综放开采顶煤放出规律的BBR研究
摘要：借助于自主研制的相似模拟实验台和PFC软件,系统研究了综放开采顶煤放出规律,建立了统一研究煤岩分界面、顶煤放出体、顶煤采出率和含矸率四要素的BBR研究体系。分析了煤岩分界面形态以及支架和移架对其影响,提出了可用抛物线拟合煤岩分界面。将放出体分为发育不完整、基本成熟和成熟3个发育阶段,发现了支架掩护梁影响会使放出体前部发育较快,始终超出椭球体范围的现象,指出顶煤放出体是一被支架掩护梁所切割的非椭球体,定义其为切割变异椭球体。为了提高顶煤采出率、降低含矸率,应尽可能地扩大放出体与煤岩分界面的相切范围,通过确定合理放煤工艺与参数,控制煤岩分界面形态来提高顶煤采出率是可行的措施。待放顶煤区域处于由采空区岩石与支架顶梁形成的拱形挤压力链的卸压区内,在放煤口附近顶煤易成拱。千米深井高地压软岩巷道沿空留巷工程案例
摘要：结合朱集东矿深井高地压高瓦斯煤层群条件介绍综采工作面沿空留巷工程案例。采用"三高"锚杆+锚索梁初始支护、锚索梁+注浆超前加固、工字钢梁+铰接顶梁辅助支护、膏体材料泵送充填构筑墙体,有效控制了深部沿空留巷帮部及顶板剧烈变形,在960 m埋深条件下成功留巷2 059 m。巷道掘进至扩刷复用全过程中,帮部以扩容鼓出变形为主,变形量为110~450 mm,顶板以弯曲下沉为主,变形量为257~450 mm,底板以剧烈底臌为主,底臌量为1 311~2 500 mm,墙体以发育竖向裂隙为主,变形量为61~90 mm。取得局部地段卧底即满足复用的良好围岩控制效果。不同锚固长度下巷道锚杆力学效应分析及应用
摘要：为研究不同锚固长度对巷道围岩的控制效果,从理论方面推导了锚杆应力分布规律,建立了不同锚固长度下巷道围岩力学分析模型,考虑分析了锚杆直径、围岩强度参数、锚固长度、预紧力、布设间距等影响因素,给出了巷道锚杆支护设计的工程建议措施,并通过开展现场试验验证了本文理论研究成果的正确性。研究表明:锚杆受力主要集中在锚固段端头1/3范围内,且沿长度方向杆体剪应力与轴力不断递减;在软岩中更利于锚杆锚固作用的发挥;施加高预紧力,并留设一定的自由段长度,有利于锚杆预紧力在围岩中扩散,可形成有效的锚固围岩承载结构,充分发挥杆体支护潜力;当锚杆布设间距较大时,可通过提高预紧力、适当减少锚固长度来增加预紧力对围岩的控制效果。西北冻结立井砼井壁爆破损伤模型
摘要：为研究我国西北地区冻结立井岩石钻爆法施工时,大药量爆破对附近新浇混凝土井壁的损伤情况,根据相似理论制作了15∶1的圆柱形冻结立井模型,在爆破塔内开展了爆破模型试验研究。沿立井轴线方向,在混凝土井壁内侧面上粘贴环向和轴向共4组应变片,测定井壁在微差爆破作用下的变形情况,并根据广义胡克定律近似计算出各点应力。同时采用超声波测试方法测定井壁损伤。结果表明:井壁内侧面各点的应力应变时程曲线与爆破方案密切相关,应力应变峰值与各微段炸药量相对应。得出应力峰值与爆距、药量和岩体介质之间的拟合关系,以爆破前后的波速变化衡量井壁损伤,据此估计多次爆破对井壁累积损伤情况。基于围岩及灌浆圈非均质性的外水压力计算
摘要：隧洞外水压力计算方法较多,每种方法都有优缺点。采用数值法来计算灌浆圈的外水压力,将围岩灌浆圈分为3层,计算了各层渗透系数不同以及等效后的渗透系数时条件下的外水压力。计算结果表明,随着衬砌渗透性的增加,外水压力逐渐减小。当考虑灌浆圈不同厚度的变化时,如果将围岩灌浆圈和钢筋混凝土衬砌当作一个整体考虑,衬砌外缘的外水压力下降幅度较大,灌浆圈外缘的外水压力下降幅度很小;当灌浆圈的渗透性与衬砌的渗透性相差不大时,衬砌的外水压力变化比较小,当灌浆圈的渗透性与衬砌的渗透性相差教大时,衬砌的外水压力变化比较大。经研究分析,采用数值法计算高压岔管区围岩及灌浆圈的外水压力有一定的实用性。基于Steiner最小树相似模拟裂纹扩展与能量传播的机理
摘要：采矿工程中上覆岩层裂纹扩展及其分布规律一直是研究的难点,直接影响井下工作高效开展及安全,对于高瓦斯矿井还涉及到瓦斯抽采效率提高问题。基于Steiner最小树模型建立裂纹拓展与能量传播的关系,指出裂纹的贯通拓展是沿着耗能最小而最快释放能量的路径。并建立相似模型试验中的真实裂隙与数学裂隙模型,将问题定义为约束型的Steiner树问题。覆岩破坏形式遵循基于四点以离层裂隙为主导的模型。进一步开展室内三轴加载试验,表明理论和真实破裂角与赋存深度的关系并不明显。从力学机理上分析,局部岩石的破坏面可以由摩尔库仑准则解释,而从能量角度分析,众多不同岩性破裂面组合而成的路径也是最优路径。最后揭示了岩层移动角公式参数的内在涵义,指出修正公式是煤炭地下开采上覆不同部分岩层裂隙拓展的有机统一,是Steiner最小树原理的直接体现。含瓦斯煤体加载破坏声-电前兆信息试验研究
摘要：针对含瓦斯煤体加载破坏前兆信息难以识别、提取的研究现状,自行研制了含瓦斯煤体加载声-电监测装置,对含瓦斯煤体加载全过程进行实时监测以获取声-电前兆信息。试验结果表明:声-电监测系统能够捕捉到含瓦斯煤体产生的电荷与声发射信号,加载过程中部分电荷信号先于声发射信号变化,声-电信号的产生与煤体内部裂纹扩展相关;煤体内部自由电荷与声发射信号的产生具有本质上的区别,前者是在压电效应、摩擦作用、微破裂新生表面电荷分离以及瓦斯运移携带电荷等综合叠加作用下产生,而后者是煤体内部裂纹扩展以脉冲波形式释放应变能的过程;通过划分含瓦斯煤体加载破坏声-电前兆信息异常区域,确定了声-电监测技术应用于矿山动力灾害预警的可行性。平顶山八矿突出煤层瓦斯地质控制特征
摘要：运用瓦斯地质理论,以平顶山矿区八矿为研究对象,基于地质构造对区域、矿区和井田瓦斯赋存的控制特征,研究了三级构造对平顶山八矿突出煤层瓦斯赋存的地质构造逐级控制特征。研究表明:区域构造奠定了平顶山矿区高瓦斯的基调;矿区构造将平顶山矿区划分为东西2个瓦斯赋存单元,瓦斯赋存以李口向斜呈轴对称分布;井田构造控制着矿井突出煤层的瓦斯赋存和构造煤分布,造成煤层瓦斯突出危险呈条带分布,合理划分出煤与瓦斯突出发生有利地带。欢迎订阅2015年《煤炭学报》杂志
煤层瓦斯抽采过程中煤岩变形的物理模拟实验
摘要：利用自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟实验系统,研究了抽采过程中煤体内不同位置变形演化规律,探讨了抽采位置、地应力和气体压力对抽采过程中煤体变形的影响。结果表明:煤体变形受地应力、抽采位置、时间和煤层气体压力等因素的共同影响,且抽采初期的煤体变形速率较大;煤体σ1方向的变形普遍大于σ2和σ3方向的变形,σ3方向的变形与煤体所受的地应力大小σ3呈正比;由于最先产生变形的煤体引起的泊松效应限制了距离抽采位置较远煤体的变形量,所以距离抽采位置越近,抽采过程中煤体变形速率和最终变形量越大;煤层中的气体压力越大,煤体变形速率越快,在气体压力降低并趋于稳定后,煤体变形达到一个稳定状态。抽采瓦斯过程中煤层瓦斯压力演化规律的物理模拟试验研究
摘要：利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了不同地应力水平下抽采瓦斯的物理模拟试验,对抽采瓦斯过程中煤层瓦斯压力演化规律进行了探讨。结果表明:1在抽采瓦斯过程中,煤层瓦斯压力在初期降低较快后期降低缓慢,并且距钻孔越近,瓦斯压力下降速度越快,而与距钻孔出口的距离无关;2在与抽采钻孔垂直的断面瓦斯压力场中,等压线以钻孔为中心呈现圆环形分布,在与抽采钻孔平行的纵面和层面瓦斯压力场中,等压线则以钻孔为对称轴呈现漏斗形分布,且距钻孔及钻孔出口越近瓦斯流速越大;3地应力的增加降低了煤层渗透率,阻碍了瓦斯的运移,使抽采过程中瓦斯压力的降低速度变慢,瓦斯流速减小。粒度对软硬煤粒瓦斯解吸扩散差异性的影响
摘要：基于气体在多孔介质的运移理论,采用物理模拟实验的方法,研究了软、硬煤粒瓦斯扩散速度、扩散系数的差异特征随粒径的变化规律;采用压汞法考察了软、硬煤粒孔隙结构特征的差异,分析了粒径对软硬煤瓦斯扩散行为差异性的影响机理。研究结果表明,当粒度大于等于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值达到最大值,且基本趋于稳定;当粒度小于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值随粒度的减小而减小;当粒径减小到一定程度——称该粒度为原始粒度,软、硬煤的瓦斯扩散速度和扩散系数几乎没有差别。软煤相对于硬煤和粒度减小,均使大中孔的孔容显著增大,即粒度减小会缩小软硬煤之间瓦斯解吸扩散通道的差别。软硬煤孔隙结构差异是导致瓦斯扩散速度和瓦斯扩散系数随粒径变化规律产生差别的本质原因。以上研究成果为钻屑瓦斯解吸指标、瓦斯放散初速度和煤层瓦斯含量等测定过程中粒度选择与结果修正提供理论参考。诱导气流对转载点雾化特性影响规律的数值模拟与试验
摘要：为了分析煤矿转载点诱导气流对喷雾降尘过程中雾化粒度的影响,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)离散相模型的粒子跟踪技术,模拟了不同诱导气流条件下雾滴粒径的分布特性。分析结果表明:在诱导气流的影响下,雾滴颗粒向导料槽出口漂移明显,粒径统计项D[3,2]和D[4,3]随诱导气流风速的增加而减小,减幅分别为17.17%和16.19%;同时,雾化压力的增大,提高了雾滴颗粒发生二次破碎的强度,导致雾化粒度随压力的增大而减小。根据结论,对转载点高压喷雾降尘系统进行了改进,现场喷雾压力由1.5 MPa提高到6.2 MPa,调整雾化场轴向横截面与诱导气流方向之间呈30°夹角,现场实践表明:相对于改进前,转载点全尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别降低了88.60%和78.96%。综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果分析
摘要：为了确定综掘工作面压风气幕形成机理与阻尘效果,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了压风口与工作面不同距离时风流与粉尘流场运移规律,结果表明:压风气幕的形成主要由压风涡流风流场与工作面距离决定,若涡流风流场与工作面距离大于抽风口与工作面距离,可在压风口与抽风口间形成风流方向均指向工作面的压风气幕,压风口与工作面距离越大,涡流风流场与工作面距离越大,越利于形成压风气幕;数值模拟确定了50 mg/m3以上高浓度粉尘扩散距离随压风口与工作面距离变化的数学关系式;现场实测也显示,压风气幕阻尘效果明显,压风口距工作面30 m时,形成的压风气幕使距工作面10 m断面测点的粉尘浓度降至19.2 mg/m3,有效提高了除尘风机抽尘量,降低了现场粉尘浓度。矿井避险空间生氧净化系统研究与试验
摘要：为了分析矿井避险空间生氧净化系统性能,根据其功能及工作原理,确定系统由气源装置、汇流装置、控制装置、CO2净化装置及CO净化装置组成。研究确定80人16 h需要15 MPa,40 L医用氧气瓶10个及4.78×105g JS-1净化药剂,药剂更换频率为1.51 h。密闭模拟试验表明:药剂去除效率与CO2初始体积分数无关,而与风机位置、风机功率及药剂层厚度相关;当风机位于药剂层下方时,最佳风机功率为185 W,最佳药剂厚度为250 mm,CO2去除效率为91%;组合后的生氧净化系统比独立系统提高了CO2净化性能及空间气体均匀扩散能力。现场载人实验证明:生氧净化系统能够保证空间O2体积分数为19.5%,CO2体积分数为0.6%~0.9%。欢迎订阅2015年《International Journal of Coal Science&Technology;》杂志
声场作用下煤中甲烷解吸扩散的特性
摘要：为了深入研究超声波的机械振动效应、热效应、空化效应提高煤层气抽采率的机理,研制了可控声场作用下甲烷吸附、解吸试验系统。实验研究了不同频率的超声波、不同声强的声波作用下煤中甲烷的解吸特性,得出:不加声场与声场作用下煤中甲烷的解吸动力学特性一致,甲烷解吸全过程中,初始解吸速度较快,随时间的增加,解吸速度越来越慢,最终趋于0;声场作用下甲烷的解吸量增加了20%~90%,且解吸量随声强的增大而增大;煤中甲烷的扩散规律可用单一扩散模型描述,声场作用下传质毕欧准数减小,扩散系数增大,表明声场作用使煤体内部扩散阻力减小,传质速度加快,扩散能力增强,有利于煤中甲烷的解吸、扩散。沁水盆地南部煤层气田产出水地球化学特征及其来源
摘要：分析煤层气田产出水的组成和变化,研究煤层气田产出水的水文地球化学特征及其来源,对于认识煤储层中水的解吸与渗流过程以及煤层气的富集机理具有重要意义。通过沁水盆地南部煤储层水化学特征、氢氧同位素和碘同位素特征分析,探讨了煤层气田产出水的来源,研究结果表明:根据采样点数据,沁水盆地南部煤层气田产出水的水质类型多以Na-HCO3型为主,有少量Na-Cl型和Na-SO4-Cl型,煤层气产出水的矿化度大多中等,介于690~2 150 mg/L;沁水盆地南部煤层气田产出水的δD值介于-82‰~-68‰,δ18O值介于-11.5‰~-10.1‰,并且均落在当地大气降水线附近,说明研究区煤层气田产出水主要来源于当地大气降水,并且部分区块煤层气田产出水还与CO2及周围煤岩发生了氢氧同位素的交换反应;ρ(129I)/ρ(127I)校正值介于10.21×10-12~40.59×10-12,通过129I衰变规律计算沁水盆地南部富集区煤层气田产出水年龄为3.3 Ma至今,揭示了沁水盆地南部煤层气田产出水主要来源于古大气降水(上新世和早更新世大气降水)和现代大气降水,并且大气降水对沁水盆地南部煤层气赋存起到保压富集的控制作用。
