中国煤中硫含量分布特征及其沉积控制
摘要：基于全国煤炭资源潜力评价最新研究成果,结合前人研究结果,采用保有储量加权平均法,分析了我国煤中全硫和形态硫的地质分布和行政区分布规律,讨论了影响煤中硫含量分布的地质原因。结果显示:我国煤中硫含量变化范围大,以特低硫煤和低硫煤为主,全硫含量的保有储量加权平均值为1.14%;晚二叠世、早石炭世和晚石炭世煤中全硫含量较高,早—中侏罗世煤最低;华南赋煤区煤中硫分含量最高,西北赋煤区煤中硫分最低,以浙、赣、渝、桂为界,煤中硫分有从西北向东南方向逐渐升高再降低的趋势;高有机硫煤主要分布于华南晚二叠世及华北晚石炭世煤层;煤中硫含量高低显著受到沉积环境的影响,受海水影响的煤及海陆交互相沉积的煤层硫分较高,陆相沉积的煤层硫分较低。基于正交试验的底板破坏深度主控因素敏感性分析
摘要：为了研究底板破坏深度的影响因素,考虑工作面倾斜长度、采厚、采深、不同底板岩层力学参数和承压水水压,采用FLAC3D软件模拟底板破坏深度,运用正交试验法对模拟结果分析,研究影响底板破坏深度主控因素敏感性。研究结果表明,工作面斜长、采深、采厚对底板破坏深度的敏感性主次顺序为工作面斜长>采深>采厚;抗拉强度对底板拉破坏深度的影响为高度显著;底板岩层黏聚力、内摩擦角对底板破坏深度及拉破坏深度的敏感性不显著;抗拉强度、内摩擦角对剪破坏深度的敏感性较弱,黏聚力对底板剪破坏深度具有显著性影响;随着承压水压力的增加,底板中水平最小主应力与承压水压力越来越接近,且水平应力值接近水压的岩层范围增大,导致突水的危险性增加。顶板钻孔割缝导向水压裂缝扩展的现场试验
摘要：在坚硬顶板定向水力致裂原理性试验成功的基础上,在综采工作面端头超前支护段内进行了坚硬顶板钻孔预割缝定向水力致裂的半工业性试验,分析钻孔割缝对引导水压裂缝扩展的作用。大同塔山煤矿8102工作面试验结果表明,钻孔孔壁水压裂缝沿预割缝槽优先起裂,预开槽对坚硬顶板水力致裂的起裂起到了定向作用。水压裂缝定向起裂后,受地应力场等综合影响,水压裂缝会出现空间转向。采动影响会改变致裂钻孔周围的应力分布,进而影响裂缝的定向扩展效果;因此,坚硬顶板定向水力致裂应考虑采动应力影响,注意与采动的协调配合。定向水压裂缝可穿岩层间层面扩展。钻孔预割缝定向水力致裂的实质是通过预割缝来控制裂缝的定向起裂,引导裂缝的扩展方向;并配合地应力、采动应力、致裂工艺等使导向裂缝尽量满足工程要求。采场围岩应力壳对破坏场的影响规律及应用
摘要：为获得高瓦斯工作面采动应力场对煤岩破坏导致渗透性变化的影响规律,进而指导瓦斯抽采的工程应用,采用计算机数值模拟对长壁工作面围岩应力壳分布及对破坏场的影响进行了研究和分析,获得了采场围岩应力壳对破坏场的影响规律。研究表明:长壁工作面围岩应力壳是煤层和围岩的破坏和裂隙发育的主控因素,破坏和裂隙一般发育在应力壳高应力集中带下方的卸压区内,在应力壳高应力集中带及其上方岩层破坏和裂隙并不发育;受应力壳壳基的影响,工作面煤壁前方、回风巷下帮及运输巷上帮煤体的破坏发育区域均分布在壳基内侧的低应力区内;高瓦斯低透气性煤层距工作面煤壁15 m内破坏和裂隙发育,此区域渗透性强,应加强煤层顺层钻孔的抽采力度。高抽巷、地面钻井及穿层钻孔的布置均应考虑应力壳的形态和破坏场的发育,钻孔抽采位置宜选择在应力壳下低应力区内。冲击矿压的静动叠加失稳机制和发生模式
摘要：基于静动叠加冲击矿压的黏弹脆性体突变模型和黏弹性介质中震动波的传播规律,研究了煤体静动叠加冲击失稳机制,结合实例分析了静动叠加冲击矿压的2种基本发生模式:高静载低动载模式和高静载高动载模式,讨论了震动波频率、结构弱面刚度等因素对震动波传递的影响。认为高静载低动载模式和高静载高动载模式能够揭示两类典型的冲击过程;震动动载形成的瞬时动应力增量与静载蠕变阶段的静应力叠加使煤体满足临界条件而发生冲击失稳;震动波传递不仅随弱面的力学性质劣化而弱化,且随震动波的物理特性变化如频率的增大和波幅的降低而弱化。研究结果能为冲击矿压监测和防治提供指导。螺纹钢横肋作用下锚固体应力分布与破坏规律
摘要：在柱坐标系下将拉拔状态下的锚杆空间受力问题简化为平面应变问题。基于ABAQUS仿真软件建立全长黏结式螺纹钢锚杆有限元模型,研究螺纹钢横肋作用下的锚固体应力分布特征。选取单元锚固体,建立有限元模型并数值计算,重点分析了树脂破坏面的演化特征以及螺纹钢横肋面角q、径向尺寸系数d/D和横肋间距L对锚固体破坏的影响。结果表明,螺纹钢锚杆的应力分布显著不同于圆钢锚杆;拉拔状态下螺纹钢的轴向应力较圆钢沿轴向衰减速率更快,树脂-杆体接触面剪切应力值沿轴向呈现锯齿状分布。螺纹钢横肋几何参数q,d/D,L对锚固体的强度和破坏失效形式有直接影响。联合分析螺纹钢锚杆全长应力分布与单元锚固体的破坏失效形式,总结了横肋作用下的锚固体失效的时空演化规律。关键层结构提前滑落失稳对浅埋近距离煤层出煤柱压架灾害的影响
摘要：针对神东矿区浅埋近距离下部煤层工作面出煤柱时频繁发生的压架灾害问题,综合采用理论分析、模拟实验与现场实测,从煤柱边界上方关键层结构稳定性角度,阐述了该结构在下部煤层工作面出煤柱前预先发生滑落失稳对压架灾害的影响规律。结果表明:下部煤层工作面出煤柱开采过程中,煤柱上方关键层破断后与采空区一侧已断块体形成的三铰式结构是不稳定的,它的相对回转运动向下传递的过大载荷是引发压架灾害的根源;若采空区一侧已断块体提前发生滑落失稳,则下部煤层工作面出煤柱等效于采空区下的重复开采,煤柱上方关键层破断后将无法与采空区一侧已断块体发生同步的相对回转,从而可有效减缓煤层间岩层的负载,最终对压架灾害发挥明显的削弱作用;据此提出了对煤柱上方关键层铰接结构提前实施爆破强放的防治对策,其有效性得到了模拟实验和开采实践的验证。极软岩巷道交岔点钢管混凝土支架结构设计与应用
摘要：为解决极软岩巷道交岔点支护问题,结合钢管混凝土支架和极软岩巷道围岩的力学特性,分析了钢管混凝土支架控制极软岩巷道变形的机理。对查干淖尔一号井井底车场中3个极软岩巷道交岔点支护问题采用了工程类比法进行分析,结果认为:若能充分发挥钢管混凝土的结构优势,采用"194 mm×10 mm钢管混凝土支架+钢筋网+400 mm厚混凝土喷层"的支护方案可有效控制3个极软岩巷道交岔点的围岩变形。因此,设计了适用于极软岩巷道交岔点的钢管混凝土支架结构形式:极软岩巷道交叉点钢管混凝土支架,采用由支撑架和"C"形异形支架组成的组合结构。提出了查干淖尔煤矿井底车场3个交岔点的支护方案,并进行现场支护试验。现场支护试验证明:巷道交岔点支护2 a后,收敛量小于100 mm,巷道稳定性良好。编辑部郑重声明:《煤炭学报》唯一官方投稿网址为www.mtxb.com.cn
管内盐水流动状态对单管冻结温度场影响规律分析
摘要：为获得冻结工程中冻结管内盐水流动状态对温度场的影响规律,分析了冻结管内盐水流动特点与流动状态;基于相似理论,导出了考虑管内盐水流动时单管冻结温度场无量纲数学模型及相应的准则表达式,将众多影响因素简化为5个无量纲准则,大大降低了研究的难度;利用综合数值计算与模拟试验,研究并获得了无量纲盐水温度Ty、雷诺准则Re、傅里叶准则Fo、普朗特准则Pr和格拉晓夫准则Gr对温度场的影响规律,分析获得了冻结壁形成厚度b和冻结管热流密度q与以上5个准则的对应关系;得出管内盐水的流动状态变化对冻结壁的厚度b及热流密度q的影响范围可达30%以上。根据不同冻结阶段温度场的发展特点,提出冻结工程中雷诺准则数Re的推荐值。热力耦合作用花岗岩细观破坏强度及声发射规律
摘要：利用SEM全数字液压高温疲劳实验系统开展花岗岩细观力学实验,采用多阈值分割法区分材料组成并构建细观数值模型,开展单轴拉伸条件下花岗岩热力耦合作用下的强度破坏特征与声发射规律研究。设计3种升温加载路径,路径Ⅰ:先升温到预定温度点后位移加载至破坏;路径Ⅱ:先加载到预定载荷点后升温至破坏;路径Ⅲ:以固定的载荷增量温度增量交替升温加载直至试件破坏。详细探讨了3种不同路径下声发射规律,在不同的温度强度区间,可分为3种类型。3种不同路径均表现为花岗岩的强度随温度的升高呈指数型衰减趋势,强度是温度的单值函数。细观模型中不同温度-载荷路径下的声发射特性主要取决于破坏时的温度和强度。不同侧压比荷载下U型约束混凝土拱架全尺寸试验研究
摘要：以直腿半圆形UCC拱架为对象,进行了不同侧压比荷载条件下的全尺寸拱架试验研究,从变形破坏形态、承载力、材料应变等方面进行对比分析,掌握了新型拱架的承载特性和屈服失稳机制。拱架受力初期处于线弹性变形阶段,拱架内力呈显著压弯状态,由于部分截面出现了强度破坏而导致拱架整体屈服,而后随持续加载拱架出现整体结构失稳,进而彻底丧失承载能力。UCC29试验拱架在λ=1.0加载条件下整体屈服承载力为1 230 k N,是相同尺寸U36拱架的1.56倍。拱架屈服承载力随侧压比λ(λ≥0.5)呈指数型降低趋势,且拱架变形形态及危险截面位置也受侧压比影响显著。对于直腿半圆形拱架而言,侧压比在一定范围内越小,拱架内力越接近轴压状态,拱架能够承担的荷载也越高。复合煤层露天矿下部煤层开采境界优化
摘要：通过理论分析与计算,研究近水平复合煤层露天矿剥、采、排程序对经济剥采比的影响,提出了复合煤层露天矿下部煤层开采境界的优化方法。分析了露天矿经济剥采比的影响因素,建立了复合煤层露天矿剥、采、排工程位置模型,构建了下部煤层及其覆盖物厚度拟合函数,揭示了下部煤层开采境界与开采成本的关系,研究开采下部煤层经济剥采比的优化确定方法。在神华宝日希勒露天煤矿进行了实践,结果表明:此方法能够使近水平复合煤层露天矿下部煤层得到经济合理地回采,实现矿床开采的经济效益最大化。欢迎订阅2016年《煤炭学报》
吸附气体对突出煤渗流特性的影响
摘要：煤层中瓦斯渗流特性不仅受地应力、煤孔隙结构等因素的影响,还因气体吸附而发生变化。以重庆市万盛区某煤矿突出煤层原煤为实验对象,在有效轴向应力和有效围压为1 MPa条件下,利用自制的三轴渗流试验机研究突出煤吸附二氧化碳、甲烷气体对渗流特性的影响。结果表明:1突出原煤吸附-渗流过程具有明显的阶段特征,煤体变形经历了初始快速变形阶段、缓慢变形发展阶段、变形稳定阶段、收缩变形阶段和渗流稳定阶段;2气体压力越大,煤体膨胀变形越大,相同气体压力下,煤体吸附二氧化碳变形增量大于吸附甲烷变形增量;3随着气体压力的增大,气体渗流速度逐渐增大,呈显著的指数函数关系,突出煤渗透率先减小后增大,具有明显的阶段性。SDS-植物油-活性炭复配体系对甲烷的吸收作用
摘要：为寻找新的水基甲烷吸收剂,设计了由阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)与植物油蓖麻油、橄榄油、棉籽油及薄荷油按一定比例进行复配,并添加适量的活性炭、十甲基环五硅氧烷来改善甲烷的吸收效果。研究过程中采用气相色谱顶空萃取法测试吸收甲烷的体积分数,筛选出SDS与蓖麻油复配体系。利用激光粒度仪对溶液中的胶束粒径大小进行分析,研究了复配体系状态与甲烷吸收率的关系。结果表明:复配体系可以增大活性炭的悬浮量,十甲基环五硅氧烷可以增溶进胶束内部,最佳复配方案为SDS与蓖麻油的质量比为19∶1时,加入0.017 g活性炭和2 g十甲基环五硅氧烷,对甲烷的吸收率可达11.92%。煤自然发火期计算模型及其解析解
摘要：考虑对流、导热及源项作用,建立了均质、各向同性松散煤体最短自然发火期解算控制方程。采用泰勒级数、等价无穷小对源项进行处理,认为计算温度步长应小于2.4 K;以环交换理论为基础,通过行波约化将偏微分方程转化为常微分方程,并采用首次积分法给出了控制方程的一个解析解。在寻找控制方程解析解的过程中,建立了以划分温度区间、分别求解各温度区间的经历时间,进而通过累加获得煤自然发火期的计算方法。通过将多种已知煤样的计算结果与现有文献结果对比分析,验证了解析解计算结果的合理性。Zn2+抑控煤中α位硫酚氧化效果的能量表征
摘要：由于煤氧化反应的初始阶段就是煤吸附O2的过程,可通过抑制O2的吸附来抑制煤的氧化自燃。应用Gaussian 03程序,采用密度泛函(DFT)方法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平下研究分析Zn2+与煤中α位硫酚结构的作用机理,并以活化能作为指标表征Zn2+抑控煤中α位硫酚结构氧化的效果。由计算结果可知,α-萘硫酚结构中S原子LP(2)轨道上的孤对电子向Zn的LP*(6)空轨道转移,通过sp杂化形成σZn-S配位键,配位键的二阶稳定化能为266.60 k J/mol。当α-萘硫酚结构氧化时,首先与O2发生物理吸附形成复合物ComplexⅠ并释放20.12 k J/mol的能量,然后复合物ComplexⅠ的分子间发生化学作用,导致O2分子被化学吸附在—SH基上,所需活化能Ea=62.71k J/mol。[Zn SH8C10]2+配合物物理吸附O2释放的能量减少了14.92 k J/mol,且形成化学吸附所需的活化能增加了47.62 k J/mol,Zn2+对煤中α位硫酚氧化具有明显的控制作用。
