煤矿火灾诱发瓦斯爆炸危险性预测

针对高瓦斯易自燃煤层火区封闭与启封过程中常发生的瓦斯爆炸问题,采用20 L爆炸装置,在实验研究环境温度为25～200℃和CO体积分数为1%～10%的条件下进行瓦斯爆炸极限测定,发现CO体积分数升高,瓦斯爆炸上限、下限均下降,温度升高,爆炸上限升高、下限下降;温度与CO气体耦合作用下,瓦斯爆炸上限升高、下限下降,瓦斯爆炸危险性增加,爆炸上限、下限与温度和CO气体体积分数呈二次多项式变化趋势。初始温度和CO气体对爆炸极限的耦合影响比单一因素影响大,其对爆炸上限的影响更为显著。在此基础上,基于变化瓦斯爆炸三角形与曲线拟合理论,研究了火区封闭过程中次生瓦斯爆炸危险性演化过程,根据曲线相交原则反演求出CH₄体积分数与O₂体积分数,结合CH₄体积分数与O₂体积分数随时间变化关系,求出可能发生瓦斯爆炸时间t。若可能爆炸点M(X_M(CH₄),Y_M(O₂))点的O₂体积分数小于临界点E的O₂     

基于裂纹的岩石摩擦滑移位移演化实验研究

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究.用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直位移及水平位移的演化特征进行分析.结果表明:①剪应力缓慢增长阶段的位移演化,由围压起主要作用转变为...     

准脆性材料试件应变软化尺度效应理论研究

研究了由于剪切局部化而引起的试件长度的尺寸效应，基于可以考虑微结构相互作用的非局部理论，得到了非局部塑性剪应变与局部塑性剪应变及其二阶应变梯度的关系，通过获得剪切带内部的塑性剪切应变，得到了岩样轴向的平均应变与位移的理论关系，研究结果表明，这一关系具有尺寸效应，随着试件高度的增加，应力-应变曲线变陡，当试件高度非常大时，发生Ⅱ类变形行为，而且，随着剪切带倾角的增加，应力-应变曲线也变陡，将理论结果与前人的试验结果进行了比较，结果表明吻合良好。     

采空区自燃理论模型的无因次分析与应用

预测预报是采空区自燃防治的主要措施,但采空区自然发火的影响因素众多,并且各因素之间往往相互关联,这给采空区自燃的预测带来了很大困难。选取回采工作面长度作为物理模型的基准尺寸,同时选取了基准速度、基准氧气浓度和基准温度等参考值,依据这些基准参考值定义了无因次压力、无因次氧扩散系数、傅里叶准数等无因次准则。在这些无因次准则的基础上依据量纲一致原理将采空区自燃模型转换成了无因次模型。然后逐个分析模型中的无因次准则对采空区自燃的影响,将影响自燃的主要无因次准则为组合成耗氧和放热2个无因次准则。进一步分析这2个准则的取值范围,并在它们的取值范围内取2个自燃准则的不同组合进行自燃的模拟,得到采空区的最高无因次温度,并绘制成采空区自燃判别图用以对采空区自燃进行判别。     

粒径大小对颗粒堆积体Burgers模型蠕变参数相似试验研究

为研究砂土颗粒材料堆积体在沉降过程中的变形行为,采用分级加载的方式进行三轴压缩蠕变试验,获得3组不同粒径(0.6~0.8 mm、1.0~1.5 mm、2.0~2.5 mm)的玻璃微珠蠕变变形-时间曲线,选取四元件Burgers模型对试验曲线进行拟合分析,得到玻璃微珠蠕变特性表征参数,并建立离散元数值模型对burgers模型参数进行验证。研究结果表明:玻璃微珠在三轴压缩条件下的蠕变特性可采用Burgers模型进行描述,蠕变Burgers模型的4个参数E_k、E_m、η_k、η_m与粒径和轴压均呈现负相关关系。将试验拟合得到的宏观Burgers模型参数转换为颗粒流程序中的微观Burgers模型参数,模拟结果与试验结果具有较高的吻合性,对比结果说明颗粒流Burgers模型适用于岩石颗粒蠕变试验的研究。     

岩石变形破坏的数字散斑相关方法研究

 采用白光数字散斑相关方法作为实验的观察手段,对单轴压缩条件下岩石变形破坏进行实验研究。根据实验中数据采集方式的不同要求,将实验分成2组进行：一组是通过CCD相机记录岩石加载全程的试件表面散斑图像,进行岩石加载全程的变形演化实验研究,根据计算结果对岩石加载全程的变形演化和变形集中区域的位移演化进行研究;另一组是通过高速相机记录岩石破坏瞬态过程的试件表面散斑图像,进行岩石破坏瞬态过程的变形演化实验研究,采用不同时刻的散斑图像作为参考帧,分别进行塑性硬化到峰值阶段变形场演化特征、峰值到破坏阶段变形场演化特征的分析。同时,实验研究中还得到试件加载过程中局部化带内变形量值、带内变形最大值与最小值之比,带内最大值与带外平均值之比,以及试件表面裂纹扩展的平均速度等定量参数。     

砚北煤矿特厚易自燃煤层邻近采空区瓦斯抽采与煤自燃耦合研究

砚北煤矿特厚易自燃煤层采用分层开采,在工作面推进过程中因周期来压造成工作面上隅角瓦斯瞬时超限,目前主要通过瓦斯抽采解决该问题,但邻近采空区抽采易引起采空区漏风,可能导致遗煤及下分层煤发生自燃。为分析采空区瓦斯抽采对遗煤自燃的影响及优化抽采参数,编制了瓦斯抽采、漏风、氧化升温耦合脚本文件,建立了邻近采空区瓦斯抽采耦合氧化升温数值计算模型,并利用该模型模拟了不同抽采条件下邻近采空区瓦斯浓度分布、温度分布及氧气浓度分布规律,综合考虑抽采效率和防止煤氧化自燃,研究结果表明：抽采钻孔高度35 m、抽采负压7 kPa时瓦斯抽采效果最佳。研究结果可为特厚易自燃煤层工作面上隅角瓦斯治理及邻近采空区瓦斯抽采设计提供技术参考。     

等幅循环加载岩石非均匀变形演化试验研究

为了研究循环加载条件下岩石的变形演化规律,开展了红砂岩试件的等幅循环加载与分级等幅循环加载试验。采用CCD相机对试验过程中试件的变形图像进行采集,基于数字散斑相关方法分析了等幅循环加载过程中试件的非均匀变形演化规律。分析研究发现:循环加载过程中,随着循环次数的增加,试件的非均匀变形场逐步演化,变形局部化现象愈加明显;非均匀变形在循环加载过程中存在时间滞后和变形累积特征,且分级等幅循环加载过程中其峰值应力的增加会使非均匀变形的滞后特性与累积特征更加明显;在试件发生破坏前,加载顶点和卸载底点的非均匀变形指标数值逐渐接近。研究循环加载作用下岩石的非均匀变形演化规律,可为岩石破坏提供新的前兆信息。     

考虑块石块度及分布的人工土石混合边坡稳定性分析

为研究人工土石混合边坡中块石块度及空间分布对边坡稳定性的影响,用Python语言编写脚本生成不同块石块度、块石间距、块石轮廓等参数构成土石混合边坡模型,实现土石混合边坡块石块度及分布的随机生成。将模型导入Abaqus软件中生成土石混合边坡的数值计算模型,对土石混合边坡的稳定性进行计算,得到了块石的不同块度大小及不同空间分布对土石混合边坡稳定性的影响规律。研究表明:在含石量相同、块石块度范围为10～50 cm的条件下,随着块石块度增加,土石混合边坡的安全系数提升,塑性破坏带变宽、变长,边坡稳定性增加;当块度为10～20 cm与30～40 cm的块石分层分布在土石边坡中且块度大的块石邻近边坡下部时,安全系数较高,土石混合边坡的塑性破坏带分布面积广,边坡稳定性提升。研究结果可为人工土石混合边坡施工提供参考。     

补连塔矿煤样的孔隙特征及吸附特性试验研究

为了研究补连塔煤样的孔隙特征和吸附特性,开展了煤样的低温氮吸附试验和等温气体吸附试验。通过分析低温氮吸附试验发现,补连塔煤样的比表面积明显大于变质程度相近其它煤样,且该煤样的孔径分布主要集中在小于10 nm小孔段;分析煤样气体吸附试验结果发现,该煤样的气体吸附量明显低于相同变质程度的其它煤样。分析试验结果表明,补连塔煤样的吸附特性存在明显"比表面积大而气体吸附量小"的特征,这与传统物理吸附存在较大偏差,考虑气体分子热运动,建立小孔气体分子吸附模型解释了发生该种现象原因。