含瓦斯冲击倾向性煤体加载破坏电荷感应规律

为探究含瓦斯冲击倾向性煤体加载破坏过程电荷感应规律及机理,应用自主研制的煤岩电荷监测系统,开展了含瓦斯冲击倾向性煤体加载破坏全过程电荷监测试验。试验结果表明:无瓦斯作用下随着煤的冲击倾向性降低,煤体电荷信号峰值降低,累积电荷事件数减少,单位时间电荷事件数降低,电荷信号向煤体峰值强度后转移;瓦斯作用下,随着瓦斯压力升高,煤的冲击倾向性降低,煤体电荷信号峰值降低,累积电荷事件数和单位时间电荷事件数与瓦斯压力无明显线性关系。研究发现瓦斯作用下冲击倾向性煤体电荷信号呈现"矩形波"特征,信号主频在200 Hz以下,随着瓦斯压力升高,主频信号分量幅值逐渐降低。从煤体内部微裂纹滑移分离和瓦斯运移携带颗粒运动产生自由电荷角度,提出了含瓦斯冲击倾向煤体破坏自由电荷产生机理,一方面,煤体裂纹面附近界面势能超过煤岩界面标准接触界面势垒,导致不同属性带电粒子向不同方向移动,解释了应力突变造成裂纹加速扩展导致电荷信号呈现脉冲簇现象;另一方面,煤岩内部孔隙贯通,瓦斯气体因压力差而流动,Stern-Gouy双电层结构产生流动电荷,流动电荷对煤岩破坏电荷信号贡献附加量,解释了含瓦斯冲击倾向性煤体电荷信号似"矩形波"特...     

不同冲击倾向性煤体声发射能量特征与时空演化规律研究

为了弄清声发射与冲击倾向性的关联性,对具有强、弱和无冲击倾向性的煤体开展单轴压缩下的声发射试验,分析了煤体的声发射能量特征与定位事件的时空演化规律。结果表明:强冲击倾向性煤体在受载前期和中期,声发射能率与总能量数均很低,临近峰值强度时开始急剧增长;弱、无冲击倾向性煤体声发射能量在整个阶段表现较活跃,尤其在受载的中后期,呈阶梯式逐步增长趋势;不同冲击倾向性煤体均在临近破坏时出现大量高能量声发射信号。声发射能率和总能量数趋于活跃可作为煤体破坏的前兆信息,随着冲击倾向性的增强,声发射能量趋于活跃越滞后。声发射空间定位演化结果直观反映了煤体内部声发射源位置与破裂发展状况,其空间分布与聚集位置可对应于煤体内部应力集中与宏观破坏区域;随着煤体冲击倾向性的增强、受载应力水平的增大,声发射定位事件数量逐步增加,临近峰值强度时,声发射定位事件急剧增长。声发射总能量数、定位事件数与冲击倾向性呈正相关关系,从一定程度上揭示了煤体积聚和释放弹性能的能力。     

邢东矿煤层冲击倾向性实验研究

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象，而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件。本文针对邢东煤矿的具体条件，对其主采煤层及其顶板岩石的冲击倾向性进行实验室测定，并利用综合指标法对矿井冲击地压危险性等级进行了划分。     

冲击倾向性对煤体动态断裂行为的影响研究

为了探明冲击倾向性对煤体动态断裂特性的影响,对3类煤体进行了变上限循环加卸载试验及动静态I型动态断裂试验。结果表明：3类煤体变应力上限循环加卸载过程中的应变能Uen与输入能Uinn之间存在近似线性函数关系,其统一表达公式为U_eⁿ=1.032U_inⁿ-5.536;同时测定以上3类煤体剩余弹性能指数CEF分别为25.35、30.34、33.26 kJ/m³;通过单边缺口梁三点弯曲试验测得的以上3类煤体静态I型断裂韧度值KIC值分别为0.249、0.291、0.347 MPa·m^1/2,同时测得的冲击载荷作用下动态KIC分别为0.344、0.416、0.527 MPa·m^1/2,随着CEF的增加,煤体动态KIC增长倍数逐渐增大,表明煤体冲击倾向性将直接影响其动态断裂力学响应,煤体冲击倾向性越大,其动态断裂参数提高越多;此外,随着煤体冲击倾向程度的增加,动载荷作用后煤体破碎分形维数随之增大,表明煤体受冲击后断裂崩解的更加复杂破碎,动态断裂响应...     

冲击倾向性煤体的三点弯曲动态断裂实验

采用三点弯曲冲击断裂实验装置和分布式多火花高速摄影系统对冲击倾向性煤体内裂纹扩展过程进行了观测,分析了裂纹扩展速度、动态裂纹扩展摸式和裂纹扩展的非稳定性.研究发现：冲击倾向性煤体内裂纹扩展具有高度的非线性特征;煤体的非均质性和不连续性对动态裂纹扩展模式和裂纹扩展速度有较大影响.实验结果解释了由放炮等震动诱发冲击地压灾害的滞后突发机理.     

尺寸效应对煤体冲击倾向性的影响研究

不同尺度煤体冲击倾向性研究对于厘清煤炭地下开采过程中冲击地压尺寸效应形成机制起着关键作用。为探明煤体冲击倾向性尺寸效应,对不同尺寸煤试件进行单轴压缩及变上限循环加卸载试验。试验结果表明：与标准(φ50 mm×100 mm)煤试件相比,小尺寸(φ25 mm×50 mm)煤试件的平均单轴抗压强度增加了8.02%,弹性模量增加了23.16%;大尺寸(φ75 mm×150 mm)煤试件的平均单轴抗压强度降低了11.03%,弹性模量降低了7.37%。随着煤试件尺寸的增加,声发射累积事件总数不断降低,临近破坏时煤试件表面位移场趋于无序变化。经CT扫描煤体试件内部微裂隙分形维数随其尺寸扩大不断增加,表明较大尺寸煤试件内部裂纹数量增多且空间分布更加复杂,这直接导致煤体呈现出尺寸效应特征。煤体试件尺寸从φ25 mm×50 mm增加至φ75 mm×150 mm,其剩余弹性能指数CEF由26.53 kJ/m3降低为21.36 kJ/m3,这表明尺寸效应将直接影响煤体的冲击倾向性,同种煤体的尺寸越大,其冲击倾向性越小。     

冲击倾向性理论在工程实践中的应用

本文通过对可能发生冲击地压区域的煤岩试样进行冲击倾向性鉴别，结合对区域地质资料的探查，巷道底板、帮应力大小的计算和围岩松动圈范围的测量，初步确定出了观台煤矿各个部分发生冲击地压的可能性。研究表明，地质构造造成的应力集中和煤岩本身的冲击倾向性是冲击地压发生的主要原因。     

含裂隙煤体能量耗散特征与冲击倾向性研究

冲击倾向性是煤岩体能否发生冲击地压的自然属性,裂隙的分布对其有重要影响。为研究煤体原始裂隙对能量耗散特征和冲击倾向性的影响机制,采用PFC2D数值模拟方法,对不同裂隙类型的煤体试件进行了单轴压缩测试。研究表明：(1)随着裂隙倾角的增大,宏观力学参数抗压强度和弹性模量均表现为先减小后增大的趋势;当裂隙倾角为30°时,两者都取得最小值。不同裂隙类型宏观力学参数大小关系为：非共面平行双裂隙试件<单裂隙试件<共面断续双裂隙试件。(2)弹性应变能和总应变能的变化规律与宏观力学参数相似。平行非共面的裂隙试件在裂隙之间形成了能量耗散结构,共面断续双裂隙试件裂隙之间形成了能量集中区,揭示了不同裂隙类型弹性能量大小关系的内在原因。(3)从煤岩体储存弹性能的能力和破坏后释放弹性能的能力2个角度对冲击倾向性进行分析,提出了弹性能储存率和弹性能释放率2个冲击倾向性指标。(4)随着裂隙倾角的增大,弹性能储存率和弹性能释放率均表现为先减小后增大的趋势;当裂隙倾角为30°时,两冲击倾向性指标都取得最小值。不同裂隙类型冲击倾向性大小关系为：非共面平行双裂隙试件<单裂隙试件<共面断续双裂隙试件。...     

邢东矿煤层冲击倾向性实验研究

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件。本文针对邢东煤矿的具体条件,对其主采煤层及其顶板岩石的冲击倾向性进行实验室测定,并利用综合指标法对矿井冲击地压危险性等级进行了划分。     

彬长某矿地应力场分布规律与冲击倾向性特征分析

针对西部深井强采动引起的巷道冲击地压危害,以彬长某矿401101工作面回风巷为研究对象,测试分析了地应力场分布规律,对矿井冲击地压影响因素进行分析.得出该矿以水平构造应力为主,褶曲构造分布对其主应力大小和方向影响较大.该矿4号煤上下分层具有强冲击倾向性,煤层冲击倾向性、开采深度等因素是诱发冲击地压的主要因素.     

吐哈盆地大南湖矿区煤岩煤质特征及成煤环境分析

吐哈盆地大南湖矿区煤炭资源丰富,采用煤岩学、煤化学等研究方法,通过资料收集和煤层剖面采样测试,对研究区侏罗系中统西山窑组25号煤层煤质、煤岩及煤相特征进行了分析研究,并探讨了聚煤规律。研究结果表明,大南湖矿区25号煤层属于特低灰、高挥发分、低硫煤;煤岩显微组分以富惰质组为主,其次为镜质组;煤层共经历了干燥森林沼泽及较干燥森林泥炭沼泽、较潮湿森林泥炭沼泽、干燥森林泥炭沼泽、潮湿草本沼泽、干燥森林泥炭沼泽5个演化阶段。     

煤的直接拉伸力学特性及声发射特征试验研究

为探究直接拉伸荷载作用下煤岩力学特性和损伤演化特征,使用MTS815岩石力学测试系统及PCI-Ⅱ声发射测试系统,对原煤试件进行单轴直接拉伸和实时声发射测试,分析了煤的直接拉伸力学特性及声发射特征,建立了基于声发射的损伤模型。试验结果表明：因煤体孔隙裂纹分布差异,抗拉强度离散性明显,试件平均抗拉强度为0.66 MPa;随拉伸荷载持续作用,煤体损伤累积,试件峰后承载能力逐步下降,但仍保持一定的抗拉承载能力。煤体声发射事件在峰值应力区附近沿破坏面急剧增加和汇合,预示了宏观裂纹面的形成和煤体破坏的发生;峰后试件振铃计数率和声发射能率阶段性反复升降,试件破坏进程逐步推进;声发射测试可良好展示煤体直接拉伸荷载条件下损伤出现、发展和导致破坏的完整演化过程。     

千米深井强冲击全煤掘进巷道防冲技术

古城煤矿受冲击地压威胁问题突出,掘进巷道矿压显现明显。通过优化采掘布局、使用合理的掘进方式、加强巷道支护、采取多种手段卸压、加强监测预报等实施一系列的冲击地压治理手段,保证了安全掘进。工程实践表明,该技术得到成功应用。     

鲁那井田17号煤层煤质特征分析与评价

介绍了鲁那井田的煤层结构、宏观煤岩类型和显微煤岩类型,同时根据煤质化验分析资料推断出鲁那井田17号煤层属于低灰、中硫、低挥发分、低磷、特高热值的炼焦煤。     

榆神矿区煤质特征和煤炭液化性能分析

介绍了榆神矿区的煤层与煤质特征,以煤炭液化试验实例论述了榆神矿区煤炭是适于直接液化的原料用煤.建议在液化用煤方面可进行榆神矿区上、下部煤层开采,以使煤层上部能被充分利用.     

淮北矿区煤矸石多环芳烃污染特征及毒性评价

煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁,为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题,提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料,采用单因素实验设计法,研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明,初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现,在碱激发剂的作用下,未煅烧的煤矸石结构被破坏,与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。

     

气化用煤及混配煤的粘温特性研究

以枣庄烟煤、枣庄无烟煤、济宁煤、东北煤、胜利煤和准东次烟煤等为原料,测定其发热量、煤灰熔融温度及煤的粘度,并对结果进行了分析比较。分析了化学组分等对煤灰熔融性温度及粘度的影响,高温下煤灰熔融性、煤灰的粘温特性对煤气化炉的设计、稳态运行及煤种适应性评价具有十分重要的意义。     

预热对喷吹煤比表面积及微观形貌的影响

在全自动比表面积和孔径分析仪上进行了不同预热温度下潞安喷吹煤粉的比表面积及孔体积分布试验,并通过电子显微镜观察同一预热温度下潞安喷吹煤粉的表面形态,以研究预热对潞安喷吹煤粉的比表面积及微观结构的影响.研究结果表明,随着预热温度的升高,潞安喷吹煤粉的比表面积增大,有利于煤粉在高炉内的燃烧.     

煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响

采用Ｍａｌｖｅｒｎ 公司的马尔文粒度仪测量煤粉颗粒的平均粒度和粒度分布、及Ｌｅｃｏ 公司的ＭＡＣ－ ５００ 型工业分析仪测量煤粉的工业分析成分, 对合山劣质烟煤、晋城贫煤的各４ 种不同粒径的细化和超细化煤样进行了试验研究, 应用库仑滴定法测定了煤粉颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响． 结果表明, 煤粉颗粒粒度对煤质分析特性有很大的影响, 并进一步影响煤粉的热解、着火、燃烧等特性． 煤粉颗粒粒度是进行煤质分析与燃烧系统设计的重要物理参数．