急倾斜特厚煤层综放工作面采场运移与巷道围岩破裂特征
摘要：急倾斜煤层的赋存环境及水平分段综放的开采方式加剧了综放工作面采场结构与应力演化的复杂性，增加了综放工作面稳定性评估的难度，为此采用多手段联动的方法对煤岩体结构与巷道围岩破裂特征进行综合探测。通过急倾斜煤层综放工作面覆岩结构与应力分析巷道围岩产生分区破裂的力源条件；基于钻孔应力监测、声波探测、光学钻孔摄像等监测方法，获得了巷道围岩质量与离层区分布位置，钻孔内壁裂隙发育程度、裂隙数量与长度以及动态破裂演化特征。综合分析表明：急倾斜特厚煤层巷道围岩破碎具有分区分布特征，顶板与两帮裂隙呈现不规则的分区演化特征，裂隙区与完整区交替出现，煤体侧巷道帮的裂隙分布区域大于岩体侧。不同开采条件下岩石的变形破坏特征及对比分析
摘要：基于3种典型的煤层开采方式（无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采），借助MTS-815电液伺服岩石实验系统对潞安李村煤矿灰岩进行了同时恒定降围压、变速率加轴压的三轴卸荷试验，由此研究了不同开采卸荷条件下的应力路径对围岩的力学行为影响。实验获得了不同围压不同加载速率条件下灰岩的全应力一应变曲线及宏观破坏模式，认为灰岩的破坏模式与达到峰值时围压的大小有很大关系，而轴向加载应力路径影响较小；放顶煤开采条件下围岩的变形较保护层开采和无煤柱开采要大，特别是塑性变形较后两者也大。另岩的脆性和延性特征的转变与轴向加载速率有很大关系，即与煤层开采方式有关，并且围压越大，塑性特征越明显。海下采煤软弱覆岩导水断裂带发育高度研究
摘要：龙口矿区海域煤层开采后软弱覆岩导水断裂带的发育高度直接影响了海下安全开采。在分析龙口矿区海域软岩工程地质特征的基础上，运用有限差分法、相似材料模拟试验并结合现场实测资料，研究了海下采煤软弱覆岩变形破坏规律。结果表明：煤层顶板软岩剪切破坏后，裂隙连通性及导水性相对较弱，岩体仍具有一定阻水能力；海底煤层开采后，覆岩垂直剖面由上至下分为剪切破坏带、拉剪破坏带和拉伸破坏带；开采过程中，导水断裂带高度随工作面推进逐渐增加，并最终达到稳定；6m厚煤层采全高时，导水断裂带发育高度为48．2～55．0m。最后，经统计提出了海下采煤软弱覆岩中导水断裂带发育高度的计算公式。厚煤层刀柱采空区集中应力影响范围理论判据研究
摘要：针对资源整合矿井厚煤层刀柱采空区煤岩应力集中问题，结合刀柱工作面开采方式和煤岩地质赋存条件，利用弹塑性力学半平面体理论和刀柱采空区煤岩受力特点，建立了刀柱工作面煤岩体力学模型，推导出刀柱采空区应力分布计算公式，并对单个和多个刀柱时应力分布规律、影响范围以及主要影响因素进行了对比研究，得出多个刀柱叠加作用下集中应力影响范围是单个刀柱影响范围的2．5～3．0倍，随刀柱数量的增加，竖直方向影响范围的增加速率逐渐减小，当刀柱数量达到20个时应力影响范围趋于稳定；水平方向影响范围受刀柱数量影响较小，确定了以竖直应力的影响范围作为判断刀柱影响范围的依据。结合杨涧煤矿刀柱工作面开采实际，计算得出刀柱采空区在竖直方向的影响范围为10．6m，会对9号煤层复采工作面的回采造成影响，并提出了复采工作面合理设计原则和刀柱应力释放措施。基于Boltzmann函数的开采沉陷预测模型
摘要：为更加准确地预计出煤炭开采后地表的移动和变形，基于Boltzmann函数，利用数学分析的方法，提出了新的开采沉陷预测模型，通过理论分析推导出了模型中的参数与概率积分法参数之间的关系。在新模型中提出了严重影响半径尺的概念，大小约为主要影响半径r的1／4，其他参数的物理意义和取值方法与概率积分法相同。以淮南矿区3个工作面为例进行验证表明，新模型与概率积分法模型相比拟合求参效果更优，尤其是在盆地边缘处收敛比概率积分模型缓慢，该模型更适用于巨厚冲击层的矿区。岩石次声滤波处理新技术——Sallen—Key数学模型
摘要：为研究岩石破裂发射次声波信号的频率分布特征，高效可靠的数字低通滤波技术是必要的研究环节。针对模拟滤波器电路的参数确认复杂、自激振荡影响等不良因素，对模拟Sallen—Key有源滤波电路进行分析、推导并建立了Sallen—Key低通滤波器的时域离散数学模型。仿真试验结果表明：Sallen—Key数字低通滤波模型可以有效地提高信噪比，并避免了模拟滤波电路引起的自激振荡现象。对岩石破裂次声波进行低通滤波处理，并与传统ButterWorth数值滤波进行了比较，结果证明Sallen—Key数学模型是一种非常有效的数字信号处理方法。露天矿卡车低成本GPS／INS组合导航系统动态对准模型
摘要：低成本GPs／INS组合导航系统是露天矿卡车调度系统的理想定位系统，但低成本GPS／INS无法实现静态初始对准。提出地固系下捷联惯性导航系统动态初始对准的非线性误差模型，该模型不需要假设失准角为小角并且直接在地固系下解算，尤其适合于GPS辅助INS动态对准。提出一种简化的Cubature卡尔曼滤波进行GPS／INS数据融合。采用车载实测数据仿真露天矿卡车初始对准实验，实验结果表明：利用GPS信息辅助INS动态初始对准，即使在大失准角情况下，姿态角误差也可以较快收敛。厚硬火成岩下突出煤层动力灾害致因研究
摘要：针对海孜煤矿主采煤层顶板上部厚层坚硬火成岩造成的突水、瓦斯突出、冲击地压和地表沉陷等煤岩动力灾害，采用煤样SEM（扫描电镜）分析、组分和反射率测定等方法，研究了厚硬火成岩下突出煤层物性参数特征，采用板应力拱平衡理论研究了采动离层裂隙发育规律，采用梁结构破断弹性理论研究了厚硬火成岩对冲击地压和突水的影响，以揭示厚硬火成岩下突出煤层动力灾害的致因。研究结果表明，巨厚火成岩的热演化和圈闭作用，导致下伏各煤层孔隙发育，吸附瓦斯能力增强，各煤层突出危险性增加；厚硬火成岩为矿井主关键层，受采动影响能长期保持不断裂，其下伏煤岩层的裂隙与离层能长期不闭合，能为卸压瓦斯抽采创造条件；但随着煤层的持续和大面积开采，厚硬火成岩突然破断滑落，破断过程中释放出大量能量并向周围传播，容易引起冲击地压、矿井水灾、瓦斯突出及地表沉陷等复合型动力灾害。基于FLACS的受限空间瓦斯爆炸数值模拟
摘要：为了对矿井瓦斯爆炸灾害进行有效防治、安全评估和事故调查，采用XKWB-1型近球型密闭式气体爆炸特性测试装置进行甲烷爆炸实验，并应用FLACS软件对该爆炸过程进行数值模拟，二者对比表明添加辐射模型的模拟与实验结果基本吻合，平均误差1．88％，说明辐射换热是瓦斯爆炸过程中除热传导和热对流外主要的热量传递方式。模拟结果表明，瓦斯爆炸燃烧波以近球面波的形式向四周传播，小空间内各点压力很快达到均匀，从容器壁面到点火源处温度梯度不断增大；当火焰面传至壁面附近时，未燃气体受壁面作用产生回流，上下、左右的回流气体相遇形成的涡旋使火焰加速，在可燃性气体燃烬时爆炸超压达到最大值。添加辐射换热模型的模拟结果误差基本满足工程需要，可应用于更复杂空间的瓦斯爆炸过程模拟。瓦斯煤粉耦合体系着火实验研究
摘要：为研究煤矿井下瓦斯、煤粉、空气3成分体系的着火特性，在改进的粉尘云最低着火温度测试装置（G-G furnace）内，选取4种煤样进行瓦斯与煤粉耦合条件下的引燃实验研究。实验结果表明：当煤粉存在时，瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的最低着火温度（MIT）均低于瓦斯、煤粉的最低着火温度，且煤粉粒径越小、煤粉挥发分越大，耦合体系的最低着火温度下降的越多。D50≈25μm的1号煤样使得耦合体系的着火温度比瓦斯低340℃，比煤粉低110℃。说明煤矿井下电气设备按纯的甲烷气体进行防爆温度设计和选型，若不考虑煤粉的影响，具有引燃瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的风险，需加以完善和改进。蒙脱石对瓦斯水合分离过程的影响
摘要：为探寻有效改善瓦斯水合分离速率和分离浓度的方法，研究了蒙脱石（MMT）-化学促进剂（SDS0．40mol／L，THF0．20molfL）复配体系对水合物生成过程及CH4分离浓度的影响。实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力一时间曲线，利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行计算，运用气相色谱仪测定分离产物中CH4浓度，并对MMT促进机理进行初步分析。结果表明：添加MMT实验体系的瓦斯水合物生长速率较空白实验分别提高了2．43×10^-6，1．45×10^-6和2．48×10^-6m^3／min，诱导时间分别缩短了8，7和13min，水合分离浓度分别提高了7．77％，5．07％，0．78％；一级水合分离产物中的CH4最大提纯浓度可达70．52％。基于微震信号突变分析的底板断层突水预测
摘要：为了探索承压水上底板采动断层活化破坏特征，预防底板断层活化突水，利用微震监测技术对工作面底板采动断层进行了连续动态监测。结果表明：当工作面推进距断层约60m时，断层就出现活化迹象，且随着工作面的推进，断层活化程度及破坏范围增大；底板断层活化破坏深度达到30．4m，接近无断层底板破坏深度的2倍，活化破碎的断层带更容易形成导水通道诱发工作面底板突水。基于承压水上采动断层活化破坏特征信号，利用Origin数据处理软件对微震监测的底板断层活化破坏深度数据进行了4次多项式拟合，应用基于突变理论推导的底板采动岩体失稳突水判据对其进行了突变分析。依据分析预测结果，并结合放水孔水量、水温等信息，及时注浆加固了底板断层活化破坏区域，使工作面顺利推过断层区域，实现承压水上断层区域工作面的安全带压开采。基于不同状态方程压缩因子的煤吸附CO_2等温线的比较
摘要：为了考察不同状态方程对CO2吸附量测定的影响，通过比较3种通用气体方程和3种CO2经验状态方程计算所得CO2压缩因子，进而利用3个煤样研究6种状态方程所得的CO2吸附值。结果表明：状态方程对Gibbs吸附量的影响在平衡压力不高于6MPa时较小，而在中高压力条件下较大，且随平衡压力增加该影响增大。研究表明：中高压条件下不同状态方程所获得吸附量的差异主要通过6～12MPa吸附增量的变化而引起，低压和高压条件下状态方程对吸附增量影响较小。状态方程对吸附量的影响不仅取决于计算CO2压缩因子所采用的状态方程，而且取决于参比缸和自由空间的容积。基于活性炭从煤层气中分离甲烷
摘要：为探索不同工艺条件下活性炭204-Ⅱ用于从煤层气中分离CH。的效果，在温度253．2～313．2K、压力0～0．8MPa，采用容积法测试CH。，N2纯组分在活性炭204～Ⅱ上的吸附平衡，并在293．2K、0．1～0．5MPa进行CH4，N2纯组分及其混合体系在活性炭204～Ⅱ固定床上的动态穿透曲线两塔变压吸附分离试验。采用Langmuir-Freundlich模型描述纯CH4，N2在活性炭204～Ⅱ上的吸附等温线，分析不同温度和压力条件下CH4对N2的吸附选择性，明确降低压力和升高温度可以提高CH4和N2的吸附平衡差异。通过动态微分模型对CH4，N2纯组分的固定床穿透曲线进行理论模拟并计算得到传质系数，结果表明，二者传质系数基本相等，确定了cH4和N2在活性炭上的分离是基于吸附平衡差异的机理。低浓度的煤层气通过一步变压吸附过程的分离效果有限，CH4含量为20．13％和47．46％的煤层气可分别提纯至39．83％和71．38％，不同操作压力下的提纯效果接近（0．1～0．5MPa）。韩城区块煤层气井产出煤粉特征及主控因素
摘要：煤层气排采过程中的煤粉问题是制约煤层气井产能的主控因素之一，为了揭示煤粉的产出机理和查明煤粉的来源，以韩城区块为实验区，通过现场观测和描述，采用透光显微镜、激光粒度测试仪、X射线衍射和反射偏光显微镜，从浓度、粒度、成分等方面对煤层气排采中产出的煤粉特征进行分析，结合煤层气主力开发煤层特征，指出了煤粉产出的主控因素有井型、完井工艺、排采制度、煤岩特征、煤体结构和煤层结构等，而煤体结构（构造破坏）是煤粉产出的首要控制因素。煤层气井水力压裂“T”型缝延伸模型的建立及应用
摘要：与常规储层不同，煤层压裂裂缝形态复杂多样，其中“T”型缝是典型代表之一。为准确模拟“T”型缝延伸，满足实际压裂设计需要，通过建立数学模型、控制流量、单因素分析等方法对煤层复杂缝中的“T”型缝进行了研究，进而得到煤层压裂“T”，型缝延伸规律。通过对PKN模型和Pen-ny模型组合提出了“T”型缝的简化模型，并将多层压裂的流量分配思想应用于“T”型缝中的流量控制。通过实例模拟计算了“T”型缝中各部分的尺寸，在此基础上分析了施工时间、排量及压裂液黏度对“T”型缝系统中各部分几何尺寸的影响规律。研究表明，通过优化施工参数可获取理想尺寸的“T”型裂缝。基于测井信息的韩城地区煤体结构的分布规律
摘要：韩城地区煤层受多期构造破坏，煤体结构复杂，煤层气井出粉较为严重，目前对区内煤体结构分布规律研究尚且不足，制约了区内煤层气产能提高。通过对韩城地区测井资料与钻井取芯样品进行对比分析，总结出了不同煤体结构的深侧向电阻率测井、双井径测井及自然伽马测井曲线组合特征，并利用测井曲线组合特征识别煤体结构及分层定厚，进一步通过对研究区24口煤层气井测井资料的分析，揭示3号、5号和11号煤层煤体结构平面分布规律及其与区域构造的关系。研究表明：①Ⅰ类煤（块煤）扩径轻微，电阻率偏高；Ⅱ类煤（块粉煤）扩径严重且差异扩径现象明显，电阻率偏低；Ⅲ类煤（粉煤）扩径严重且部分出现轻微差异扩径现象，电阻率偏低。②边缘浅部隆起构造带、龙亭构造带、东泽村构造带和龙骨岭构造带控制了区内3号、5号和11号煤层煤体结构分布，Ⅱ类煤和Ⅲ类煤基本沿着构造带走向展布，同一构造带对不同煤层的破坏程度不同。煤泥柱浮选的承载能力与气含率轴向分布
摘要：为优化柱浮选设备的处理能力和分选效果，采用压差法测定柱体内部的气含率，同时通过调整入料浓度和流速，分析煤泥柱浮选承载能力和气含率轴向分布的变化规律，并探索两者之间的内在联系及对煤泥分选效果的影响。结果表明：入料流速小于临界流速时，气含率在轴向上从底部到顶部依次增大；流速达到临界流速或以上时，气含率轴向分布发生逆变；临界流速随入料浓度的升高逐渐减小。承载能力随入料流速的增大先增大后减小，拐点为气含率轴向分布逆变的临界流速；一定范围内浓度的升高有利于提高承载能力和可燃体回收率。建立了煤泥柱浮选的承载能力预测模型，线性拟合的相关系数R2=0．873，达到了较高的预测精度。
