高温烘烤对纳林庙岩石磁性的影响实验研究

磁异常是煤田火灾重要的地球物理特征,为研究高温烘烤过后岩石的磁性变化规律,对磁法在火区圈定应用的中提供有效指导,利用磁化率测定系统测定了纳林庙3-1煤顶板砂岩的磁化率,分别研究了温度、粒径以及磁场强度对样品磁化率的影响。结果表明:在25～600℃整体范围内烘烤形成的烧变岩的磁化率整体上随温度增高而增大,随外界磁感应强度变大而减小。烘烤温度小于400℃时,样品粒径越小磁化率越大;通过X射线衍射实验分析了高温烘烤对岩石成分与结构的影响,表明岩石高温烘烤的过程中,菱铁矿(FeCO_3)被氧化成铁磁性物质磁铁矿(Fe_3O_4),这是烧变岩相对常温岩石磁性增强的主要原因。     

温度对煤岩磁性影响的实验研究

为了研究燃烧后火区中煤与围岩的磁性变化规律,为磁法探测煤田火区提供依据,选取黄陵矿区的岩石、煤矸石和弱黏煤,开展将样品从常温分梯度加热至600℃,待其降温至常温时,分别测定样品在不同磁场强度下的比磁化率的实验。结果表明:温度越高,煤岩比磁化率越大;与岩石和煤矸石相比,煤的比磁化率受温度的影响更加明显,温度25～200℃时煤显逆磁性,受外加磁场强度的影响不大;当升温至200～400℃时煤的磁化率迅速升高,500℃后增长趋势渐缓;再者经高温处理后煤的比磁化率同岩石、煤矸石一样随磁场强度的增大而减小。     

鄂尔多斯煤田火区磁异常随深度变化规律研究

通过对鄂尔多斯煤岩在常温下和升温过程中磁化率变化规律的对比,发现煤岩随温度的升高,磁化率也随之升高,通过X-射线衍射仪对加热前后煤岩的成分对比分析发现引起这种变化规律的主要原因是煤岩在升温过程中其铁磁性矿物成分在发生变化;以此做为引起煤田火区磁异常变化的依据,根据经典点的引力位场和磁位场的理论,以煤层火区为判定典型物理模型,利用泊松公式法根据引力位和磁位之间的泊松关系推导出长方体引力位的二阶导数,积分得到煤田火区磁异常正演关系式,利用Matlab对其进行计算仿真出煤层火区模型的磁异常特征。结果表明:随着埋深的增大,目标体表现出来的磁场强度的极值在不断地减小;而且到接近异常体的范围时强度的突变率也在不断的减小;随着煤田火区埋藏深度的增加,磁异常突变的程度也不断扩大到周围地区。     

测氡法在隐蔽火源探测中的应用

根据氡气产生原理可探测煤层高温异常区域、火区位置、火区范围,采用RAD-7型测氡仪对公乌素煤业公司011604工作面上覆9#火区隐蔽火源点进行了探测,并用surfer8.0软件对探测数据进行后期处理,确定了9#煤层小窑火区的高温异常区域,提高了火区治理的效果。测氡法为煤矿火区治理提供了有效技术支持,具有广泛的应用前景。     

露天煤矿井工采空区火区磁法探测研究

由于早期的小煤窑不规范开采,露天煤矿内形成了许多不规则的采空区,残煤自燃造成的采空区高温易引起爆破器材自爆等危害。准确确定采空区位置及属性、采空区内火区位置,对规避露天矿安全风险十分重要。通过分析煤层着火机理和特征,提出利用磁法探测火区的物探方法。利用傅氏变换的褶积转换原理对火区的磁异常进行解释。用加拿大GSM-19T型质子磁力仪对安家岭露天煤矿首采区3 km 2的重点区域进行了火区探测,分析了首采区19个磁异常点,通过综合分析确定了疑似火区,与实际相符,钻孔验证了磁法探测火区的可靠性。     

潞宁矿小窑破坏区CO异常涌出探测与治理

采用SF6示踪气体脉冲释放法,检测了小窑漏风通道;采用测氡探测自燃火源技术对相邻的区域进行地面火源探测,得出了高温异常区域的位置及范围。根据火区探测结果制定了火区治理方案,通过井上下封堵、地面注浆构筑防火隔离带工艺较好的对火区进行了治理。     

基于物探技术的综合指标探测采空区火源点

通过优选采空区火源点探测方法,确定采用测氡法和钻探法探测采空区火源点。采用测氡法探测出采空区内疑似高温区域范围,利用钻探法进行温度探测,确定疑似高温区域是否为火区,从而确定采空区内火源点。     

高温加热对神东5_(-2)煤磁性影响的实验研究

为了研究高温加热后煤磁性的变化规律,对应用磁法确定煤层火区范围提供指导,利用恒温加热箱将神东5_(-2)煤加热到不同温度,降至常温后测量其比磁化率。实验表明:随着加热温度的升高,降温后煤的比磁化率逐渐增大;加热时间的长短是影响煤比磁化率变化的关键因素,不同温度下磁场强度的改变也会影响煤比磁化率的变化。     

煤田自燃表征系统的灰关联模型及应用

分析了适用于煤田自燃系统的关联分析方法,建立了煤田自燃表征系统灰关联模型和煤田自燃表征系统影响因子灰关联空间,确定了自燃表征系统灰关联分析因子为自燃深度、磁异常值、电异常值、地表温度和地表CO浓度,并以新疆某煤田四火区为案例,应用模型进行了计算,得出自燃深度关联序列依次为CO浓度、磁异常值、温度和电异常值.进而提出在进行火区监测时,应该将灭火前气体浓度值也列入监测范围,与磁探测共同应用有助于提高火区探测效率.     

基于测汞法探测煤田火区原理及应用

煤田火区的精准探测是目前煤田火区探测的发展方向,从传热传质学角度详细阐述了汞迁移机理,建立了半无限大介质和温度影响下汞的迁移方程。介绍了RA-915测汞仪的原理,并使用该仪器在五虎山煤矿10号火区进行了现场测试,对10号火区汞浓度进行了数值模拟,确定了汞浓度异常区域。测汞法为煤田火区探测开发了一种新的方法,可以指导煤田火区探测,实现煤田火区高温异常区域的超前预测预报,及时采取有效措施消灭煤田火灾火源点。     

复合煤岩变形破裂应力-电荷-温度耦合模型研究

为探究复合煤岩力学性质与电荷、温度信号内在联系,从大同忻州窑矿具有典型煤岩动力灾害特征煤层,提取顶板岩、煤样、底板岩按照1∶1∶1比例制备复合煤岩试样,采用0.1,0.3,1.0 mm/min三种不同加载速率对煤岩试样进行单轴加载破裂实验,研究复合煤岩试样单轴加载变形破裂过程中电磁、电荷、温度信号变化规律。试验结果表明:电磁辐射脉冲、电荷感应、温度在复合煤岩试样失稳破坏前均出现明显的前兆变化特征;加载初期电磁辐射、电荷感应信号较弱,随着加载应力水平的增加,两个信号逐渐增强,在临近峰值应力前信号达到最强,具有较强的一致性,两者呈二次相关性,系数在0.8以上;相对于电磁辐射信号变化特征,电荷感应信号的持续时间较短,信号特征为阵发性的,当以0.1 mm/min速率加载时,电荷感应信号最强,0.3,1.0 mm/min速率加载时信号变化率随加载速率增大而增大;温度总体呈阶跃式、台阶式上升趋势,在峰值前达到最大值。结合复合煤岩破裂SET(stress-electricity-thermal)耦合模型,推导电磁辐射脉冲数与电荷感应电压之间的数学关系,构建了SCT(stress-charge-thermal)耦合模型。针对12组试样进行试验,数据拟合结果表明:SCT模型参数n,b′的数据拟合精度较SET耦合模型m,b稍高,复相关系数基本均在0.9以上,具有较高契合度。试样产生的电磁辐射、电荷感应及温度变化与自由电荷、内部微破裂、摩擦等因素有关。在煤矿现场电荷感应检测受干扰相对于电磁辐射要小很多,故可考虑采用SCT耦合模型对煤岩动力灾害进行预测预报。     

济北矿区煤尘层最低着火温度变化规律分析

为了探究埋深、粒径对煤尘层最低着火温度的影响,选取济北矿区煤样,在对深部煤层物化性质研究的基础上,通过热板实验测得不同埋深、粒径的煤最低着火温度。结果表明:在实验温度范围内,煤尘层厚度为5mm,埋深增加,其挥发分含量上升,由33.65%增至38.9%,煤尘层最低着火温度从330℃降至270℃,煤尘层着火现象用肉眼可观测到。随煤样粒径不断减小,不同埋深煤样的煤尘层最低着火温度明显减小,在煤尘层同为5mm时,随煤样粒径由180μm逐渐减小到75μm,3种不同埋深煤样煤尘层最低着火温度分别减小了16%、19%、25%,差异显著。     

起爆位置对煤岩体深孔爆破的影响

基于岩石断裂力学和爆炸力学原理,分析了起爆位置对深孔爆破效果的影响。并运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对不同起爆位置下柱状药包在煤岩体中产生的应力场及其传播规律进行三维数值模拟研究。研究结果表明:起爆位置对深孔爆破有显著影响,孔口起爆形成的爆炸高能区指向煤岩体内部,有利于炮孔底部深部岩体的瞬时脆性断裂,孔底起爆在煤岩体内形成的应力有效冲量是孔口起爆1.5倍左右,有利于塑性区内应力集中区煤岩体的破碎和裂纹扩展。     

岩石冲击实验碎屑分类及其分形特征

利用分离式霍普金森压杆实验系统,进行一系列的不同长径比砂岩冲击实验。对试验碎屑采用不同方法提取其信息,包括对粒径小于0.075mm的颗粒采用激光粒度分析仪。对受载后岩样破碎块度进行筛分统计,得到了该加载条件下岩石破碎的粒度分布。在此基础上,进一步计算相应破碎块度的分形维数,分别探讨了不同的长径比对分维数的影响。结果表明,砂岩破碎分维值在1.54到2.49之间,分维愈大,其粒度愈细。相同长径比岩石试件,岩石破碎分维值与试样的应变率线性相关,随应变率增大而增大。     

采场冲击地压的能量积聚释放特征分析

运用采矿岩石力学理论,分析了回采工作面围岩系统的加载特性,得到顶、底板对煤体存在着渐进和瞬态两种加载方式,当煤岩组合体载荷达到临界状态时,加载特性诱发煤岩系统动力失稳,即发冲击地压灾害.通过FLAC3D数值计算,分析了采场支承压力的分布、岩层结构的运动、弹性应变能的积聚、释放特征和围岩位移、速度的突出特征,初步提出用采场能量密度因子来预测煤岩冲击地压的发生.结果表明,冲击地压是采掘活动诱发的结果,是在开采过程中诱发并伴有微震活动和弹性能猛烈释放的煤岩体结构失稳的矿压显现.     

塑性煤岩体应力连续测量试验研究

针对目前煤矿塑性煤岩体应力测量存在的问题和不足,提出了1种新的应力连续测量方法及装置。该方法及装置的软弹性感应器可以与钻孔孔壁耦合接触,克服了传统应力感应器伸缩量过小和抗压不抗拉的缺陷,并进行了实验室标准混凝土试件应力试验和现场初步试验。结果表明,该装置在测量过程中可以实现应力感应器与围岩快速主动耦合,并且不受钻孔周围围岩破坏程度影响。     

复合煤岩受载破裂内部红外辐射温度变化规律

对由顶板岩、煤层、底板岩组成的复合煤岩体受载破裂内部的红外辐射温度的变化规律进行研究。分别在试样砂岩、煤样的中部不同方向钻孔,利用红外测温仪测量试样内部温度来研究其受载变形直至孔破裂过程中的红外辐射温度的演化特征。结果表明：复合煤岩在加载试验过程中均存在热弹效应和摩擦热效应。煤体裂隙面之间错动和摩擦产生的热量明显大于热弹效应产生的热量,导致内部温度上升0.17 ℃;而顶、底板砂岩的热弹效应起主导作用,温度升高分别为0.04,0.05 ℃。煤、顶底板砂岩的内部红外辐射温度和应变、应力和温度线性拟合后均呈较强线性正相关关系。     

南方复杂条件下的薄煤层开采巷道围岩支护问题及对策

针对复杂地质条件下南方薄煤层开采巷道出现的大变形与控制等问题,开展了一系列现场调查、理论分析和试验等研究。首先,分析了南方煤层地质条件、巷道变形特点和支护中存在的突出问题,同时进行了大量巷道变形的现场调研;然后,研究了薄煤层巷道变形破坏的影响因素和作用机理,主要体现在泥质岩类的物化膨胀与裂隙扩容、半煤岩巷道接触面滑移、水平构造应力挤压、工程扰动偏应力影响和高瓦斯孔隙压力弱化作用等;最后,阐明了复杂条件下薄煤层开采巷道的控制原理,强调应重视发挥巷道深部稳定岩体的承载能力,增强巷道围岩侧向支护作用,实现高阻让压和改善巷道围岩的整体力学强度等。提出了高强度自动让压桁架锚索支护系统和叠加拱“长、短”密集锚索支护技术,并分别进行了软弱半煤岩巷道的返修控制和松散煤岩体巷道支护技术的现场试验研究。监测表明,支护后的巷道围岩变形量都在可控范围之内,满足生产要求。     

基于CLBP和支持向量诱导字典学习的煤岩识别方法

针对现有煤岩识别方法在训练样本不充足情况下的识别效果普遍不太理想这一情况，提出了一种基于完备局部二值模式(CLBP)和支持向量诱导字典学习的煤岩识别方法。该方法分4大步完成：① 提取煤岩图像的多尺度CLBP特征向量；② 对训练样本的CLBP特征向量进行支持向量诱导字典学习，得到一组煤岩表征字典、煤岩类别权向量和偏移量；③ 计算测试样本在煤岩表征字典上的表示即编码向量；④ 采用判别函数完成测试样本编码向量的类别判定。结果表明：与现有其他常用方法相比，所提出方法有着更高的正确识别率，特别是在训练样本不充分的随机抽样实验条件下，其正确识别率仍然很高；耗时的字典学习并没有影响到所提出方法的实时性；所提出方法占用的存储量不受训练样本数量的制约，这在一定程度上为将来硬件实现带来了便利。     

胡家河煤矿主井井筒冻结壁岩石力学特性研究

以陕西胡家河煤矿主井井筒选取的煤岩及砂岩作为具有代表性的岩样,在MTS815试验机上进行不同围压及不同冻结温度条件下的单轴及三轴压缩试验,分析煤岩及砂岩在相同围压不同冻结温度条件下及相同冻结温度不同围压条件下的强度特性,并对2种不同岩样的同一性和差异性进行了比较。结果表明,煤岩和砂岩在冻结的效应方面有着明显的差异性,富水砂岩冻结后对温度的敏感程度要高于煤岩,主要原因是其岩石的内部结构性的差异。