煤矿安全生产三维仿真库通过使用最新三维动画模拟技术制作,以影视动画方式再现煤矿职工井上、井下作业过程和生活场景。“煤矿安全生产三维仿真库之事故案例集一”高精度、高仿真性直观展示最近几年来煤矿职工井下生产过程中发生的机电事故(共7起)、顶板事故(共9起)、通风事故(共2起)、瓦斯事故(共4起)、水害事故(共5起),系统的总结了煤矿易发、常见事故的产生原因和发展规律,对如何遏制煤矿各类事故的发生提出了有效的防治对策。
煤矿安全生产三维仿真库通过使用最新三维动画模拟技术制作,以影视动画方式再现煤矿职工井上、井下作业过程和生活场景。“煤矿安全生产三维仿真库之事故案例集二”高精度、高仿真性直观展示最近几年来煤矿职工井下生产过程中发生的机电事故(共10起)、爆破及爆炸事故(共4起)、火灾事故(共4起)、其他事故(共5起),系统的总结了煤矿易发、常见事故的产生原因和发展规律,对如何遏制煤矿备类事故的发生提出了有效的防治对策。
本片通过最鲜明的实例和最直观的教育,来提高煤矿从业人员的安全生产意识,可作为煤矿企业区队班组在班前、班后会上进行安全事故警示教育的生动视频教材,也可作为煤矿安全培训教学的课件使用。
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本书以彬旬矿区燕家河煤矿近距离煤层群5-1、5-2及8煤为研究对象,以资源高效回收为切入点,以矿井持续稳定开采为最终目标,综合采用理论分析、物理模拟、数值模拟、实验室实验、工业性试验等研究方法,对近距离煤层群协同开采技术与矿井合理开采规模展开了较为系统地研究,研究成果可为近距离煤层群安全高效持续稳定开采提供理论指导。 本书可供从事煤矿地下开采、巷道围岩控制及煤矿安全等专业的科技人员和相关学者参考使用。
彬长矿区为首批国家煤炭规划矿区之一,矿区总面积为1 643 km2,总储量约为100亿t。矿区建有胡家河、大佛寺、火石咀、燕家河、亭南等20余对矿井,经过2002~2012年煤炭行业“黄金十年”的高强度、大规模过度开采,造成了煤层间无序开采、巷道布置不合理、地表环境损害严重、煤炭资源回收率低、产量波动大、服务年限急剧下降等问题。对矿井中后期发展极其不利,尤其在目前经济新常态形式下,需改变我国煤矿传统开采模式,必须协同资源回收率、地表环境与开采规模间的关系,煤炭必须走降本提效、资源有效回收、环境协调的科学开采之路。因此,本书以彬长矿区燕家河煤矿近距离煤层群为研究对象,以5-1、5-2、8煤协同开采为切入点,综合采用理论分析、物理模拟、数值模拟、实验室实验、工业性试验等研究方法,对下伏厚煤层综放开采条件下上行开采技术、底软厚硬煤层“孤岛”综放沿空掘巷技术、矿井持续开采合理规模展开了较系统的分析。
首先,基于燕家河煤矿协同开采隐患因素分析,建立了近距离煤层群协同开采技术体系。其次,采用多种方法综合分析了8煤综放开采采场覆岩运移及变形规律,掌握了上覆5-1、5-2煤层变形规律及破坏特征,确定了近距离煤层群5-1、5-2煤上行开采可行性。再次,提出了“孤岛”综放工作面沿空巷道上覆基本顶断裂结构存在3种基本形式,得到了基本顶断裂线位置与巷道围岩整体稳定性关系密切的认识,认为当断裂线位于巷道正上方时对巷道维护最不利,指导现场沿空掘巷时应考虑基本顶断裂结构对沿空巷道稳定性的影响,避免在断裂线正下方掘进巷道。针对“孤岛”综放工作面沿空掘巷围岩变形特点,提出了高预紧力锚杆支护技术和高预应力锚索补强支护技术,在8105、8215综放面成功应用综放沿空掘巷技术。最后,建立了工作面煤层地质条件开采工艺性综合评价模型,对矿井未来开采的83个工作面进行了开采工艺性综合评价;构建了能综合反映“人—机—环境”三因素影响的单产预测新模型,对矿井未来开采的83个工作面进行了可靠单产预测;基于工作面预测产量,对可能满足矿井开采规模的多种接续方案进行了比较分析,确定了矿井持续开采工作面接续方案和合理开采规模为1.80 Mt/a。
全书共11章,第1章介绍了本书的研究背景、意义和国内外研究现状,提出了本书的研究内容与方法;第2章分析了燕家河煤矿近距离煤层群协同开采隐患因素,建立了近距离煤层群协同开采技术体系;第3、4、5章研究了近距离煤层群下伏厚煤层放顶煤开采条件下上行开采可行性;第6章分析了厚煤层综放开采覆岩沉陷规律;第7、8、9章研究了底软厚硬煤层综放沿空掘巷围岩变形机理及控制技术;第10章分析了近距离煤层群矿井持续开采合理规模;第11章对本书所做的工作进行了总结。
本书在成稿过程中,参阅了大量国内外相关专业文献,他们的研究成果给予笔者很大启发,在此谨向文献作者表示诚挚感谢。本著作是在中国矿业大学张东升教授悉心指导下完成的,在此谨向张东升教授致以崇高敬意和诚挚感谢。感谢西安科技大学李树刚教授、伍永平教授长期以来给予的关心与支持。感谢课题组马立强教授、王旭锋教授、范钢伟副教授、张天军教授、许满贵教授、林海飞副教授给予的帮助。感谢煤炭资源与安全开采国家重点实验室张少华高工、马文顶高工、赵海云高工对物理模拟实验的帮助。感谢李磊博士对数值模拟分析、现场实测分析的帮助。感谢旬邑县中达燕家河煤矿有限公司张新志矿长、吴林梓总工程师、董永建副矿长以及其他工程技术人员在工业性试验研究过程中给予的大力支持。感谢胡阳升、王琳、聂荣山、郭正超、双海清、由临东、杜政贤等硕士研究生参与部分研究工作。最后,感谢中国矿业大学出版社相关工作人员为本书的出版付出的辛勤劳动。
彬长矿区近距离煤层群协同开采隐患因素较多,本书仅分析了燕家河煤矿协同开采隐患因素并开展了相关研究工作。由于笔者水平所限,书中难免存在疏漏或谬误之处,恳请专家及读者批评指正。
作 者2016年3月
第1章 绪论 1
1.1 问题提出和研究意义1
1.2 国内外研究现状2
1.3 主要研究内容、研究方法及技术路线12
1.4 研究目标与创新点14
第2章 近距离煤层群协同开采技术体系建立17
2.1 矿井概况17
2.2 开采现状24
2.3 协同学理论28
2.4 近距离煤层群协同开采技术体系构建29
2.5 本章小结32
第3章 近距离煤层群上行开采可行性判别与分析33
3.1 上行开采可行性判别方法33
3.2 5-1、5-2煤上行开采判别结果及分析38
3.3 采动影响时空关系分析48
3.4 本章小结50
第4章 近距离煤层群采场覆岩运移规律及破断特征分析51
4.1 煤岩基础力学参数测试51
4.2 近距离煤层群上行开采相似材料模拟分析59
4.3 近距离煤层群上行开采UDEC2D数值模拟分析72
4.4 近距离煤层群上行开采RFPA2D数值模拟分析83
4.5 本章小结88
第5章 近距离煤层群采场覆岩运移规律现场实测分析90
5.1 8煤采场覆岩“二带”高度实测分析90
5.2 5-2煤顶底板岩层运移规律巷探实测分析110
5.3 本章小结114
第6章 厚煤层综放开采覆岩沉陷规律分析115
6.1 开采沉陷计算115
6.2 8煤开采对地表影响规律分析117
6.3 8煤开采对百子沟河影响规律分析124
6.4 8煤开采对5-1煤影响规律分析135
6.5 本章小结144
第7章 综放沿空掘巷基本顶破断结构影响窄煤柱稳定性分析146
7.1 沿空巷道基本顶断裂结构力学模型146
7.2 基本顶断裂结构影响窄煤柱稳定性的数值模拟分析146
7.3 沿空巷道上覆基本顶断裂结构探测151
7.4 8煤蠕变特性试验分析156
7.5 本章小结161
第8章 综放大断面沿空掘巷围岩变形规律数值模拟分析163
8.1 模型的建立163
8.2 模拟结果及分析165
8.3 本章小结174
第9章 综放大断面沿空掘巷围岩稳定性控制工程应用分析176
9.1 综放沿空掘巷围岩稳定性控制技术176
9.2 8105综放面工程应用分析193
9.3 8215综放面工程应用分析197
9.4 其他工作面推广应用205
9.5 本章小结208
第10章 近距离煤层群矿井持续开采合理规模分析210
10.1 煤层地质条件评价210
10.2 煤层地质条件开采工艺性综合评价212
10.3 工作面单产预测与合理配置217
10.4 矿井持续开采合理规模确定231
10.5 本章小结239
第11章 主要结论241
参考文献243