急斜煤层初次破断后基本顶稳定性分析

针对急斜煤层水平分段综放开采的特点,将沿倾向初次破断后的基本顶视为三边固支一边自由,受纵横载荷共同作用的斜置矩形板力学模型.应用Kirchhoff薄板理论,考虑中面内力对弯曲的影响,运用能量法得到了顶板挠度的解析表达式.探讨了基本顶的挠曲变形特征,分析了煤层倾角、水平分段高度和基本顶厚度对挠曲变形的影响.研究发现：在急斜煤层岩层控制中,煤层倾角存在介于55~65°之间的临界区域,据此可推断在上覆岩层中是否存在“上三带”（危险性离层带）;通过选取合理的水平分段高度,尽可能满足生产的需求,又可有效地控制顶板的变形;顶板厚度大于4 m可作为急斜煤层关键层的几何特征.结合新疆六道湾煤矿的具体开采情况,验证了模型和结论的合理性.     

柱式采空区上行开采数值模拟研究

针对神广煤矿5^-2煤房式开采后4^-2上、4^-3煤上行开采安全生产问题,首先通过理论分析对4^-2上、4^-3煤上行开采可行性进行了初步论证;然后采用3DEC离散元软件建立了三维数值模型,分析了5^-2煤房式开采对上部4^-2上、4^-3煤整体性和连续性的影响;研究了4^-2上、4^-3煤开采对层间岩层及5^-2煤采空区留设煤柱稳定性的影响规律。结果表明：4^-2上、4^-3煤的比值K分别为33.07、23.46,均大于临界值7.5,5^-2煤采空区煤柱的极限承载强度为7.84MPa; 5^-2煤开采后,4^-2上和4^-3煤整体性和连续性保持完好;4^-2上、4^-3煤层上行开采使得层间岩层应力降低,位移减...     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同，应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架，时急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究，着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律，以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层，应适当提高分段高度。     

冲击作用下煤岩动态破坏机理的FDEM模拟研究

为研究煤岩的动态破坏规律,利用Φ50 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,开展了煤岩冲击破坏试验。基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元方法(finite discrete element method, FDEM),标定了模型参数;最后在LS-DYNA软件平台上模拟了SHPB冲击试验,讨论了FDEM模型在模拟动态破坏时的适用性,并对煤岩的破坏过程进行分析。研究表明：(1)煤岩动态抗压强度与应变率满足经验关系,当应变率为98.05 s^-1、119.22 s^-1和135.85 s^-1时其动态强度因子(dynamic strength factor, DIF)分别为1.92、2.08和2.23;(2)冲击作用下煤岩的弹性变形阶段较短,塑性变形能力较强,动态弹性模量的应变率相关性不显著;(3) FDEM模型通过零厚度内聚力单元的失效能够模拟岩石类材料的脆性破坏,当网格尺寸合理时,由于惯性效应的存在,通过准静态试验标定的模型参数,也适用于冲击破坏的模拟;(4)冲...     

基于黏度时变性的裂隙动水注浆扩散规律分析

为探究动水环境下黏度时变性浆液扩散规律,以NF水泥基浆液为研究对象,开展浆液黏度时变性试验,确定了黏度时变函数;基于水平集方法,通过在数值模型中自定义黏度时变性函数,实现了考虑浆液黏度时变性的动水注浆数值模拟,得到了考虑和未考虑黏度时变性的浆液扩散形态和扩散距离。结果表明：水灰比为0.6～1.0的NF水泥基浆液属于宾汉流体,其黏度随着时间的推移呈指数增长;浆液扩散过程中,流场中浆液黏度变化表现出稳定区和下降区2个阶段;其扩散形态由初始阶段圆形变化为椭圆形至最后稳定为U型;浆液扩散距离与时间呈正相关,并随水灰比的减小而减小;未考虑浆液黏度时变性所得扩散距离始终大于考虑浆液时变性所得扩散距离,且随着注浆时间的增加,浆液黏度时变特性对扩散距离的影响越显著。     

倾斜裂隙动水注浆扩散规律及堵水关键域研究

在煤矿开采过程中,受复杂水文地质条件的影响,工程建设经常会遭遇突涌水、塌方等地质灾害,严重制约了地下工程的安全建设和发展。注浆技术作为地下突涌水灾害治理的有效手段,在煤矿水害防治领域得到了广泛应用。为研究动水条件下倾斜裂隙注浆扩散规律及封堵机理,通过自主研发的动水注浆试验系统,进行了倾斜裂隙动水注浆试验;采用有限元法求解Navier-Stokes方程和浆水相界面控制方程,获得了注浆过程中不同时刻的浆液扩散形态和扩散面积,分析了倾斜裂隙空间内的流速场和压力场分布规律,并与试验结果进行了对比验证;基于模型试验与数值模拟结果,揭示了堵水关键域浆液运移规律,建立了倾斜裂隙动水注浆堵水关键域扩散模型。结果表明：当注浆压力恒定不变时,随着裂隙倾角和动水流量的增大,浆液沿顺水方向扩散距离均随之迅速增大至出流边界,沿逆水方向和垂直于动水流向的扩散距离明显减小,导致浆液扩散面积不断减小,使得浆液扩散形态由圆形变为椭圆形,最终到达出流边界时呈U形;在注浆扩散过程中,随着裂隙倾角的增加,浆液不断驱替过水断面逐步形成了高流速过水通道,使得裂隙横断面流速分布呈现出岭陡谷宽的形状;同时,在倾斜裂隙不同高差位置压力...     

急斜水平分段放顶煤放煤实验研究

本文分析了急斜煤层顶煤放出过程与缓斜煤层的不同,应用模拟急斜煤层顶煤放出的专用模拟实验架,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采破碎顶煤的放出进行了实验研究,着重探讨了急斜煤层破碎顶煤的放出规律,以及在保证合理采出率前提下提高产量效益的技术途径。认为在煤层倾角较大的煤层,应适当提高分段高度。     

浅埋区小煤矿发展长壁开采的技术途径

小煤矿必须采用能够形成负压通风的壁式采煤方法, 是国务院安全生产委员会的规定。在总结陕北煤田小煤矿开采浅部煤层经验的基础上, 建议将落后的房柱式改革为长壁留煤柱支撑法开采, 以较大幅度提高采出率。长壁留煤柱支撑法开采的关键技术是区分两类不同性质的煤柱, 即区内煤柱和区域间的隔离煤柱。区内煤柱是指在小区域开采期间暂时保留在区内的煤柱, 其作用仅仅是保障在区内开采时的顶板安全, 而在小区域开采结束后能够适时垮落。为了防止顶板事故, 需要进行有效监测, 提出了监测方法的技术基础。     

加载速率影响下的岩石尺寸效应及声发射特征

为研究岩石在不同加载速率条件下岩样尺寸对峰值强度、声发射时空特征等力学性质的影响,采用数值模拟和数据拟合相结合的分析方法,对5组不同高径比试件进行了不同加载速率条件下的单轴压缩模拟试验。结果表明:岩石峰值强度与加载速率呈正相关,与岩样高径比呈负相关,两者关系均可用关系式进行表述。不同高径比试件加载速率对岩石尺寸效应起主导因素,当L/D≥2时,岩样尺寸效应逐渐减弱;同时岩石在不同加载速率条件下对声发射影响也比较显著,当试样高径比L/D≤2时,声发射数在峰值强度后较多,整个过程中声发射数先逐渐增加后逐渐减少,呈现出渐进型变化规律;当L/D2时,声发射数较少,在峰值强度之后出现很明显的声发射事件,属于突跃型变化规律,对利用声发射特性预测不同尺寸岩样单轴压缩破裂来临有一定的参考意义。     

冲击荷载作用下煤岩动力特性试验研究

为研究陕北地区硬质煤岩的动态力学性能,利用应力加载系统和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对煤岩试件进行了基础的动、静力学特性试验,研究了其破坏机理。结果表明:静载作用下,煤岩试件多为单一裂纹破坏;而动载作用下,破坏形式比较丰富,如低应变率时的劈裂破坏和较高应变率下的压碎破坏;弹性模量与峰值应力的率相关性显著,而峰值应变的率相关性较弱;在动态加载方式下,由于加载速度过快,试件内部孔隙、裂隙、颗粒间距等缺陷闭合压实时间过短,宏观上表现为应力-应变曲线压密段缺失。