采矿与安全工程学报

白海波, 戎虎仁, 刘树才, 韦晓琪, 张勃阳, 焦阳, 陈龙

2012, 29(5): 601-606.

摘要 ( 3201 )

PDF (617KB) ( 3021 )

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为了解决内蒙古桌子山煤田下组煤安全带压开采问题，依据多年研究成果—“华北奥陶系顶部存在碳酸盐岩隔水层”观点，选择与骆驼山煤矿相邻的白云乌素煤矿为研究试验现场，对下组（16#）煤底板岩层开展了宏观、微观研究和试验开采，结果表明：1）本区煤层底板下伏的奥陶系顶部存在碳酸盐岩隔水层厚约150 m，其岩性为黑灰色泥灰岩局部夹泥岩沉积，真正含水层段在其下的桌子山组青灰色白云岩化石灰岩中；2）克里摩里组黑灰色泥灰岩孔隙直径绝大多数小于5 µm，孔隙连通性差，难以形成有效孔喉，天然条件下难以渗流；3）本区新构造运动的表现是大型老断裂的复活和部分小型新断裂的产生，断裂为碳酸盐岩层岩溶发育提供初始通道，也构成岩溶水的主要储移空间和通道；4）桌子山矿区奥灰岩溶水对煤矿安全带压开采的主要威胁是导水断裂和陷落柱等垂直通道部位，白云乌素矿重点防御的是黑龙贵逆断层和F14正断层。白云乌素矿多个工作面的安全开采证实了奥陶系顶部碳酸岩层不仅是隔水层，而且是隔水关键层。

薄基岩厚风积沙浅埋煤层导水裂隙带高度预计

王连国, 王占盛, 黄继辉, 周冬磊

2012, 29(5): 607-612.

摘要 ( 3612 )

PDF (535KB) ( 3023 )

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神东矿区是我国重要的煤炭产地，矿区覆岩结构具有浅埋深、薄基岩、厚风积沙的特点，且矿区地处干旱半干旱地区，水资源匮乏，因此实行绿色开采（保水采煤）具有重要意义。本文从不同岩性岩层破坏特征出发，结合岩层承载能力、变形能力分析，以及采动过程中覆岩相关物理量变化的分析，给出了一种预计导水裂隙带高度的力学模型，并分析了大柳塔12610工作面导水裂隙带高度。覆岩裂隙动态发育模拟结果和现场观测结果表明，该力学模型是可取的。

隔水层采动破坏裂隙的闭合机理研究及工程应用

徐智敏, 孙亚军, 董青红, 朱宗奎

2012, 29(5): 613-618.

摘要 ( 2584 )

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煤层顶底板的采动裂隙是煤矿一系列灾害事故发生的根源，对其发育及演化规律的研究对各类灾害事故的防治具有重要意义。论文借助现场超声波成像技术、室内岩石矿物成分分析以及岩石膨胀性实验等手段，分析了影响煤层顶板采动裂隙闭合的相关因素，揭示了顶板隔水层采动裂隙的闭合规律。结果表明：顶板隔水层中的蒙脱石（包括伊/蒙混层）含量越高，其膨胀程度越大；隔水层距煤层顶板的距离越大，膨胀程度亦越大；在不发生顶板结构严重破坏的情况下，当隔水层的体积膨胀率大于采动裂隙的发育率，采动裂隙将实现有效闭合。最后，通过在新安煤田水体下采煤岩体渗透性评价以及神东矿区水资源保护性开采中的工程应用，对顶板采动裂隙的闭合机理进行了验证，并取得了良好的应用效果。

万利矿区煤层群开采覆岩裂隙发育规律研究

黄汉富, 闫志刚, 姚邦华, 徐会军

2012, 29(5): 619-624.

摘要 ( 2773 )

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采用数值模拟软件UDEC建立了万利矿区煤层群采动的数值模型，模拟研究了采动裂隙发育和煤层群采动相互影响的演变过程，分析了3-1煤顶板岩层采动裂隙的发育规律与预计高度.模拟结果显示，5-1煤的采动可引起3-1煤的裂隙高度略有增加，最终发育高度分别为40 m，按经验公式预计则为41~50 m，经瞬变电磁、钻孔实测的裂隙发育高度为45 m。根据导水裂隙带的发育规律，按3-1煤上覆含水层的富水性、隔水层厚度将矿区分为无水区、不可保区、天然可保区、可保区和观察区，并针对可保区进行了相应的保水开采实践。

采动条件下厚煤层底板破坏规律动态监测及数值模拟研究

张蕊, 姜振泉, 岳尊彩, 赵连涛, 于旭磊

2012, 29(5): 625-630.

摘要 ( 2968 )

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以某矿综放工作面的开采实际为背景，采用现场应变测试和数值模拟相互验证的方法，对采动条件下厚煤层底板破坏深度进行综合对比研究。现场实测表明，某矿综放工作面煤层底板岩体破坏深度介于13~16 m之间，采动矿压对底板的影响具有较远距离的“超前” 显现和“滞后”延续的特点，（超前、滞后距）表现有由浅及深相应减小的总体特征；数值模拟研究表明，工作面底板下0~16 m为底板破坏影响带，即底板最大破坏深度为16 m，16~36 m岩层受煤层开采影响较小，再往下有接近原岩应力的趋势；综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m，研究结果为我国类似条件下煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。

深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护优化

王汉鹏, 李术才, 王琦, 李为腾, 李海燕, 李智

2012, 29(5): 631-636.

摘要 ( 3115 )

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为了研究深部厚煤层回采巷道围岩破坏机制及支护对策，基于地质条件分析，采用钻孔窥视仪和地质雷达探测了巷道围岩的破坏模式及规律，通过模拟研究得到围岩的破坏机制，针对性的提出了锚网带与预应力锚索梁耦合让均压的优化支护方案和参数。结果表明：围岩由表面向内部破坏程度依次减弱，形成3~4个破裂区，前2个破裂区为松动圈。松动圈分布在煤层和底板泥岩中，其中顶部围岩松动圈平均深度3 m，易产生离层。煤层越厚巷道越易失稳，其破坏机制是顶板锚杆处在破碎区，产生锚固端滑脱或整体冒落。通过现场支护试验，验证了优化支护方案和参数，有效地控制了厚煤层回采巷道稳定性。

大倾角软岩回采巷道围岩失稳特征及支护分析

辛亚军, 勾攀峰, 贠东风, 刘华云

2012, 29(5): 637-643.

摘要 ( 2930 )

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通过对大倾角煤层软岩回采巷道失稳特征的理论分析，建立了大倾角煤层软岩回采巷道围岩失稳状态方程，结合耦合支护思路分析，提出了大倾角煤层软岩回采巷道耦合支护方案，并运用数值计算、相似模拟实验及现场支护试验监测对回采巷道耦合支护方案进行综合分析。结果表明：回采巷道顶板失稳呈弧形非对称破断，两帮失稳主要表现为三角形破断体剪切滑移，破坏严重处位于帮角上部，顶板偏中上部破断是围岩失稳诱发点，围岩稳定性与煤层倾角、剪切面长度及煤岩体物理力学参数有关。巷道支护后，沿煤层倾向围岩塑性破坏区较小，顶板离层量保持在合理范围内，提高两帮支护强度利于巷道围岩稳定。

温度对树脂锚杆锚固性能影响研究

胡滨, 康红普, 林健, 蔡嘉芳

2012, 29(5): 644-649.

摘要 ( 5836 )

PDF (506KB) ( 4729 )

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为了分析在靠近自燃发火区的巷道进行锚杆支护时，树脂锚杆锚固力降低的现象，采用实验室试验和数值模拟相结合的方法进行了温度对树脂锚杆锚固性能的影响研究。不同温度下树脂锚杆拉拔试验结果表明：温度对树脂锚杆锚固性能影响比较大，温度为25℃时树脂锚杆锚固力最大，随着模拟钻孔温度的升高，树脂锚杆锚固力呈现明显递减规律；运用FLAC3D有限差分程序对单根锚杆支护小范围锚固系统的数值模拟结果表明：岩体应力场与温度场之间存在一定程度上的耦合作用，在相同外载荷作用下，热源温度不同，岩体应力分布状态也不同。在上述研究基础上，指出温度变化对岩体物理力学性质以及树脂锚固剂固化反应过程都会产生一定的影响，并提出了不同温度环境下保证锚杆支护效果的技术途径。

深部高应力软岩巷道断面形状优化设计数值模拟研究

孟庆彬, 韩立军, 乔卫国, 林登阁, 魏烈昌

2012, 29(5): 650-656.

摘要 ( 4021 )

PDF (659KB) ( 3000 )

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选取矩形、梯形、直墙拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等共6种不同断面形状的巷道进行优化研究，基于FLAC3D模拟研究了这6种典型巷道开挖后的巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布规律，分析了不同侧压力系数对它们的影响。数值模拟结果表明，巷道断面形状对高应力巷道围岩变形特征及围岩塑性区分布影响较大；根据侧压力系数的大小及主应力方向，圆形、椭圆形为深部高应力巷道最优断面形状，选择圆形、椭圆形巷道可改善巷道围岩应力状态，降低围岩变形量，减少围岩塑性区损伤破坏范围，有利于深部高应力软岩巷道的长期稳定。

锚杆预紧力对煤矿巷道支护效果的响应特征研究

常聚才, 谢广祥

2012, 29(5): 657-661.

摘要 ( 5076 )

PDF (463KB) ( 3737 )

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为从理论上揭示锚杆预紧力对巷道支护效果的作用机理，针对锚杆支护岩石巷道，建立了分析巷道围岩力学特征的理想弹塑性应变软化模型，获得施加预紧力锚杆支护后巷道围岩位移、应力分布的解析表达式，从理论上表明：提高锚杆预紧力对控制巷道围岩变形及改善巷道周边围岩的应力状态有积极的作用，有利于保持巷道围岩的稳定。并结合现场实际研究了锚杆预紧力对巷道支护效果的影响关系，研究成果对分析锚固作用机理及进行锚杆支护设计具有指导意义。

预应力锚杆（索）群连锁锚固技术的试验研究

龙景奎, 祖自银, 王永松, 罗卫东

2012, 29(5): 662-667.

摘要 ( 2606 )

PDF (423KB) ( 2499 )

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为了提高巷道围岩锚固体的强度、刚度和抗变形能力，基于锚杆（索）锚固作用机理，提出了“高预紧力、高强度、高刚度、高锚固力和低密度”的设计理念。采用高强锚杆（索）及组合构件作为锚固材料，利用连锁构件将锚杆（索）群进行横向与纵向的连锁，通过给锚杆（索）提供高锚固力和高预应力，从本质上调动锚杆（索）群的主动锚固作用，使其与锚固岩体共同形成有机的承载结构，有效减小巷道围岩变形与破坏，改善巷道安全状况。现场试验表明，这样的设计理念和技术应用，能够较好地解决巷道围岩顶板断裂节理发育、变形不均匀和掘进速度慢等问题，具有合理性与适用性，同时可产生良好的经济效益，值得应用和推广。

软岩隧洞围岩稳定分析及施工方法研究

邓华锋, 李建林, 王乐华, 朱敏, 邓成进

2012, 29(5): 668-673.

摘要 ( 2359 )

PDF (543KB) ( 2761 )

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在软岩地层中开挖大跨度引水隧洞，围岩自稳能力差，如何保证围岩稳定，进行安全施工是最突出的问题。通过现场踏勘调研，根据引水隧洞的工程地质条件，建立三维模型，基于卸荷岩体力学理论与方法，对开挖后的围岩稳定性进行了详细计算分析。计算结果表明，考虑开挖过程中的动态卸荷效应后，围岩产生了较大的变形，但主要集中在断层和隧洞相交的局部位置附近，洞轴线剖面其它位置的拱顶沉降大约在10 mm左右，隧洞周边位移相对值在规范允许范围之内，没有大范围失稳趋势。断层、不整合接触带位置附近的卸荷效应影响尤为明显，出现了明显的塑性区，产生了局部变形和应力集中，应该引起足够的重视，在开挖的过程中要及时或超前支护。最后，根据计算分析结果，提出了一些切实可行的施工方法建议措施。研究成果为引水隧洞的设计和施工支护提供了重要的参考。

井工转露天开采联合开拓的可行性研究

王海君, 李克民, 洪勇

2012, 29(5): 674-678.

摘要 ( 2597 )

PDF (366KB) ( 2579 )

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根据井工转露天开采矿山的特点，对某矿露天开拓与井工开拓方式进行研究，提出了井工转露天矿山端帮联合开拓和坑底联合开拓2种方式，并结合矿井实际生产地质条件对矿井扩建可行性进行了论证，采用相对投资回收期对各种开拓方式从投资与生产成本两方面进行了经济效益评价，优选出了适合矿山由井工转为露天开采的露井联合开拓方式。结果表明：端部联合开拓符合某矿井工转露天开采矿山的生产实际，既能充分利用井工矿现有生产及运输系统，降低建设投资，加快露天矿建设速度，又可扩大矿山开采规模和提高矿产资源开发的经济效益，为建设高产高效矿山提供支撑，对于我国煤炭资源开发过程中资源条件适合的矿山实施井工转露天开采具有现实意义。

露天开采人工边坡岩土体变形计算及安全评估

郭麒麟, 乔世范, 王璐

2012, 29(5): 679-684.

摘要 ( 2182 )

PDF (432KB) ( 2120 )

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露天开采会产生大量的人工边坡，为了更好的对人工边坡的安全性进行评估，基于随机介质理论，推导出了边坡开挖导致岩土体的移动和变形计算公式，提出了开挖边坡变形破坏判据及周边环境安全评价准则。针对土体移动和变形计算公式的不可积性，对其计算方法进行了研究，采用条分法获得了预测开挖边坡岩土体变形的半解析解。通过工程实例，能很好的预测开挖引起的边坡体的位移和变形，同时利用变形破坏判据可方便的对边坡的安全性进行评估，为人工边坡的工程处治措施设计提供参考。

矿山微地震活动特征的概率分析方法研究

缪华祥, 姜福兴, 宋雪娟, 杨淑华, 魏全德

2012, 29(5): 685-693.

摘要 ( 2061 )

PDF (576KB) ( 2267 )

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为了研究矿山微地震活动的随机特征，提出了用于描述矿山微地震活动随机特征的三个统计量：微地震能量分布率、微地震发生率和微地震空间分布率，基于概率论和数理统计原理，研究了三个统计量的概率计算方法。通过对某矿山微地震实际数据的计算发现：该矿区微地震能量分布率的概率密度曲线类似于正态分布；微地震发生率的概率密度曲线类似于泊松分布；微地震空间分布率的概率密度曲线虽然呈现多种形式，但微地震事件大部分在固定工作面前方、工作面两侧边缘和煤层顶底板位置处，反映了在岩体特性突变位置处，发生微地震的概率较大。因此利用这三个统计量及其概率密度分布特征，可以从时间-空间-能量的角度，描述矿山微地震活动特征，对矿山微地震监测技术的基础研究和应用具有一定的意义。

突出和冲击地压中层裂现象的机理研究

金洪伟, 胡千庭, 刘延保, 王波

2012, 29(5): 694-699.

摘要 ( 2336 )

PDF (524KB) ( 2422 )

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针对突出和冲击地压中常出现的岩壁应力突然卸载的力学条件，建立简化的层裂发生及发展数学模型。利用动力学理论，分析了岩壁应力突然卸载时应力在岩体中的传播规律，得出了层裂破坏的原因，并通过数值模拟方法再现了层裂过程。结果表明，冲击地压中层裂现象产生的主要原因是由于地应力突然卸载而形成卸载波，该卸载波向深部传播过程中发生部分反射，反射波和入射波叠加使岩石受拉应力而破坏。煤与瓦斯突出中层裂现象的产生不仅受到卸载波反射叠加的影响，还受到瓦斯的影响，分别表现为高压游离瓦斯参与了煤中裂隙的扩展，以及伴随着层裂的间断性出现，瓦斯压力的间断性释放又会产生向深部传播的卸载波。

厚松散层矿区采动岩土体移动规律模拟试验研究

刘义新, 戴华阳, 姜耀东

2012, 29(5): 700-706.

摘要 ( 2361 )

PDF (584KB) ( 2687 )

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为揭示厚松散层矿区采动影响下上覆岩土体双层介质移动机理，对厚松散层下采煤岩土体的沉陷规律进行了模拟研究，并用实测资料进行验证。试验得出了厚松散层矿区采动影响下岩土体沉陷规律，并与一般条件下开采沉陷规律进行比较，指出松散土体沉陷规律有其特殊性。通过对岩土体沉陷值和采动程度的比较，表明了基岩体对地表沉陷的控制作用，阐述了基岩面移动盆地和地表移动盆地的差异性，揭示了采动影响下岩土体移动机理，为厚松散层矿区沉陷预计、受护物防护及矿井安全高效开采提供一定的参考依据。

液压支护长壁法开采缓倾斜薄铁矿体围岩变形与破坏规律研究

宋卫东, 赵树果, 徐文彬, 宋焕虎

2012, 29(5): 707-713.

摘要 ( 2146 )

PDF (578KB) ( 2104 )

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基于缓倾斜薄铁矿体特征，提出用液压支护长壁法开采缓倾斜薄铁矿体新方法。以官店铁矿凉水井大庄矿段-8＇至-16＇线范围矿体为研究对象，采取相似模拟方法对围岩应力、位移和塑性区域变形与破坏规律进行实验研究；采用数值模拟对工作面采场围岩应力、位移和塑性区域变化进行模拟研究，并与相似实验结果进行对比分析。结果表明：围岩破坏具有明显间隙和突变性，断裂方向相互平行；位置不同围岩在垂直方向上断裂步距不同；工作面端部受剪切作用明显，空区顶部受拉作用突出；靠近工作面下沉值较小，呈抛物线型。

基于多元非线性回归的井下采场充填体强度预测及评价

韩斌, 王贤来, 肖卫国

2012, 29(5): 714-718.

摘要 ( 2147 )

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充填系统试运行期间各采场充填配合比变化非常大，如何准确掌握井下各采场充填体强度对相邻采场开采的安全至关重要。采用L25(56)正交试验，开展25组充填配合比室内试验，测得了各配合比不同龄期充填体强度值，采用EXCEL及SPSS相结合的方法，推导出了充填体强度与料浆体积分数、水泥掺量、人工砂尾砂比的回归方程；根据136个充填配合比室内实验充填体强度值与实际生产测定值的统计，获得了两者之间的强度折减系数。采用上述回归方程及强度折减系数，计算出了充填系统试运行期间200余条不同充填配合比进路的充填体强度值。

含缺陷砂岩裂纹扩展特征试验与模拟研究

程龙, 杨圣奇, 刘相如

2012, 29(5): 719-724.

摘要 ( 2393 )

PDF (508KB) ( 2635 )

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采用岩石力学伺服控制试验机和声发射仪，对含缺陷砂岩进行了单轴压缩试验，研究了岩石的裂纹扩展和声发射特征。同时采用岩石破裂过程分析系统进行了模拟研究，试验结果和模拟结果具有较好的一致性。在此基础上进行了多次重复模拟试验，探讨了材料非均质性对岩石裂纹扩展特征的影响。实验结果表明：岩石材料裂纹扩展特征与材料非均质性密切相关，主裂纹首先在裂隙尖端产生并沿垂直裂隙方向扩展，而后改沿最大主应力方向朝端部扩展，但此后的裂纹扩展方向不同，且主裂纹在各阶段扩展长度、速度不同；同时，次生裂纹参数（数量、长度、宽度、走向）存在差异。

基于SPA的煤矿安全质量标准化考评深度分析

刘双跃, 王娟, 王丹

2012, 29(5): 725-729.

摘要 ( 2236 )

PDF (432KB) ( 2530 )

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煤矿安全质量标准化考评，是依赖于各个专业得分，综合计算出矿井分数，并以此分数确定考评级别的。这种以单一分数来表述矿井的安全程度，存在着反映客观情况不真实、不具体；指导安全标准化建设缺乏有效性；只追求高分，忽视安全防范的关键点。因此，应用集对分析理论（SPA）进行深度分析是十分必要的。在构建安全质量标准化考评结果的四级联系度函数基础上，通过分析各自平均联系度、集对势与悲观势、不确定性，反映了矿井达到最优安全质量标准的优劣次序、相对于标准之间的差距、未来转化为最优安全标准的态势以及潜在的不确定性，更有效地促进矿井安全质量标准化建设。

易自燃煤层综放工作面安全开采方法研究

王岩, 梁冰, 袁欣鹏

2012, 29(5): 730-734.

摘要 ( 2416 )

PDF (397KB) ( 2277 )

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鉴于在坚硬顶板煤层放顶煤过程中出现的顶煤冒落不能控制，煤尘大，可放性差，造成顶煤回采率低的问题，为提高顶煤的冒放性及控制煤层自燃，陕西长武亭南煤矿在111工作面回风平巷交替布置预裂爆破孔和控制孔，采用深孔控制预裂爆破结合动压注水的方法，实现工作面回采率提高8.5%，粉尘质量浓度由12.7 mg/m3降到8.9 mg/m3，并通过在控制孔注阻燃剂使原煤发热量降低470 cal/g，含水量增加2.56%，延缓了煤层的自热过程，改善了工作面的作业环境，实现易自燃高尘厚煤层综放面的安全开采。

瓦斯压力变化过程中煤体渗透率特性的研究

王刚, 程卫民, 郭恒, 隆清明

2012, 29(5): 735-739.

摘要 ( 2713 )

PDF (487KB) ( 2564 )

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为了研究煤体渗透率与瓦斯压力之间的关系，以吸附瓦斯煤体变形的应力、应变研究为基础建立了煤体渗透率与瓦斯压力变化的数学模型，并在温度恒定、径向应变受到严格约束和水份不变的条件下进行了实验。采用测量不同吸附特性煤样在不同孔隙压力和不同压差条件下瓦斯渗透流量的方法测定渗透率，渗透流量测量采用排水法与气体微流量计法相结合的测量方法，将其测量结果与数学模型产生的曲线进行对比分析。研究结果表明：渗透率随瓦斯压力的变化而变化，且瓦斯压力对于不同吸附性能的煤样影响程度不同；煤样瓦斯渗透率的理论值与实验值的相对误差最大可达到8.62%。但是从总体的数据来看，理论值和实验值的变化趋势基本一致，因此，可以依据煤样的基本参数和渗透率数学模型计算出该煤样在某一瓦斯压力下的渗透率。

高压小射流掏槽防突装置设计与试验研究

张嘉勇, 罗新荣, 郭立稳

2012, 29(5): 740-745.

摘要 ( 2392 )

PDF (445KB) ( 2349 )

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从低能耗、高效率等方面入手，研制适合巷道摆放的高压小射流掏槽设备及配套装置：液压控制系统，包括液压马达、高压油管和防爆电机；远程监控系统，包括防爆计算机和防爆摄像仪；掏槽系统，包括高压枪嘴、传动装置、高压水管、高压水泵。通过实验室加压试验和行走实验，完善了装置的密封性和耐压性。现场试验数据表明：一定压力和流量的高压小射流具备破煤掏槽能力。掏槽深度随着射流压力的增加而增大，而一定压力下，增大流量更有利射流提高扩孔效果，可使更多孔底残留的煤块排出孔外，提高了掏槽速度。

注水煤瓦斯放散特性的研究

牟俊惠, 程远平, 刘辉辉

2012, 29(5): 746-749.

摘要 ( 2172 )

PDF (371KB) ( 2423 )

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为了弄清煤层注水对瓦斯放散的作用机理，结合现有的实验条件以煤样中水分含量对煤样瓦斯放散初速度的影响为切入点进行研究，通过实验，研究不同变质程度的煤样在不同含水率情况下瓦斯放散初速度的变化规律，实验结果表明煤样的放散初速度与煤样内含水率呈对数关系。煤样中的水分减缓了瓦斯放散初速度，煤样的变质程度越高，水分对其的影响就越大，且当煤样中含有2%~7%的水分时对煤样的瓦斯初始放散速度影响最大，当煤样中的含水率大于10%时，随着煤样中水分的增加，水分含量对煤样瓦斯放散速度的影响越来越小。

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