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煤炭学报 2016年第08期杂志 文档列表

圆形巷道围岩塑性区的一般形态及其判定准则1871-1877

摘要：巷道围岩塑性区形态决定了巷道围岩的破坏形式及破坏程度,以塑性区边界隐性方程为基础全面研究了圆形巷道围岩塑性区一般形态的变化规律。结果表明：在不同围压状态下均质围岩圆形巷道塑性区一般表现出圆形、椭圆形、蝶形3种形态。通过理论分析找到了3种形态的数学力学含义,并推导出不同形态下的判定准则。提出了塑性区形态系数的概念,推导出了形态系数的计算公式,利用其大小可判别塑性区形态特征。通过FLAC3D数值模拟方法验证了理论计算的正确性。研究成果可作为巷道稳定性分析、支护设计、冒顶灾害防治、冲击地压预测与防治、煤与瓦斯突出预测与防治等工程实践的理论依据。

大倾角软煤综放工作面煤壁片帮机理及致灾机制1878-1884

摘要：工作面煤壁片帮是大倾角软煤综放采场＂支架-围岩＂系统灾变的致灾源之一。通过建立煤壁空间受力模型、数值计算与理论分析相结合的方法对煤壁片帮的力学机理、形态特征、多发区域以及由其引发的＂支架-围岩＂系统灾变机制进行了研究。结果表明：煤壁的破坏形式以剪切滑移破坏为主,片帮形态为非规则四棱锥体且片帮具有继发性;工作面倾斜中上部是片帮的多发区域;煤壁片帮后形成的＂片帮-冒顶＂恶性循环导致支护系统失去对顶、底板运动的控制作用,加剧围岩运动变形,形成＂煤壁片帮→顶煤冒空→支架倾倒→底板滑移＂的围岩灾变机制。基于以上并结合长山子煤矿1123工作面生产实际提出了大倾角软煤综放工作面煤壁片帮防控措施。

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术1885-1895

摘要：随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的＂三锚＂联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用＂三锚＂联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。

上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响1896-1904

摘要：针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明：①下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。②多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现＂原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡＂的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。③复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。

浅埋深工作面支架与顶板的动态相互作用研究1905-1911

摘要：以榆家梁煤矿44305工作面支架活柱伸缩量实测数据为基础,同时对比支架工作阻力监测数据,从工作面顶板下沉特征（周期下沉与循环下沉）及支架让压能力2方面研究了支架与顶板的动态相互作用。结果表明,割煤移架使得＂支架-顶板＂组成的稳定支撑系统失去平衡,造成移架后在形成新的稳定支撑系统前发生了顶板循环下沉与支架增阻;顶板循环下沉在其运动周期内累积形成周期下沉;44305工作面顶板周期下沉量200-300 mm,最大可达462 mm,下沉速度为40-60 mm/h,循环下沉量约30 mm,最大可达52 mm;支架活柱伸缩余量是评价支架让压能力的重要指标,44305工作面回采期间应控制最低采高,确保支架活柱伸缩余量在300 mm左右,避免长时间在较低支撑高度工作,减小切顶压架风险。

冲击加载下的砂岩动态断裂全过程的实验和分析1912-1922

摘要：采用圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘（HSCFBD）新型试样在直径为100 mm的分离式霍普金森压杆上进行径向冲击加载,完成I型动态断裂实验,首次研究了砂岩的动态断裂全过程。实验表明,在低加载气压（0.16-0.17 MPa）驱动炮弹条件下,炮弹撞击速度为3.7-4.4 m/s,检测到试样的破裂历经裂纹的动态起裂、扩展和止裂3个阶段,止裂后到第2次起裂开始,裂纹停滞较长一段时间。采用裂纹扩展计测得裂纹起裂、扩展和止裂完整过程的瞬时时间,以此确定试样的动态起裂时刻、裂纹扩展速度和止裂时刻,并运用实验-数值-解析法分别得到砂岩的动态起裂韧度、扩展韧度和止裂韧度。从微观角度分析了动态起裂韧度和起裂时间的加载率效应。最后,初步讨论了试样内应力波反射对止裂的影响。

冻结立井模型爆破振动信号的小波包分析1923-1932

摘要：从能量分布特征角度研究爆破振动信号,以达到认识爆破振动危害并提出危害控制方法的目的。结合冻结立井爆破模型试验,获取冻结岩壁指定点爆破振动信号,采用db6小波基对爆破振动信号进行小波包分析,得到各信号不同频带能量分布,研究了高程差、等效距离对振动信号能量衰减规律的影响,利用量纲分析法建立了能量预测公式,并通过实测数据回归分析验证了其正确性。结果表明：各测点振动信号能量随着时间的变化表现为高频部分衰减快、低频部分衰减慢的特征;爆破振动能量分布范围广泛,主振频带较宽且由多个分振频带组成;随着高程的增加、传播距离的增大、能量有向低频集中的趋势;能量大小与药量成正比,与等效距离成反比;结论为鄂尔多斯盆地冻结岩层爆破能量衰减规律、安全性评价提供理论依据。

煤岩微弱电磁信号的噪声源识别及去噪方法1933-1940

摘要：煤岩破坏可以产生电磁信号,分析其信号特征对于准确预测煤岩动力灾害有着重要作用,然而当破裂信号较为微弱时,外界干扰因素会对结果分析产生极大影响。为此,在分析实验条件下煤岩受载电磁信号的噪声来源及其各自特征的基础上,提出了循环带阻滤波、基于白噪声统计特征及经验模态分解（EMD）的均值滤波、基于模态分量自相关函数频谱的准周期特征识别及带阻滤波等方法,对不同源头的噪声进行了自动识别及去噪,同时,在信号源未知的情况下提出了评估去噪效果的噪噪比（NNR）方法。结果表明：基于分源去噪方法而得出的型煤电磁信号噪噪比仅为0.1366,明显优于单一的小波及EMD去噪方法,表明分源去噪方法在煤岩受载微弱电磁信号去噪中有着良好的应用效果。

岩石受载破坏裂纹扩展带电特性1941-1945

摘要：为了研究岩石破裂过程电位分布特征及其产生机理,利用预制裂纹岩石试样实验测试了裂纹扩展途径的电位信号变化规律及裂纹两侧电位分布特征。结果表明,扩展裂纹的尖端和新形成的裂纹壁面是产生自由电荷的主要位置,在裂纹扩展路径上距离裂纹尖端近处产生的电位信号强度较高,距离远处产生的电位强度较低,裂纹扩展产生的最大电场强度为0.42 V/m;在裂纹扩展过程中裂纹两侧产生的电位信号极性呈正负对应变化,表明裂纹两侧产生的自由电荷性质相反,并交替变化;在裂纹扩展中新生裂纹两侧壁面电荷分离是自由电荷及电位的主导产生机制。裂纹壁面电荷的正负交替及裂纹扩展中两侧壁张翕运动引起的电场变化是煤岩产生电磁辐射的原因。

大理岩单轴循环加卸载破坏声发射先兆信息研究1946-1953

摘要：工程施工中岩体常常处于循环荷载作用下,对循环荷载作用下岩石破坏的预测研究具有重要现实意义。以云南白色大理岩为研究对象,设置了两种不同循环应力路径,研究了大理岩在循环加卸荷下的声发射特征,研究结果表明：大理岩在循环前期阶段卸载过程没有明显声发射产生,声发射出现了间歇期。两种应力路径下,声发射Felicity比值变化趋于一致,均随着循环的进行应力水平的提高而降低,恒定应力下限条件下的Felicity比值较恒定应力上下限差值方案要低,表明恒定应力下限条件加卸载对岩石的损伤更为严重。整个循环过程中大理岩的声发射b值可以为3个阶段,在应力水平较低时,声发射b值随着应力的提高而降低,之后b值在一定范围内波动变化,表明岩石内裂纹稳定发育,在岩石的破坏阶段,b值出现小幅度升高。岩石单个循环声发射b值呈现V形变化趋势,在岩石即将破坏时b值出现大幅度的波动变化。将Felicity比值、整个循环过程b值和单个循环声发射b值结合使用可以提高预测岩石破坏的准确性。

腐蚀环境板岩贯通裂隙渗透特性变化规律1954-1962

摘要：针对板岩裂隙渗流特性受水化学腐蚀影响规律尚不明确的现状,以大连地区的板岩为研究对象,开展了板岩贯通裂隙受水化学溶液（NaCl,HCl,NaOH）腐蚀的渗透特性试验研究。首先通过对浸泡贯通裂隙试件的SEM扫描和浸泡溶液PH值对比,分析了水-岩作用对裂隙板岩微细观结构的影响机制。其次通过不同溶液、不同浸泡时间裂隙试件的渗透性试验,宏观上获得了腐蚀环境下裂隙板岩的渗透性变化规律。再次基于一系列化学反应方程式,将上述宏细观结果进行对比分析,认为裂隙板岩渗透性受水化学腐蚀影响明显,HCl,NaCl溶液对结构面具有溶蚀作用,增大了其均值隙宽;而NaOH溶液与板岩矿物成分反应生成的稳定沉淀物质,附着、堵塞于裂隙间,使得均值隙宽减小。最后,基于试验数据建立不同溶液板岩渗透系数与浸泡时间的非线性关系,并引入裂隙渗流计算理论公式,采用FLAC^3D的fish语言编写板岩裂隙化学-渗流-应力耦合计算程序,计算与试验结果具有较好的一致性。

水射流卸压增透堵孔诱因及解堵新方法1963-1967

摘要：在松软煤层中采用水射流割缝、水力冲孔强化瓦斯抽采时,经常出现堵孔、抱钻等现象。为解决此问题,提出破煤、清淤及排渣一体化方法及装置。通过水压控制流道方向,使高压水破煤卸压或清淤排渣。在分析堵孔、抱钻原因关键因素的基础上,基于连续介质模型,对钻孔内钻杆进行受力分析,研究抱钻力学机制,得出了发生抱钻时,钻机扭矩与堵孔长度、钻孔参数的力学关系式。在分析钻孔内水射流流场的基础上,研究了射流清淤排渣临界参数,得出清淤喷嘴临界安装位置;并研制出破煤、清淤及排渣一体化装置和工艺。现场试验应用结果表明该方法能有效消除水射流卸压增透过程中出现的堵孔、抱钻现象。

煤表面非均匀势阱吸附甲烷特性数值模拟1968-1975

摘要：利用蒙特卡洛方法建立了煤与甲烷吸附动力学的数值模型,并对两种非均匀势阱煤样模型的吸附甲烷过程进行计算,分析其在不同温度与吸附压力下吸附甲烷特性以及吸附热的变化规律。研究表明：非均匀势阱煤样模型等温吸附过程与理想朗格缪尔曲线有明显不同,等压吸附过程可利用负指数规律精确描述。煤样模型势阱深度分布的非均匀特征对煤与甲烷吸附热,以及吸附量对于温度和压力的敏感性均有一定影响。通过对不同吸附压力下吸附速率参数b的拟合计算,推导出非均匀势阱等温吸附方程,物理实验验证表明该方程对真实煤样吸附解吸甲烷过程的描述比理想朗格缪尔方程更加精确。

压抽比及风幕发生器位置对机掘工作面阻尘效果的影响1976-1983

摘要：为了掌握压抽比β、风幕发生器与工作面距离Lw对风幕阻尘效果的影响规律,利用Fluent软件数值模拟了β及Lw不同耦合方式下的风流场及粉尘流场运移情况。结果表明,随着β降低、Lw增大,风幕发生器形成的径向旋流风幕逐步转变为轴向阻尘风幕,β越大、Lw越大,径向旋流风幕的阻尘能力越弱,粉尘的扩散距离Ld随之增大;β越小、Lw越大,形成的轴向阻尘风幕越稳定,Ld随之降低,且轴向阻尘风幕阻尘能力优于径向旋流风幕。根据数值模拟结果,结合生产实际,确定β为0.75、Lw为20 m是风幕阻尘的最佳通风参数设置,将该参数在回坡底煤矿东五采区胶带巷进行了工程应用,实测风速方向及大小与数值模拟结果相对误差较小,说明数值模拟结果较为准确,工作面内形成了厚约3 m的轴向阻尘风幕,现场高浓度粉尘被阻控在距工作面6 m以内、掘进司机前部巷道空间范围内,阻尘效果明显。

矿井乏风余热回收和除尘实验研究1984-1988

摘要：煤矿在开采的过程中会产生数量巨大的低温热源,如果能合理利用,将产生丰厚的经济效益和环境效益。设计了矿井乏风余热回收净化系统,采用多级喷淋对矿井乏风进行显热回收并除尘。实验研究各级喷淋换热效率及除尘效率,并分析其影响因素。实验结果表明：当整体水气质量流量比为0.649 8、单级水气质量流量比为0.324,且环境温度为17℃时,乏风两级喷淋后水温可以升高约3.4℃,喷淋室风侧换热总效率为82.72%;乏风温度越高,各级换热效率越高;乏风湿度越大,各级换热效率和换热总效率增加,但湿度超过70%后效率变化不明显;乏风速度增大,各级换热效率降低;喷淋室入口水温升高,各级换热效率降低;随着风速的升高,除尘效率降低。当风速1 m/s时,喷淋室的平均除尘效率约为55%。

地下煤火土壤典型重金属分布特征1989-1996

摘要：通过采集乌鲁木齐大泉湖火区土壤样及实验室测定,研究了火区土壤理化性质与重金属Hg,As,Cu,Pb,Cr,Zn,Ni空间分布特征。结果表明：温度正常区土壤温度随采样深度增加的幅度较温度异常区小;温度正常、温度异常区土壤有机质含量随深度的增加均减少,温度正常区I,II,III,IV层土壤有机质含量大于温度异常区相应土层有机质含量;温度异常区土壤层I重金属Cu,Pb,Cr,Zn,Ni含量均小于温度正常区土壤层I相应重金属含量,II层则有增加的趋势并大于温度正常区相应土层重金属含量;温度正常区、温度异常区土壤Hg,As,Cu,Ni重金属含量随深度变化幅度及波动幅度较小,而温度异常区土壤Pb,Cr,Zn重金属含量随深度变化波动幅度较温度正常区大;火区热效应、地形、土壤及气象因子是影响土壤重金属分布的主要原因。土壤典型重金属砷形态分析表明：残留态砷含量最高,水溶态砷含量最低;水溶态砷在火区取样区域内I,II,III,IV土壤层区域富集特征与各层土壤碳酸钙富集特征趋于一致;温度正常区土壤残留态砷、铁形砷含量随深度变化的趋势与土壤碳酸钙含量随深度变化趋势一致;温度异常区残留态砷含量随深度增加波动趋势与土壤有机质含量波动趋势有较强关联性;温度正常区、温度异常区均值水溶态砷含量基本稳定,表明其与温度、土壤特性等无明显相关性。

煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析1997-2005

摘要：煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数。从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律。研究结果表明：不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC^3D计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征。无论是垂直渗透系数比（Kz/Kz0）,还是水平渗透系数比（Ky/Ky0）,均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低。

黔西煤层气成藏特性空间分异及其对开发的启示2006-2016

摘要：黔西地区煤层气资源丰富,但赋存条件复杂,开发难度较大。基于该区煤层气井注入-压降试井数据,重新厘定了本区煤储层渗透率划分方案,分析了地应力及其控制下渗透率、压力系统、气藏类型的空间分异特征,探讨了地应力的控藏效应及其对煤层气开发的启示：区域上,六盘水煤田地应力显著高于织纳煤田,煤储层渗透率为中低渗—低渗水平,异常超压发育,具有＂应力封闭＂特征,而织纳煤田煤储层渗透率为中渗—中低渗水平,以欠压状态为主,表现为＂压力驱动＂特点,可实现压降自由传递;垂向上,300 m和600 m为黔西地区地应力的转换深度,也是控制煤层气成藏特征的临界埋深线,300 m以浅以水平应力为主导,300-600 m水平应力与垂直应力共同作用,异常高压发育,600 m以深以垂直应力占主导。600 m以浅有利于统一流体压力系统的发育,以深有利于多层叠置流体压力系统的形成,并使气藏资源类型由＂压力驱动型＂向＂应力封闭型＂转变;基于成藏要素的台阶式跃变特征和多层次模糊综合评价,推测300-600 m为本区煤层气勘探开发的黄金带,织纳煤田高产井产层普遍位于该深度范围。