Similarity model tests of movement and deformation of coal-rock mass below stopes

For a study of the movement and deformation of coal-rock mass and low protected seams below a stope,as well as for fracture developments and rules of evolution of permeability,we designed a plane strain model test stand to carry out model tests of similar materials in order to improve the effect of gas drainage from low protected seams and to measure the movement and deformation of coal-rock mass using a method of non-contact close-range photogrammetry.Our results show that 1) using paraffin melting to take the place of coal seam mining can satisfy the mining conditions of a protective seam;2) coal-rock mass under goafs has an upward movement after the protective seam has been mined,causing floor heaving;3) low protected seams become swollen and deformed,providing a good pressure-relief effect and causing the coal-rock mass under both sides of coal pillars to become deformed by compression and 4) the evolution of permeability of low protected seams follows the way of initial values→a slight decrease→a great increase→stability→final decrease.Simultaneously,the coefficient of air permeability increased at a decreasing rate with an increase in interlayer spacing.     

Reasonable location parameters of pick and nozzle in combined cutting system简

The drum shearer and high pressure water jet combined cutting system is an effective technology to cut hard coal-rock, but one problem of the technology is the choice of pick and nozzle location parameters. In order to solve the problem, the process and mechanism of combined cutting arc studied and mining seepage catastrophe theory is used to construct the mathematic and physical model of combined cutting hard coal-rock. Based on the model and detailed analysis of combined cutting mechanism, the single pick and nozzle combined cutting test-bed is built to test the main pick and nozzle location parameters of drum shearer and water jet combined cutting system. Test results show that the best vertical distance between the pick-tip and nozzle center point is the sum of cutting thickness and proper target distance in the Y axial direction; the best horizontal distance is the length between pick-tip point and coal-rock surface bursting crack point in the X axial direction. The best incident angle of water jet should be the same as the bursting crack line＇s angle in theory, but considering other important factors comprehensively, it is more reasonable when the incident angle of water jet is 90°.     

基于灰度阈值法的煤岩界面识别研究

针对煤岩界面识别存在准确性低的问题,以颜色区分度较高的某工作面煤岩图像为例,采用边缘检测法和灰度阈值法分别对该图像进行了煤岩分割处理,结果表明,当煤岩颜色的灰度差别较为明显时,基于灰度阈值法的煤岩界面识别方案具有较高的识别准确性。     

回采作业对冲击地压电磁辐射测量的影响分析

为了分析工作面回采过程中各作业工序对电磁辐射测量的影响,在长沟峪煤矿回采工作面进行跟班测试,并对各回采工序的电磁辐射监测信号进行了定量分析。结果表明,绞车、刮板输送机、电铃等电气设备对电磁辐射测量的影响最大,是在线式电磁辐射监测的主要干扰源;支柱加压、人员走动等非涉电作业活动对电磁辐射测量的影响较小。研究结果为现场使用电磁辐射临界值法判别煤岩动力灾害危险时排除干扰源的影响提供了可靠依据。     

滚筒式采煤机煤岩截割力学特性及测试系统研究

为实现采煤机在煤岩截割过程中滚筒载荷受力的测试与分析,现场建立等比例大型采煤机力学特性分析研究实验平台,采用等效结构惰轮轴传感器测试方法,针对滚筒式采煤机在煤岩截割过程中采煤机滚筒载荷变化进行实时动态在线监测,采用无线信号发射装置实现测试数据的实时传输。现场截割实验结果表明,在采煤机截割煤岩过程中,滚筒x,y,z三向上的载荷峰值差分别为29.941,17.459和7.371kN,载荷变化显著,测试结果符合现场实际工况,为实现采煤机煤岩动态识别以及自动调高控制提供了重要的理论和数值依据。     

含水煤岩体瓦斯压力测定的水锥效应研究

针对直接法瓦斯压力测定过程中受承压水影响的问题进行分析研究,通过查阅国内外文献发现,目前含水煤岩层瓦斯压力测定过程中,考虑煤层透气性系数、吸附特性的水锥效应尚未有人研究。针对此建立了动态水锥突破钻孔界限理论模型,分析认为瓦斯压力测定过程中放空时瓦斯流量最大,水锥突破速度最快,封孔后气体流量减少后影响变小。推导出了动态水锥上升过程中突破钻孔界限的时间与瓦斯流量、煤层厚度、钻孔深度及煤的孔隙率的关系式。并举例计算了不同流量、煤层厚度及钻孔长度下水锥突破界限的时间,发现,突破时间随流量的增大显著减小,流量一定时,随钻孔深度的增加,先经历一个变化较小过程,然后大幅度减小。工程上利用球向流场进行瓦斯压力时,可以通过缩短放空时间避免煤层水锥效应对测压的影响。     

大尺寸煤岩组合体水力裂缝越界形成缝网机理及试验研究

为了实现煤层气资源高效开采,针对我国煤层气储层"高储、低渗、成缝困难"的赋存特征,通过对裂纹尖端能量释放率、裂纹尖端应力场屈服区域数值分析以及煤岩组合体越界压裂试验,对煤岩组合体水压致裂过程中缝网形成机理及裂纹扩展特征进行研究。结果表明:同等应力条件下,煤体裂纹尖端塑性屈服区域明显大于砂质泥岩;裂纹在砂质泥岩中起裂瞬间释放的应变能可在煤体中产生约10.69~25.53倍当量裂纹面积或长度,有利于裂缝的延伸及多裂缝结构形成;通过数值分析可知,在达到近似临界煤岩拉破坏值时,砂质泥岩裂缝尖端在XX方位的最大集中应力值(7.05×10~5)约为煤体(1.98×10~5)的3.56倍;裂纹从坚硬砂质泥岩到软煤扩展试验过程中,形成了明显的复杂缝网结构;水力裂缝从覆岩到煤扩展过程中,在煤岩界面影响下出现贯穿、转向或偏转等现象,裂纹的转向或偏转导致裂纹形态复杂,有利于缝网结构的形成。     

煤岩体破裂过程中声发射行为及时空演化机制

 利用MTS 815试验机和声发射监测系统对单体岩石、单体煤和煤岩组合体进行单轴试验下的声发射测试,找出三者之间破坏机制的差异,从而为现场微震监测提供指导。试验结果表明,随着荷载的增加,单体岩石、单体煤及煤岩组合体的累积声发射数都增加,并且煤及煤岩组合体单位体积的声发射数要比岩石的声发射数高1个数量级,这主要是煤的强度较低且内部结构松软破碎所致。通过区分不同时段的声发射特征,得出三者破坏存在本质差异：随着荷载的增加,岩石的时段声发射数逐渐增多,煤的时段声发射数逐渐减少,而煤岩组合体的时段声发射先逐渐增加后逐渐减少。岩石的抗拉强度最高,煤的最低,而煤岩组合体的位于单体岩石和煤之间。对于煤岩组合体,岩石内部的声发射数约占声发射总数的10%～30%,煤体占70%～90%;并且声发射的空间分布主要受煤体结构及原生裂隙的影响。     

基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别方法

现今的煤岩图像识别方法取得了一些阶段性的成果,但还无法满足实际需求。为了挖掘新的煤岩图像识别方法,研究了基于字典学习的煤岩图像特征提取与识别技术,提出用字典学习算法提取煤岩图像特征。字典学习算法采用随机选择的方法对字典进行初始化和更新。结合分类算法对煤岩图像进行分类识别,结果表明:通过字典学习,能简单有效表达煤岩图像的特征信息,获得了较高的识别率,且该特征提取方式具有较好的发展前景。研究结果可为煤岩界面的自动识别提供新的思路和方法。     

煤岩微弱电磁信号的噪声源识别及去噪方法

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0.136 6,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。