地质条件和地表风对煤火蔓延特征的影响研究

以新疆某火区为对象,采用数值模拟技术,研究了煤层倾角、地形地貌、地表风对煤自燃高温区蔓延范围及极限蔓延深度特征的影响规律。结果表明:自燃高温区沿煤层倾向向露头蔓延的速度随着煤层倾角的增大而减小,其蔓延极限深度随着倾角的增加而减小;平原煤自燃高温区向露头侧发展速度快,高温区沿倾向蔓延的极限深度随着山体坡度增加而增加;迎风侧露头自燃火区沿倾向向煤层内部蔓延极限深度大于背风侧。     

煤田露头火区多孔介质渗流运动的数值模拟研究

煤田露头煤层自燃使得煤田露头发生塌陷,为了合理地治理煤田露头火区,研究了影响煤田露头火区的重要参数,应用Fluent数值模拟软件针对不同煤层埋藏深度、孔隙率、渗透率进行了宏观数值模拟。得到了煤田露头多孔介质速度场、温度场变化规律,并根据孔隙率与渗透率对火区温度分布的变化规律提出治理方案。     

大面积煤田露头火区范围的圈划研究

科学地圈划出煤田露头火区的燃烧范围,是提出更加合理可靠的煤田露头火区防治措施的指导依据。在分析煤田露头火区引起地表沉陷机理与范围的基础上,进一步研究了火区上覆岩层的岩性、煤层的倾角、煤层燃烧深度、煤层燃烧厚度、燃烧煤层数量等因素对火区塌陷范围的影响。提出了依据煤田露头火区燃烧三要素,分别从岩层移动、通风系统和火区热源3方面来分析确定煤田露头火区燃烧范围的方法。     

刘桥矿区4、6煤层顶板岩体质量分形评价

该文通过对皖北刘桥矿区4、6煤层顶板部分钻孔岩芯裂隙统计,基于岩石质量指标并不能很好反映沿钻孔裂隙间距(结构面密度)的变化、块度的大小以及对小于10cm薄弱带的信息反映不够,该文运用分形理论的方法对刘桥矿区4、6煤层顶板岩体质量进行了定量评价。结果表明,分维值能够较好地反映煤层顶板的岩体质量。     

准能露天矿井田范围内小煤窑自燃火区探测及综合治理技术实践与研究

针对神华准能露天矿井田范围内多处小煤窑出现的自燃火区,在分析煤层自燃原因和特征的基础上,通过多种手段测定了地表温度、裂隙塌陷范围、烧变岩范围、露头燃烧范围、探测孔温度及气体等,确定了火源的位置、范围及发展趋势,结合火区的实际,提出以黄土分层覆盖碾压、火区边界打钻灌浆隔离、火区深部钻孔注黄泥浆、火区浅部注胶、局部煤层露头火剥挖为主,塌陷区平整、火区(塌陷区)内灌注黄泥浆为辅的综合灭火技术方案,并在现场进行了实施。现场应用效果表明,该方法工艺简单、针对性强,灭火效果明显。     

翟镇井田断裂构造特征定量化分析

根据翟镇井田11煤层开采揭露的地质资料的统计分析,获得该井田断层性质、落差、走向、倾角等分布特征,在介绍断层分形特征的计算方法基础上,绘制了翟镇井田11煤层断裂构造分维等值线图,并在此基础上对研究区进行了构造复杂程度分区,为下组煤的安全开采提供了决策依据。     

潘北矿A组煤底板岩体结构分布特征研究

为深入认识潘北矿11113工作面A组煤底板岩体结构特征,运用分形理论对其断裂网络复杂程度进行研究并计算断裂分维值。研究表明:A组煤底板岩体结构主要为块裂结构和碎裂结构,且范围较大;松散结构及碎裂结构主要集中分布于断层发育区。     

露头煤层火区自然通风机理研究

为了得到露头煤层火区自然通风的机理,通过对露头煤层火区自然通风系统的剖析推理,得知火区自然通风包含通过火区和不通过火区两类通风线路。数值模拟结果表明:火风压与自然风压共同作用为火区提供通风动力;气体的运动符合能量守恒定律、达西定律(进风通道)和布西涅斯基窄缝流体运动规律(回风通道),并推导得到了气体运动参数方程。     

临汾区块煤储层裂隙发育评价方法研究

煤储层裂隙是煤层气运移的重要通道,对煤储层渗透性具有极为重要的控制作用。然而,由于受到观测等条件的限制,煤储层裂隙发育特征的正确认识和精确描述存在相当大的困难。以临汾区块为例,通过岩层与煤层节理发育相关性研究,探讨了基于岩层节理发育规律进行煤储层节理预测与评价方法。在野外系统测量与实验室显微镜下观测的基础上,建立了煤、岩宏观裂隙线密度关系模型,预测了临汾区块5号煤储层宏观裂隙的密度分布规律;基于分形理论,拟合煤储层显微裂隙分维值与煤储层宏观裂隙线密度的相关性,对临汾区块5号煤储层显微裂隙发育程度做出评价。结果表明,临汾区块煤储层宏观裂隙线密度与显微裂隙分维值等值线呈NE向展布,与构造线展布近于平行,由东到西整体呈现高-低-高-低的变化趋势。     

利用垂直剖面法计算光伏发电项目对任楼煤矿矿产资源压覆范围

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》,采用垂直剖面法计算光伏电站对任楼煤矿矿产资源压覆范围,在遇到煤层露头区以及受断层影响在光伏电站范围内煤层走向发生变化,在煤层倾向做2条剖面确定保护煤柱的留设范围。     

基于扫描电镜图像分割的煤体结构分形研究

运用扫描电镜试验对两种煤样表面进行观测,分析裂-孔隙结构发育特征,并通过Matlab软件对电镜图像进行傅里叶变换与小波变换降噪处理,计算表面分形维数。结果表明:相较于傅里叶变换,小波变换的二值化图像保留了更多的煤体表面裂-孔隙结构信号,所得表征煤体表面裂-孔隙结构复杂程度的分形维数值也较大。     

西山煤田不同变质程度煤孔隙结构分形特征及影响因素研究

为研究煤的多孔介质属性及其分形特征,以山西沁水盆地西山煤田为研究对象,采用扫描电镜(SEM)分析了煤表面孔隙结构特征。基于SEM图片,通过盒维数法计算得到了不同煤样表面孔隙分形维数,并分析了其影响因素。研究结果表明:煤表面具有显著的分形特征,分形理论能够较好地描述煤孔隙结构复杂程度;在本测试煤样中,不同煤样分形维数值在1.33～1.92范围内变化;变质程度、水分、埋深、坚固性系数(f值)对煤孔隙分形维数有显著影响,随Ro和埋深的增加煤体表面孔隙趋于复杂化,分形维数值不断增大;而水分和灰分的存在使得煤体表面变得相对光滑,能够减小分形维数值。分形维数是衡量煤孔隙复杂程度的有效参数,在煤矿现场瓦斯防治中,对于具有高分形维数的煤体,应该引起重视。这类煤体往往破坏程度较高,具有强吸附性,孔隙连通性差,瓦斯抽采困难,在煤炭开采过程中,容易导致煤与瓦斯突出、瓦斯涌出等灾害。     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮吸附孔隙分形特征研究

在利用低温氮吸附法测试鄂尔多斯盆地煤储层孔隙分布的基础上 ,计算了煤样的孔容及比表面分维数 ,并分析了煤储层对甲烷的吸附能力与孔隙分维之间的关系。研究表明随着比表面分维数的增加 ,煤储层兰氏体积减小 ,而兰氏压力增加 ,随着孔容分维数的增加兰氏体积减小。     

含瓦斯煤岩剪切破断过程中裂纹演化及其分形特征

利用自主研发的含瓦斯煤岩细观剪切试验装置,开展了含瓦斯煤岩细观剪切试验,研究了煤岩剪切破断面裂纹的开裂扩展演化规律,并基于分形理论,分析了剪切破断面裂纹分布的分形特征。研究结果表明：含瓦斯煤岩剪切破断面裂纹的演化过程经历了5个阶段,即裂纹起裂、裂纹稳定扩展、裂纹非稳定扩展、剪切破断及裂纹摩擦阶段;含瓦斯煤岩剪切破断不同阶段的裂纹分布符合分形特征,且随着剪切应力水平的提高,含瓦斯煤岩剪切面裂纹分布的分形维数呈现上升趋势,通过剪切面裂纹的分形维数可定量描述含瓦斯煤岩随剪切应力状态变化的裂纹演化特征。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

分形在煤粉燃烧中的研究进展

分析比较了近年来测定煤粉分形维数的方法及研究进展,详细讨论了计算煤粉分形维数常用的4种表面测试技术、适用条件及对应的计算方法.结果表明,用不同测试方法获得的数据计算得到的结果并不完全一致.比较发现：表面分形维数与测试方法间存在很大的相关性,只有选择正确的测试方法,才能将煤的表面特性与煤的燃烧过程有机并准确地结合,从而获得突破性成果.煤粉燃烧的分形结果表明：煤燃烧过程是一个表面分维增加的过程,说明煤的燃烧是在一个立体的网络结构内外同时反应,因此煤燃烧反应动力学应当考虑煤粉表面分形结构的特征.     

不同硬度块煤冲击破碎后粒度分布特征试验研究

为了探究不同硬度的块煤在冲击破碎作用下破碎后的粒度分布特征,利用坚固性系数实验装置,对4种不同硬度的块煤进行了冲击破碎试验研究,试验结果表明：破碎功与块煤破碎后的新增表面积成线性关系,折算直径与破碎功成反比。块煤破碎后具有自相似特征,其分形维数能够反映煤的破碎程度,分形维数越大,破碎效果越好,坚固性系数f与分形维数D呈线性关系。颗粒在破碎过程中,大颗粒因周边小颗粒的存在而受到缓冲作用,使得较小颗粒由于挤压作用而优先破碎,小颗粒的缓冲作用增强了大颗粒抵抗破碎的能力,因此较小颗粒反而更容易破碎。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。     

采动断层活化分形界面效应的数值模拟研究

采动断层活化是采矿科学中的重要研究课题，以往的研究没有揭示断层面几何形态对它的影响，针对地质断层面的分形性质，构造了自仿射意义下的分形曲线及含有这种分形地质断层面的地质采矿模型，用数值方法模拟地下开挖引起分形断层面活化的现象，研究和总结了分形断层面对采动岩体沉陷的影响规律。研究表明，采动断层活化具有明显的分形界面效应；采动断层剪切滑移力学行为与其分形维数是相关的，不同分形维数的断层面采动后，导致其