断层影响区破碎煤岩体深层临界失稳范围确定
摘要：采动作用下断层影响区巷道煤岩体失稳易诱发动力灾害,定量确定断层区破碎煤岩体深层临界失稳范围(ranging of critical destabilization,RCD)对支护参数优化和安全开采至关重要。以屯宝煤矿1193工作面断层影响区的巷道稳定性控制为目标,采用工程地质调查、理论分析和现场观测相结合的手段,获取断层影响范围内巷道煤岩体失稳破裂信息。通过对钻孔裂隙统计分析、评价局部范围内深部围岩节理裂隙的发育特征及其随深度分布特征来研究围岩深层破裂失稳特征规律,确定了巷道围岩深层临界失稳范围为2.32 m。针对巷道顶板侧与煤壁侧深层临界失稳范围的不同,对巷道支护参数进行优化和应用,保证了巷道稳定性和安全开采。浅埋房式采空区集中煤柱下综采动载控制研究
摘要：石圪台煤矿31201综采工作面过上方房式采空区集中煤柱后,上煤层顶板运动造成下煤层综采面大量支架压死。通过建立过煤柱阶段覆岩结构模型,推导出工作面在出煤柱时的结构必然失稳是动载力源,辅以数值模拟揭示了动载矿压大于支架工作阻力的压架机理,由此提出预先爆破煤柱、释放岩层能量的治理方案。同步进行地面钻孔位移监测、从地面和井下钻孔布置传感器进行微震监测,掌握矿压显现特征,预警了动压危险。地表钻孔窥视说明了过煤柱动载显然要大于进入煤柱期间的动载,多点位移观测和微震观测说明预警爆破措施可有效防治动载矿压。深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术
摘要：为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明:应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。河下多煤层安全开采顺序对导水裂隙带高度的影响
摘要：为研究河流下多煤层开采顺序对上覆岩层导水裂隙带发育高度影响的问题,根据1930煤矿煤岩物理力学指标及多个钻孔实测数据,采用理论分析和UDEC软件数值模拟的方法对位于河流下1930煤矿的4,5,6号煤层的不同开采顺序对上覆岩层导水裂隙带发育情况进行分析。结果表明:当开采顺序不同时,上覆岩层导水裂隙带高度不同;利用"三带"法、比值法对多煤层开采顺序进行判定,排除开采顺序在理论上不可行的方案;当按煤层4→5→6逐层开采时,导水裂隙带高度分别为54.2,74.3,74.3 m,按5→4→6顺序开采时对应的导水裂隙带高度分别为74.3,74.3,74.3 m;然后通过数值模拟方法对可行方案进行优化验证,当按煤层4→5→6逐层开采的导水裂隙带高度分别为54,78,128 m,按5→4→6顺序开采对应的导水裂隙带高度分别为76,83,60 m。最后确定按煤层5→4→6的上、下行混合顺序开采更为合理。潘谢煤田13-1煤层煤岩冲击动力学性能及本构关系的建立
摘要：利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)对潘谢煤田张集煤矿13-1煤层煤岩进行了不同应变率的冲击压缩实验,结果表明:煤岩动态应力-应变曲线表现出显著的应变硬化与应变率硬化等动态力学特性,煤岩峰值应力及动态弹性模量均随应变率提高而提高,得到了其动态强度与应变率的关系表达式。基于实验结果,通过改进朱-王-唐模型,建立了反映煤岩峰值应力前动态应力-应变关系的本构方程。通过数据拟合,获得了本构方程的相关参数,拟合参数表明:煤岩材料对高应变率的响应具有敏感性,在高应变率条件下气煤比无烟煤表征更明显的脆性特征,即气煤破坏应变更小。利用Fortran语言开发了VUMAT煤岩材料子程序,并对煤岩SHPB实验进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。基于灰色关联度分析理论的底板破坏深度预测
摘要：在对影响底板破坏因素力学分析的基础上,利用灰色关联度分析理论对各主要影响因素进行求解,得出各因素与底板破坏深度关联度排序,各因素对底板破坏的影响程度排序为:工作面斜长>倾角>底板抗破坏能力>埋深>采厚。基于各因素与底板破坏的关系选定线性与非线性2种基函数类型,利用Matlab软件进行拟合得出新型底板破坏深度公式;分析构造因素、工作面推进速度、特殊顶板管理方式对底板破坏的影响,考虑到预测结果的离散性以及特殊顶板管理方式对底板破坏的影响机制较为明确,选取特殊顶板管理方式因素对底板破坏深度公式进行修正,得出修正公式。研究成果补充与完善了现行的经验公式体系,工程实例验算表明公式预测精度较高。不同开挖方式下深部岩体应变能的释放机制
摘要：深部岩体开挖过程中,围岩应变能的释放是岩体破坏的诱因之一,而不同开挖方式下应变能的释放机制存在较大差异。通过理论分析,探讨了钻爆法和TBM开挖条件下应变能释放规律,并结合锦屏二级水电站实测深埋隧洞开挖引起的围岩振动的组成分析,讨论了不同开挖方式下的应变能释放机制。研究表明:高地应力下爆破开挖过程岩体所储存的应变能伴随爆破破岩过程高速释放,诱发围岩振动,此时实测振动由爆炸荷载诱发振动和应变能瞬态释放诱发振动二者组成;而TBM开挖条件下,岩体内应变能缓慢释放,不会引起围岩动力响应,实测振动主要是滚刀在机械力作用下破岩或液压加载装置的振动引起的。而应变能不同的释放机制将导致岩体出现不同形式和程度的破坏,且现场对两种方式下围岩损伤及应变型岩爆的监测也证实这个结论。含两组交叉节理砂岩强度及破坏特征离散元分析
摘要：为研究含两组交叉节理岩体强度及破坏特征,采用一组经室内试验标定的砂岩细观参数,建立含两组交叉节理岩体颗粒流模型,进行单轴压缩和三轴压缩模拟。基于模拟结果,分析了节理数量、节理倾角和围压对含两组交叉节理岩体强度及破坏特征的影响。结果表明:1与完整岩石相比,节理岩体强度明显降低。峰值强度随着节理数量的增加近似线性减小,随着节理倾角的增大呈先减小后增大非线性变化趋势,而随着围压的增大而提高;2节理岩体表现为张性破坏、沿节理滑移破坏、穿节理剪切破坏、张性滑移破坏及剪切滑移破坏等5种破裂模式;3节理数量增加会加剧试样破坏程度,但不改变其破裂模式。单轴压缩下,当节理倾角较小时主要发生张性破坏,随着倾角的增大,表现为张性剪切或沿节理面滑移破坏。在围压作用下,试样表现为剪切破坏或剪切滑移破坏。最后从细观层面探讨了节理岩体宏观裂纹的细观位移场分布特征。红砂岩短时蠕变声发射b值特征
摘要：岩石的蠕变性质是引起岩石破坏的原因之一。因此,对岩石蠕变破坏进行预测具有重要的意义。通过进行分级加卸载条件下的短时蠕变试验,研究了红砂岩在减速蠕变、等速蠕变与加速蠕变阶段的声发射b值特征。试验结果表明:试件在体积变形状态下,声发射b值在减速蠕变阶段与等速蠕变阶段随着蠕变时间的增大而增大;当试件处于体积不变状态与扩容状态下,声发射b值在等速蠕变阶段总体保持稳定;在加速蠕变阶段,声发射b值呈现出先减小,而后增大,最后再次减小的特征。因此,根据声发射b值在不同蠕变阶段的变化特征,在一定程度上可对红砂岩石蠕变破坏进行预测。考虑频率影响的盐岩变参数蠕变损伤模型
摘要：基于低频三轴循环加卸载试验得到盐岩轴向初始衰减和稳态蠕变变形规律,以及卸载模量随着循环周次的增加呈现负指数型弱化趋势。以弹性模量的折减表征循环荷载下盐岩损伤劣化,考虑损伤因子的频率和时间效应,得到统一损伤演化方程,建立考虑频率影响的变参数Burgers蠕变损伤模型。对比分析表明,该模型能够准确描述不同频率循环荷载作用下盐岩蠕变变形特征和损伤演化过程,为盐岩地下储气库注采运营稳定性分析提供更为合理的分析模型和力学参数。基于精确毫秒延时控制的爆破降振试验研究
摘要：为充分利用数码电子雷管实现精确延时控制爆破振动及改善岩石破碎效果,基于岩体中炸药爆炸能量分配理论,推导出逐孔起爆时孔间合理延期时间的计算公式。结合露天矿山生产实际,采用隆芯1号数码电子雷管及铱钵起爆系统,设计开展了室内精确延时控制爆破相似模型试验。运用Matlab7.0对振动时程信号进行时间-能量密度分析,结果表明,设置合理孔间延期时间能有效降低爆破振动强度;模型试验中,2 ms延期时间下振动波形速度峰值依次为1,3,4和5 ms延期时间下的69%,76%,77%和78%,能量百分比依次为37.3%,84.5%,52.6%和58.4%。工程实践应用表明,在堰口采石场所采用的爆破参数情况下,孔间以20 ms为延期时间利于降低爆破振动,改善爆破效果;提出的合理孔间延期时间计算公式切实可行。卸围压作用下煤岩破断及渗透特性
摘要：利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行了不同气体压力作用下煤岩卸围压作用的瓦斯渗流实验。实验结果显示,渗透率变化呈现阶段性特点,全过程可以分为3个阶段:阶段I,渗流减小阶段;阶段II,稳定渗流阶段;阶段III,加速渗流阶段。采用Kozeny-Carman方程描述渗透性与孔隙度的关系,研究煤岩变形与瓦斯渗流的关系,建立了卸围压煤岩变形与渗透率的相关性模型。理论分析表明:在阶段I,外部压力和孔隙压力的变化是引起煤样渗透率发生变化的主要原因,在阶段II和阶段III,外部压力成为主导;在破坏后阶段,渗透率增长1个数量级,变化十分明显。由于理论计算结果与实验曲线较为接近,模型反映了不同瓦斯压力下加载煤岩变形与渗透率变化的基本特征。松软突出煤层钻进钻孔堵塞力学特征
摘要：基于粉体力学理论,建立瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型,推导疏通压力p与堵塞段长度L关系方程。着重分析了侧压系数k、钻孔倾角θ对钻孔堵塞的影响规律。结果表明,侧压系数k增长致使钻孔堵塞段摩擦阻力增大,软煤层钻进钻屑颗粒硬度低、直径小,堵塞段内摩擦角小,其侧压系数较大,钻孔堵塞段疏通更为困难;施工仰孔,伴随倾角增大,疏通压力迅速降低,存在θU,对应疏通压力为0,当θ>θU时,堵塞段在自重作用下疏通;施工俯孔,存在θD相应疏通压力达到极值,在θD~0区间,伴随钻孔倾角绝对值增大,所需疏通压力增大,在θD~-π/2区间,所需疏通压力略有降低。应用钻孔堵塞段力学模型,根据钻孔施工工艺参数,建立相应p-l特性曲线,可定性评估不同钻孔施工工艺方案优劣。泡沫溶胶抑制静态煤尘特性及其应用技术的试验研究
摘要：为抑制静态煤尘起尘,分析了水性泡沫及泡沫溶胶液的表面张力及黏度;测定出水性泡沫液与煤尘对应的接触角,利用Zisman图分析出煤尘浸湿性临界表面张力值;研制出以压缩气体作为惟一动力源的泡沫溶胶生成系统以及构建了泡沫溶胶抑尘试验系统。研究得出,当交联剂和表面活性剂添加质量分数分别为1%和5%时,构成的泡沫溶胶液具有较好的煤尘湿润性,较强的起泡能力和附着力;当压力为0.5 MPa、气体流量为60 m3/h时,吸入泡沫溶胶液的流量为9.81 m3/h,产泡体积为62.01 m3/h,气体利用率为87%,发泡倍数为6.3倍;风速在10.4 m/s以下时,泡沫溶胶能有效抑制煤堆不起尘。露天矿潜孔钻机泡沫发生器及其流量特性的实验研究
摘要：为了解决露天矿潜孔钻机粉尘浓度严重超标的问题,改善干式捕尘器应用效果差、湿式凿岩用水量大的现状,针对潜孔钻机的产尘特点,设计出一种适用于潜孔钻机的泡沫发生器。通过理论计算及数值分析,确定了泡沫发生器的基本尺寸及发泡参数,掌握了其内部气液流场的分布特点。通过泡沫发生器的流量特性实验可知:液体流量及气体流量越大、发泡网目数越小、发泡剂浓度越高,泡沫流量越大。当液体流量为18 L/min、气体流量为30 m3/h时,使用发泡网1及浓度为1.5%的配方3,泡沫流量达到最大值515 L/min。整体来看,泡沫除尘后采场平均降尘率高达90%以上。救生舱内气压变化规律试验研究
摘要：通过理论计算与真人试验相结合的方式,对救生舱内气压变化规律进行了研究。分析了救生舱在完全密闭条件下舱内气压的3个影响因素:氧气、二氧化碳以及温度,并从变化过程与前后状态两个方面,分别提出了气压-时间、气压-状态两种计算救生舱内气压的方法。通过10人9 h真人试验得出了救生舱内气压、氧气、二氧化碳以及温度随时间的变化曲线,最后将试验数据与理论计算值进行了对比,验证了两种气压公式的正确性。最终利用所得公式预测出救生舱内气压出现的最大值为8 718 Pa,为防水型救生舱的设计提供了边界条件。近坍塌压力的防塌钻井流体樊庄煤层气井实践
摘要：樊庄区块15号煤层坍塌压力较高,如何实现井筒近坍塌压力同时保证井壁稳定是保证安全高效钻井的关键。室内抑制性实验,发现绒囊钻井流体比表面积为0.02 m2/g、线性膨胀率仅为1.63%、泥页岩回收率达90.2%,抑制性能明显强于其他实验流体。承压能力实验表明绒囊钻井流体承压能力较强,在驱压70 MPa下煤芯柱塞仍未漏失。现场应用两口井验证在近坍塌压力情况下井壁稳定并施工安全。U型井樊试X2Y井三开使用清水钻进出现大量掉块,替入绒囊钻井流体后井壁稳定。钻进过程中钻井液密度0.86~1.10 g/cm3,塑性黏度7~15 MPa·s,动切力4.60~12.26 Pa,动塑比0.57~0.88 Pa/(MPa·s)。顺利与直井连通,完钻。多分支井沁平X-Y-3H井使用钻井液密度0.93~1.21 g/cm3,塑性黏度7~17 MPa·s,动切力4.00~10.22 Pa,动塑比0.39~0.70 Pa/(MPa·s),无大范围掉块、坍塌等现象发生,煤层钻遇率达到95%。煤层倾角对煤层气水平井产能影响的数值模拟
摘要：对于含倾角的煤层,由于重力势能的影响,不同煤层倾角下水平井表现出不同的产能规律。在考虑煤层气藏与水平井筒流动耦合的基础上,以煤田煤层实际资料为例,通过数值模拟的方法研究了不同煤层倾角下水平井生产过程中的压力和气相饱和度分布情况,并对U型水平井的后期生产方式给出了建议。模拟结果表明,水平井跟端位于煤层倾角低部位时排水效果更好,产气量更高;随着煤层倾角的增大,煤层气水平井累积产气量与产水量均减小;不同煤层倾角下,受气水重力分异的影响在生产过程中会出现气体在倾角高部位聚集的情况,且倾角越大这种现象越显著;利用U型井开采倾斜煤层时,在开发后期可使其两端同时生产,以达到顶部产气底部产水的效果,使倾角高部位聚集的气体也得到有效开采。
