沿空巷道围岩应力的分布规律及锚杆支护原理的同时，采用数值模拟的方法，对比分析了无支护和有支护条件下巷道围岩的应力分布、塑性区分布和围岩位移量，验证了以锚杆为主体的沿空巷道支护方法的有效性。以南阳坡煤矿5800沿空巷道为工程背景，设计出该沿空巷道的支护方式为：锚杆+锚索+钢筋网+钢筋梁(W型钢带)+木托盘+煤柱注浆加固，并通过现场监测，进一步验证了该支护方案的现场实际应用效果。应用结果表明，该支护方案的围岩控制效果较好，能够满足安全生产的需要。

• 绿塘煤矿超高压水力割缝卸压增透效果考察及应用

  刘志伟, 赵金明, 张仰强, 张永将

  为有效解决绿塘煤矿低透气性突出煤层煤巷掘进区域验证指标超标、瓦斯浓度超限导致的煤巷掘进效率低的问题，采用超高压水力割缝卸压增透技术在该矿6中S204回风巷煤巷条带进行试验与应用，考察确定了6中煤层的合理割缝压力、切割半径和抽采瓦斯纯流量等参数。结果表明：超高压水力割缝技术能够有效改善煤层透气性，大幅提高瓦斯抽采效率，煤巷掘进进度由20.0～30.0 m/月提高到87.5 m/月，解决了低透气性突出煤层煤巷掘进瓦斯治理难题，可为类似矿区煤巷条带的瓦斯高效治理提供经验和技术指导。

• 急倾斜特厚煤层开采工作面瓦斯涌出量预测方法的建立及应用

  刘军

  为了解决矿井瓦斯涌出量预测标准在急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面的不适用问题，以及常用的分源预测法在进行水平分段开采工作面瓦斯涌出量预测时存在不足的问题，根据瓦斯质量守恒定律，提出巷道瓦斯排放影响系数的计算方法；参考邻近层瓦斯涌出量预测计算方法，建立了开采分段下部卸压煤体瓦斯涌出量预测数学表达式，形成了急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面的瓦斯涌出量预测方法，并进行了现场应用。结果表明：瓦斯涌出量预测值与实测值的相对误差为-15.08%～14.97%，相对误差的绝对值的平均值仅为6.65%，其预测效果较好，说明该预测方法具有合理性和可行性。

• 滤膜形变对β射线衰减法颗粒物质量浓度监测结果准确性的影响及修正

  贺振怀, 王杰

  为解决固定污染源颗粒物排放连续监测过程中单一光散射法因仪器漂移和光学窗口易污染等而造成的频繁人工标定问题，实现光散射与β射线衰减联用法的颗粒物质量浓度连续在线监测系统的自动标定技术，通过研究负压作用下滤膜形变对β射线衰减法颗粒物质量浓度监测结果准确性的影响，在提出厚度影响因子的计算方法基础上完成了对原颗粒物质量浓度计算公式的修正。实验结果表明，与标准称重法相比，修正后的平均相对误差由原来的8%下降为3%，在相关性系数达到0.988的同时，截距从4.935 4降低为1.012 7，进一步提高了β射线衰减法在低浓度环境下的测量精度。

• 二次掘进下大跨度开切眼支护数值模拟及应用

  张向东, 胡跃龙, 王振

  针对煤矿开采深度增加，开切眼跨度增大、地质条件复杂多变、围岩支护日益困难的问题，利用FLAC3D数值模拟软件，对南阳坡煤矿8702综采工作面大跨度开切眼支护进行了研究，分析了该开切眼在二次开挖过程中的围岩应力、位移变化规律。研究结果表明：开切眼的位移量大于刷扩开切眼位移量的50%，开切眼左帮位移量大于开切眼右帮及刷扩开切眼右帮的位移量，开切眼左帮顶部位移量大于开切眼右帮顶部位移量。开切眼的破坏形式为顶板拉裂破坏，刷扩开切眼的破坏形式为帮部挤压破坏。依据悬吊理论及其他矿区成功经验，确定了锚网索联合支护方案。通过对现场监测结果分析，表明巷道围岩的变形量与支护条件下数值模拟的变形量基本吻合，该支护方案能有效控制围岩变形，保证开切眼的稳定。

• 深井软岩巷道帮底锚注支护技术应用

  李金兰, 刘滨

  为了研究控制深井软岩巷道大变形的有效支护方法，以淮南朱集煤矿轨道大巷为研究对象，分析了巷道变形破坏特征及其主要原因，并基于深部巷道支护原理，提出了考虑和不考虑帮底支护的2套支护方案。利用FLAC3D数值模拟软件，对不同支护方式下巷道围岩的应力场、位移场和破损区进行对比分析。数值模拟结果表明，加强帮底支护，能降低应力增高区的应力值，减小围岩扰动区、应力增高区和破坏区的范围，有效控制顶板围岩下沉和底板围岩隆起, 验证了巷道帮底锚注支护技术的有效性。现场监测数据表明，巷道帮底锚注支护技术实施后，取得了较好的支护效果。

• 一氧化碳传感器综合优化布置模型研究

  梁双华, 汪云甲, 魏连江

  针对易自燃矿井依据现行安全规程规范布置的一氧化碳传感器存在预警风险缺陷问题，提出了兼顾一氧化碳高风险点和监测覆盖范围的布置方式。借助图论和集合覆盖理论建立综合优化布置模型，定义目标函数和约束条件，利用列减少—蚁群算法进行优化求解，针对模型中含有已知必选布置点的约束条件，采用列减少算法约简原始监测覆盖矩阵，再利用蚁群算法求解最小全覆盖监测点集合，以矿井胶带机巷一氧化碳最短有效报警时间14.25 min为监测有效级，进行了仿真实验。结果表明：依据安全规程规范布置的一氧化碳传感器基本能够满足矿井工程实际的要求。

• 顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突技术在火烧铺煤矿的应用

  旷永华, 蒋中承, 邵林金

  针对贵州火烧铺煤矿3#煤层瓦斯抽采效果不佳、抽采时间较长等问题，结合以往的瓦斯治理技术经验，对火烧铺煤矿2632首采工作面实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。介绍了顺层长钻孔的设计及施工情况，以及封孔工艺，应用结果表明：实施顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施后，2632首采工作面顺层长钻孔抽采区域的主管瓦斯抽采浓度、抽采纯流量提高了1倍多，煤层残存瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标K1值均小于规定的临界指标值，并且节约了生产成本，实现了工作面的安全高效开采。

• 节能型气动低温磁化水降尘系统的设计与分析

  黄鑫, 姚韦靖

  为降低煤矿井下工作面的粉尘浓度和高温热害的影响，设计出一种以降尘为主、降温为辅的节能型低温磁化水降尘系统，并利用喷雾试验装置对该系统进行了模拟试验。结果表明：随着试验水压的增加，相对降尘率先增高后降低，磁感应强度对降尘率的影响也呈现类似趋势；当试验水压达到 2～3 MPa，磁感应强度达到170 mT 时，系统的磁化效果最佳。该系统实现了矿井高温工作面降温、降尘的双重目标，水的利用率也得到大幅提高。

• 陕北黄土沟壑区煤炭开采衍生灾害评价方法

  赵兵朝, 路晓晓, 贺卫中, 李辉, 王贵荣, 贺圣林

  为了解决陕北黄土沟壑区煤炭开采衍生灾害较难评价的问题，提出概率积分预计参数中下沉系数的确定方法；确定了煤炭开采衍生灾害的评价指标：地表最大下沉值、坡体稳定性和裂缝发育程度；借助概率积分法进行地表移动预计，给出一种陕北黄土沟壑区煤炭开采衍生灾害评价方法。通过实例验证，表明该评价方法可靠，研究成果可为陕北黄土沟壑区煤炭开采衍生灾害防治提供科学依据。

• 基于后屈曲理论的急倾斜煤层底板屈曲破坏机理解析

  雷道学

  开展急倾斜煤层底板屈曲破坏机理研究，对预测急倾斜煤层底板凸起、下滑及底板防护具有重要意义。基于屈曲理论，探讨了急倾斜煤层底板回转下沉、直接下滑、弯曲隆起3种破坏形式，并对弯曲隆起破坏机理进行研究。根据急倾斜煤层赋存特点，给出了急倾斜煤层底板屈曲破坏的力学模型，推导出底板弯曲隆起变形的位移幅值方程。利用突变理论与分岔理论对底板后屈曲非稳定形态进行分析，给出分岔方程，并推导了其发生破断的临界载荷、位移幅值、破坏长度等计算公式。分析临界载荷对缺陷结构的敏感性，通过其剖分因子推导出位移幅值计算公式，形成了通过求得底板破坏极限长度，确定分岔点临界载荷、位移幅值的理论方法，并通过工程实例验证了其合理性。

• 基于因子分析的矿井通风系统优化指标体系建立

  李雨成, 郑义, 高军军, 黄旭

  为使矿井通风系统安全、高效、经济运行，通过现场测试获取通风系统参数，依据国家相关标准，采用文献沉淀法沉淀出858个指标，通过指标新增、删除、合并，建立包含20个指标的初步指标体系。对初步指标体系中的指标进行相关性分析，得出KMO大于0.7且Bartlett球形检验值小于0.001，指标信息具有重叠现象。使用因子分析法对初步指标体系进行指标约简，从5个方面确立了由16个指标组成的矿井通风系统指标体系，其中包括矿井风阻标准度和风机运转稳定性系数2个新增指标，并首次定量给出了通风系统三区阻力分布合理度和风机运行合理度计算公式。

• 开采沉陷对粉煤灰胶带运输走廊采动损害分析

  郝存孝, 胡青峰

  针对开采沉陷对电厂粉煤灰胶带运输走廊的采动损害问题，以镇城底矿22618工作面的实际开采工程为例，在其上方胶带运输走廊支架基础上布设了13个监测点进行变形监测。基于实测数据和胶带运输走廊的结构特点，分析了煤炭开采地表沉陷对电厂粉煤灰胶带运输走廊的采动损害情况；从井下和井上两方面给出了减缓胶带运输走廊采动损害可采取的措施。

• 不同级别噪声对矿工生理指标及行为能力的影响研究

  王建国, 傅文, 王延秋

  为探究不同级别噪声对矿工生理指标及行为能力影响的差异性，研究噪声引起的矿工生理指标的变化对行为能力的影响，构建了矿工生理指标与行为能力测量系统, 同步采集45、65、85、95 dB等4个级别噪声影响下被试者呼吸频率、心率、皮电值等生理指标，以及反应时间、出错次数等空间行为能力指标，运用SPSS20.0对试验结果进行显著性检验，并运用AMOS8.0构建结构方程模型。试验结果表明，85 dB及95 dB强噪声环境下矿工的行为能力显著低于低噪声环境下的行为能力；由45 dB升高到65 dB，噪声的升高并未对被试者的错误反应时间和呼吸频率产生显著的影响，但对反应时间、错误次数、心率和皮电值等指标产生了显著的影响；噪声引起的矿工生理指标的变化对行为能力的影响权重大小顺序依次为皮电值、呼吸频率、心率。

• 煤矿员工不安全行为影响因素作用效应分析

  朱艳娜, 衡连伟, 何刚, 高乐红

  通过搜集2001—2016年间发生的重特大煤矿事故案例，分析煤矿事故直接致因及间接致因，选取群体压力、管理者态度、设备设施、复杂环境、组织管理等5个影响因素，运用结构方程模型(SEM)明晰煤矿员工不安全行为与各影响因素之间的关联系数，计算各潜在变量间的直接效应值、间接效应值及总效应值，甄别对煤矿员工不安全行为作用效应值最大的影响指标。研究结果表明，在多种因素共同耦合作用下，设备设施对煤矿员工不安全行为的影响最大，群体压力是首要外因。因此，煤矿企业亟待强化员工抗压能力，减少甚至遏制客观因素对煤矿员工不安全行为的影响。

• 基于支持向量机与连续蚁群算法建立的煤矿企业安全投入模型研究

  李振, 曹庆贵, 杨涛

  为了解决当前我国煤矿企业存在的安全投入不足和安全投入不合理等问题，提出了一种集成支持向量机（SVM）与连续蚁群算法（CACA）的安全投入模型。将煤矿安全投入划分为工业卫生投资、安全技术投资、安全管理投资、安全教育投资和劳保用品投资等5项，利用SVM建立安全投入与安全保障度之间的非线性映射，在保证一定安全保障度的前提下，利用CACA迭代寻找最优的安全投入方案。研究结果表明：该方案可优化分配各项安全投入资金，避免了不必要的浪费及投入不足等问题。证明集成了SVM与CACA的安全投入模型应用的可行性，可对其进行更加深入的研究，以指导煤矿企业进行科学合理的安全投入。