基于Micro-CT的受载煤岩裂隙孔隙时空演化规律

煤岩裂隙孔隙作为流体渗流的主要通道,其在采动应力作用下的扩展、连通演化规律,对煤岩的渗透性能具有重要影响。为深入揭示煤岩细观裂隙孔隙结构特征随轴向应力加载的演化规律,利用NanoVoxel–3502EX射线三维扫描成像系统与Deben加载试验装置进行煤岩单轴压缩Micro-CT原位扫描试验,获取不同应变条件下的实时CT数据,提取煤样的孔隙裂隙分布特征,定义空隙率并依据空隙率曲线的阶段性将煤样均匀分为3个部分(区域1,2和3),分析煤样细观结构随轴向应力的演化规律。研究表明：煤岩单轴压缩过程中呈现阶段性破裂,且裂隙、孔隙分布特征与内部应力传播有密切关联。单轴压缩下轴向应力的传递对冲使区域2首先出现裂隙、孔隙发育,而后靠近轴向应力加载压头的区域1裂隙、孔隙发育并连通,并在峰值(1 100 N)和破坏后(492 N)的孔裂隙体积表面积的最大值和体空隙率最大,而靠近轴向固定压头的区域3区段裂隙孔隙发育相对缓慢,其孔裂隙体积表面积的最大值和体空隙率最小。煤岩基质(骨架)在轴向力的作用下产生局部变形与破坏,形成孤立孔隙与微小裂隙,而裂隙、孔隙的空间展布加剧了煤岩内部应力分布的不均匀性,进而对煤岩破...     

综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的数值模拟

针对配有附壁风筒综掘工作面旋流气幕抽吸控尘流场的特点,分别采用k-ε和k-ε-Θ-k_p数学模型建立了该流场单相风流流动和气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用Fluent软件对该流场风流及粉尘的扩散进行了数值模拟。模拟结果显示,综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统可在掘进机司机的前方形成基本封闭整个巷道断面的旋流气幕,能有效地将粉尘封闭在掘进头至掘进机司机前方0.5 m的空间内,防止粉尘向其它区域扩散。依据模拟结果和工作面现场的实际条件,设计了由附壁风筒和抽尘净化装置构成的综掘工作面旋流气幕抽吸控尘系统,该系统在综掘工作面应用后,有效地降低了工作面现场各作业地点的粉尘浓度,取得了较好的降尘效果。     

低孔隙率煤层高压注水技术

针对天安矿业有限公司星村煤矿3#煤层高地压低孔隙率、产尘浓度高、地温高和具有较大冲击地压危险性的特点,从高效注水用渗透剂(表面活性剂)的选择、高地压低孔隙率煤层注水工艺技术的研发为目标出发,对煤层注水采用理论分析、实验室研究和现场观测相结合的方法进行研究,设计了高地压低孔隙率煤层注水工艺参数。     

煤层高压注水渗透特性试验研究

为了研究不同孔隙水压对煤岩渗透特性的影响规律,利用MTS电液伺服岩石试验系统对深部矿井的煤岩试件进行了不同孔隙水压、尤其是高孔隙水压下的煤岩渗透特性试验。结果表明:渗透率以及体积应变曲线具有较好的一致性,均呈现U字形走势;而在外界条件一定的情况下,孔隙水压对渗透性能以及体积应变的作用效果与该煤岩孔隙水压临界阈值有关,高于临界阈值的孔隙水压对煤岩渗透性能起到数倍于低孔隙水压时的改善作用。此外,孔隙水压对煤岩强度极限亦有重要影响,且孔隙水压愈高,煤岩的破坏强度极限愈低,扩容效果愈明显,渗透率峰值亦愈加后延。研究结果对利用高孔隙水压改善煤岩渗透性能、提高煤层注水防灾效果具一定指导意义。     

兴隆庄煤矿职工行为隐患分析及SAE闭环管理体系研究

人的不安全行为是导致煤矿安全事故发生的主要原因,为了减少和杜绝不安全行为的发生,通过对兴隆庄煤矿职工行为隐患进行统计整理分析,深入研究不安全行为形成机理,基于马斯洛需求理论、风险分级管理理论、积分制管理理论等,提出建立SAE闭环管理体系,并将该体系应用于兴隆庄煤矿。研究应用结果表明:SAE闭环管理体系能够有效的提高职工的安全意识及现场的安全管理水平,人的不安全行为得到了极大的抑制,进而保证煤矿的安全生产。     

高温矿井低品位余热综合利用技术研究

本文基于对山东唐口矿井原冬季供暖系统、夏季降温系统及矿井排水、洗浴排水与乏风排放的研究,结合该矿实际,提出了高温矿井各类低品位热能的集成利用技术和系统。提出利用热泵技术,冬季可实现对矿井排水、洗浴废水、乏风排放所含低品位热能的回收利用,夏季可实现对降温设备冷凝热的回收;利用太阳能集热器,全年可实现对太阳能的热利用;同时该系统可实现对矿井排水的净化回用及乏风的喷淋净化,满足矿井常年洗浴用热及夏季降温、冬季地面供暖及井口房风流加热的要求;实现各类低品位热能的集成利用和矿区污水及矿尘的低排放,可取代传统的地面锅炉供热,降低常规能源消耗和矿井用水抽采量。     

煤炭地下气化多层热弹性基础梁模型及其应用

 为了得到条带地下气化开采覆岩移动下沉规律,以华亭煤炭地下气化为例,在气化过程傅里叶传热分析的基础上,建立含温度场的多层热弹性基础梁模型,分析温度场的存在对岩梁挠度的直接和间接影响,通过引入煤层烧变损伤因子并确定损伤范围,最后求得含损伤弹性基础的热弹性基础梁挠度解析解,并理论分析岩梁挠度、弯矩、剪力和载荷随时间的变化规律。结果表明：温度场的存在使岩梁在垂直方向和水平方向分别产生附加弯矩和热应力,其随时间在直接顶内呈先增大后减小,在老顶内呈一直增大趋势;岩梁挠度、弯矩、剪力和载荷基本都大于常温状态下的数值,且随覆岩热传导时间基本呈先增大后减小趋势。通过与现场实测下沉曲线的对比,说明该模型是合理的和符合实际的。     

煤层注水带压封孔技术研究

针对煤层注水钻孔封孔质量差、注水效果不明显的问题,基于钻孔周围裂隙场对封孔质量影响的分析,对聚氨酯带压封孔技术进行了研究。提出根据钻孔周围裂隙场的特点,确定封孔方法及封孔深度,并对聚氨酯带压封孔的原理及工艺进行了阐述,利用钻屑法确定了某矿7306工作面合理的封孔深度为9~14 m。现场应用表明,聚氨酯带压封孔技术可有效封堵钻孔周围裂隙,改善了煤层注水效果。     

混合式注水防尘降温技术

为了有效降低综放工作面粉尘浓度及温度,设计了混合式注水方式,即在动压区采用静压注水,静压区采用动压注水,并根据东滩煤矿1305综放工作面的煤层状况,进行了注水钻孔布置、设备选型、现场煤层注水试验及注水效果测定。试验结果表明,煤层含水率较注水前平均增加了1.6%,工作面煤体湿润半径约为7.3 m;落煤、移架处的降尘率平均达到了70%左右;注水后工作面温度平均降低1.1℃,混合式注水技术有效地湿润了煤体,取得了良好的的防尘、降温效果。     

饱水煤岩基本力学性能的试验研究

利用MTS电液伺服岩石试验系统对煤岩试件进行了饱水与自然两种状态下的单轴压缩与拉伸试验,结果发现,与自然状态煤样相比,饱水煤样单轴抗压强度降低了26.71%,弹性模量降低26.85%,轴向应变增大,普氏系数与泊松比均有所降低;饱水煤样抗拉强度平均降低43.86%,且破坏时间大为缩短。此外,煤岩单轴压缩与拉伸试验曲线均呈锯齿状,其中煤岩单轴压缩过程依次经历裂隙压密、表观线弹性变形、弹塑性变形以及断裂破坏4个阶段,拉伸试验中煤岩受力呈线性增加直至弹脆性拉断,失稳破坏瞬间发生。