水平裂缝对坚硬顶板失稳破断的影响规律研究

为了研究水力压裂形成水平裂缝后坚硬顶板的失稳破断规律,基于材料力学和关键层相关理论,结合数值模拟,对含水平裂缝坚硬顶板的变形破坏特征和失稳破断机制进行了研究。结果表明:当坚硬顶板存在水平贯穿裂缝时,无论上位与下位岩层是否发生同步运动,坚硬顶板的破断步距均小于其初始极限跨距。存在水平贯穿裂缝的坚硬顶板及其上覆岩层,会形成拉压复合破坏区,更易于发生失稳破坏。坚硬顶板块体咬合点区域的拉压复合破坏作用是造成块体局部失稳、回转加剧和整体破断的主要原因。     

缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验研究

针对西南地区薄煤层在使用传统深孔预裂爆破技术增加煤体透气性时,爆生裂缝无序扩展至顶底板引发顶底板失稳破断的技术难题,结合刻槽爆破裂缝导向性和水压爆破高效性,提出缝槽水压爆破技术。通过实验对比分析了耦合装药爆破、缝槽空气不耦合爆破、缝槽水压爆破形成的裂缝特征及应力演化规律。结果表明：缝槽水压爆破能大面积定向预制二维平面裂缝;在相同装药量下,缝槽水压爆破制造的煤体暴露面积是缝槽空气不耦合装药爆破的1.42倍、耦合装药爆破的11倍;其爆炸应力峰值略高于耦合装药爆破,达到割缝空气不耦合装药的1.5倍。而且,缝槽尖端方向应力变化大于其他方向,引起更大的质点振动,利于煤岩体破断,导向裂缝起裂和扩展,更有利于保护煤层顶底板。     

煤层钻孔孔口除尘装置的设计与实验研究

针对煤矿瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生大量粉尘的问题,提出利用射流泵技术除尘的新思路,即运用有压水流从喷嘴以一定速度喷出引起负压场卷吸煤尘进入除尘器,并与水流混合后排出,进而达到除尘效果。为使除尘效果最优,研究了孔口除尘器的结构组成和工作原理,并设计了水射流除尘器的结构和尺寸;运用均匀设计法对影响水射流除尘器吸气量的相关参数进行研究,实验优化了水射流除尘器的运行参数和结构参数。通过模拟煤矿瓦斯抽放钻孔施工现场打钻情况对孔口除尘装置的除尘效率进行实验,结果表明,孔口除尘装置除尘效率达到95%以上,能够显著降低煤矿干式钻孔过程中产生的粉尘污染。     

空化水射流声震效应强化煤层瓦斯解吸渗流的实验

针对含瓦斯煤层微裂隙、低透气性、高吸附的赋存状态以及煤层瓦斯难抽采的问题,提出了利用空化水射流声震效应强化瓦斯解吸渗流的方法.本文研究了空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸渗流的机理,对空化声震效应作用下煤样的解吸渗流特性进行了对比实验研究.实验表明:在空化数为0.020 0的条件下,空化声震效应作用下的煤样瓦斯解吸量增加36.9%,解吸时间缩短19.6%,空化声震效应作用效应下瓦斯的渗流速度明显增大,可达0.383 3 mL/s,提高率为35.3%.     

缝槽水压爆破破岩载荷实验研究

针对缝槽爆破中以空气作为不耦合介质,其冲击波和准静态压力较小、炸药能量利用率低、破岩能力弱的问题,提出缝槽水压爆破方法。利用水的微压缩性,以及传能效率高等特点,以水作为炮孔不耦合介质,提升缝槽爆破破岩载荷,开展其爆破破岩载荷特征研究。通过自主研发的缝槽爆破载荷测试实验系统,分别开展缝槽空气不耦合爆破和缝槽水压爆破实验。结果表明:水作为缝槽爆破不耦合介质,其冲击波压力峰值约是缝槽空气不耦合爆破的35倍,冲击波压力上升沿更平缓,入射效率更高;其准静态压力峰值是缝槽空气不耦合爆破的37～46倍,水压爆破的准静态压力压降缓慢,保压时间更长。研究表明,缝槽水压爆破的炸药能量利用率高,爆炸载荷提升明显。上述研究成果有助于深入认识缝槽水压爆破破岩载荷特性,同时对该方法的工程应用提供理论和实验支撑。      

割缝后煤层瓦斯的流-固耦合模型及应用

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达标时间的最大相对误差为5.8%,验证了流-固耦合模型的工程适用性;高压水射流割缝优化钻孔布置后,煤巷条带的预抽钻孔数量减少了27.3%、预抽达标时间缩短了69.6%,煤巷月平均掘进进尺提高了1.6倍.     

特厚煤层综放开采坚硬顶板破断对瓦斯涌出影响

针对具有坚硬顶板的特厚煤层综放工作面周期来压期间瓦斯异常涌出问题,基于坚硬顶板"O-X"破断机理,从能量的角度分析了坚硬顶板破断回转对采空区的冲击过程,得到破断块体轴向作用力与采空区垮落煤岩碎胀系数之间的关系。同时研究了顶煤放出率及垮落煤岩碎胀系数对坚硬顶板破断回转前后采空区体积变化的影响规律,建立了周期来压期间采空区瓦斯涌出增加量计算模型,并与现场实测进行对比。结果表明:特厚煤层综放工作面坚硬顶板破断回转压缩了采空区体积,使采空区高浓度瓦斯涌向工作面,导致周期来压期间瓦斯异常涌出现象。塔山煤矿8214工作面周期来压期间采空区瓦斯涌出增加量理论计算值为14.5 m~3/min,与现场实测增加量相比误差在1.79%～8.83%,两者结果较为相符,验证了模型的正确性。     

高压脉冲水射流顶底板钻孔提高煤层瓦斯抽采率的应用研究

在分析松软煤层中钻孔塌孔、硬分层中成孔机理的基础上,提出利用高压脉冲水射流在硬分层或顶底板中钻孔,切至软分层提高瓦斯抽采率的新钻孔工艺。并基于高压脉冲射流破煤岩动力特性,分析计算了射流在松软煤层中切缝所需的射流压力及流量;研制出钻孔、切缝系统装置及工艺。在四川某煤矿的松软煤层进行了现场试验,应用结果表明钻孔深度是本煤层钻孔深度的2.7倍,平均单孔瓦斯的抽放纯量为0.19~0.26 m³/min,是采用原工艺钻孔的5.2倍以上。     

加压煤层气集输管道堵塞分析及防治

结合工程实例,针对加压煤层气集输管道生产运行中的堵塞问题,分析了堵塞原因,指出影响管道堵塞的主要因素为地形、粉尘含量、气质组分、温度和压力、管径和流速等。提出了针对性的防治措施,为制定合理防堵方案提供了理论依据。     

软岩隧道锚杆支护作用的模型试验研究

 随着公路隧道的发展,隧道稳定性日益成为设计和施工的首要问题。根据重庆—长沙公路共和隧道围岩实际情况,在真三轴试验机上进行隧道在毛洞和不同支护条件下的模型试验,试验反映了隧道失稳的全过程并记录了各个部位的应变值,对不同工况下围岩的应力变化规律进行分析,结果表明：围岩的径向和切向应力均是随荷载的增加而增加的;在同级荷载下,支护后的围岩径向和切向应力要高于支护前;径向应力随着离洞壁距离增大而增大,而切向应力在洞壁上应力集中,随后随着离洞壁距离的增大而减小,最后趋于稳定。锚杆使得围岩的稳定性大大提高,且长锚杆的支护效果要优于短锚杆。