突出煤相似材料综述及展望

突出煤相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟实验的基础,相似材料的研究有助于更准确地还原煤与瓦斯突出现象。对国内外相似材料的研究成果进行了综述,对相似材料制作过程中各个因素对相似材料力学、吸附解吸和渗透率3方面性能的影响进行了梳理,同时指出了相似材料的发展方向:全面衡量材料在力学、吸附解吸和渗透率方面的性能;对原料和制作工艺标准化;细化相似材料的定量评价方法。     

管道压煤开采的相似材料模拟实验研究

用相似材料模拟的方法,以兴隆庄矿为例,研究管道压煤开采岩层及地表移动的规律以及压煤开采对管道本身产生的影响。实验得出:管道压煤开采的岩层及地表移动规律与传统的规律基本一致;管道下压煤采出后,在管道纵剖面的下方会出现悬空状态,对管道的安全造成不利影响,而管道上方的地表会出现隆起与裂缝,对土地造成破坏。为今后管道过采空区的研究提供参考。     

煤岩体的低强度相似材料正交配比试验研究

 本文采用正交试验的方法对煤岩体的低强度相似材料配比进行研究。选用砂子、碳酸钙、石膏配制满足煤岩体力学性质的低强度相似材料。砂胶比、胶结物比例和容重对相似材料的单轴抗压强度均有较显著影响。对试验结果的分析表明,能够利用试验结果的回归曲线方程对给定单轴抗压强度数值的低强度相似材料进行较准确的配比选择。     

滑脱效应和基质变形对低渗透煤体渗流特性影响的试验研究

为了探讨滑脱效应和基质变形对低渗透煤体渗流特性的影响,以渝阳煤矿8#煤层原煤试件为研究对象,进行4种气体在不同压力条件下的渗流平行试验。试验结果表明:当轴压、围压和气体压力恒定时,滑脱效应渗透率表现为,△K_(He,b)△K_(CH_4,b)△K_(N_2,b)△K_(CO_2,b);基质变形渗透率表现为煤体对气体的吸附性越强,产生的基质变形渗透率越大,试验结果为△K_(He,s)△K_(N_2,s)△K_(CH_4,s)△K_(CO_2,s);在轴压和围压一定条件下,滑脱效应渗透率、基质变形渗透率和有效渗透率均随气体压力的增大呈非线性变化。滑脱效应渗透率与气体压力关系式可表示为△Ki,b=ap~b;基质变形渗透率随气体压力的增加呈二次函数关系增大,即△K_(i,s)=ap~2+bp+c;有效渗透率随着气体压力的增加呈现出先减小后增大现象,具有明显的滑脱效应,且二者之间变化关系符合二次函数关系,即△K_(i,g)=ap~b+bp+c。     

巷道煤帮稳定性相似材料模拟试验研究

通过相似材料模拟度试验研究，分析了工字钢梯形支架，锚杆群支护和钢带组合锚杆支护条件下巷道煤帮的变形破坏特征，以及水平应力对巷道煤矿变形破坏的影响。试验结果表明，水平应力对于巷道煤帮的稳定性影响显，采取有效措施加固巷道煤帮，控制水平应力，防止煤帮破坏，对于保持巷道围岩的整体稳定，减小巷道围岩的松动破坏范围是十分有效的。     

加锚裂隙煤的相似材料蠕变试验研究

由于煤岩的节理和割理比较复杂并且容易发生蠕变,但又很难在煤层中进行试验研究,直接取煤样容易对煤层的内部结构造成破坏。通过相似材料模拟煤的特性,人为制造出不同裂隙的煤样,并运用伺服压力试验机对煤样进行蠕变试验。试验表明在蠕变试验中,加锚裂隙煤的翼裂纹沿主应力的方向扩展,人造裂隙的角度影响试件的承载力和试件的应变量。     

软弱煤岩体扩孔锚固力学特性与试验研究

针对软弱煤岩体锚固性能差、锚固力低的技术难题,提出锚固孔孔底扩孔锚固提高锚固力的方法,并对扩孔锚固锚杆荷载传递过程和钻孔围岩应力分布特征等进行理论分析、实验室试验和数值模拟研究。研究结果表明:扩孔锚固增强了锚固体与钻孔围岩的相互作用,提高了锚杆锚固力,在拉拔荷载作用下扩孔锚固所能提供的锚固力显著高于正常锚固,锚固失效后扩孔段钻孔围岩经历"压密—破坏—再压密"循环变化过程,锚固力衰减较缓慢,且保持较高水平的残余锚固力;在动压荷载作用下,扩孔锚固状态下锚固力衰减少,具有较好的抵抗动压扰动破坏的特性,对解决动压软弱煤岩体巷道锚杆支护具有重要指导意义。     

煤体吸附过程中的变形-渗透特性试验研究

采用自主研制的煤岩三轴变形—渗透试验台,针对取自山西沁水煤田3#煤层的试验煤样进行煤体吸附过程中的应力应变和渗透特性试验研究。结果表明:自由状态和外部压力加载状态下,煤体的变形均随吸附瓦斯压力的增加而分阶段地逐渐增加,直至较高压力时变形趋于平衡;煤体变形量随吸附量的增加而有规律地增加,表现为开始阶段增长趋势较慢,后期变化较快;在同等的瓦斯吸附压力状态下,吸附量及其对应的煤体渗透率随轴压和围压的上升而逐渐下降,下降规律接近线性;在相同的轴压和围压的组合下,吸附瓦斯的煤体渗透率随瓦斯压力的增加而逐渐增加,规律是线性的。     

浆液在煤岩体裂隙中渗透规律的数值模拟

为了改善本煤层瓦斯抽采钻孔的封孔效果,解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔段易失稳的现实难题,通过数值模拟的手段,分析对比了单裂隙注浆和无裂隙注浆这2种方法中浆液的渗透范围,得出在钻孔单裂隙注浆中浆液的渗透以从裂隙面渗透为主,浆液能够很好的充填煤体中的裂隙。在此基础上,认为采用煤岩体注浆技术可以把某些可凝浆液注入到煤岩体的裂隙或孔隙中,使煤岩体形成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体,从而改善煤岩体的物理力学性能,提高煤岩体稳定性,为本煤层瓦斯抽采钻孔的高效密封奠定基础。     

裂缝渗流条件下页岩相似材料的电化学试验研究

为了研究裂缝发育和水体渗流作用对页岩的电化学规律,基于制作的A~D 4组页岩相 似材料,分别采用1~4倍单位炸药对其进行爆破致裂,并对4组页岩相似材料进行电化学测试。分 析试验结果发现：①渗流试验开始前,A、C和D 3组页岩相似材料的Nyquist图和Bode图性态一致 性较强、B组的一致性较弱;②渗流试验开始后,随着渗流作用时间的延长,A~D 4组页岩模拟材 料的Nyquist图和Bode图均产生了变化;③相同渗流时间条件下,4试验组阻抗模值的大小关系为A ＞B＞C＞D。研究表明：渗流和裂缝能够改善页岩相似材料的Nyquist图和Bode图的性态,渗流时 间越长、裂缝越是发育,页岩相似材料阻抗的降低程度越大。     

温度作用煤岩力学渗流特性演化规律试验研究

本文利用自主改造的三轴试验装置,以山西马兰煤矿18506工作面的焦煤为研究对象,在恒定围压与瓦斯压力条件下,探讨实时油域加热煤样时不同温度对煤样力学及渗流特性的影响。研究结果表明:含瓦斯煤三轴压缩下,温度越高其三轴抗压强度越低,两者呈反相关关系,说明随着温度升高,原煤的抵抗变形能力越小;煤样在受偏应力影响下,轴向应变越大,渗透率呈“V”字演化即先减小到最低点后迅速增大,当处于同一应变条件时,高温度降低了瓦斯的渗透率,不利于瓦斯抽采;温度越高,煤样初始渗透率与最小渗透率呈下降趋势,同一温度下的初始渗透率与最小渗透率之间差值越小。表明温度越高,对煤样的渗透率影响程度越低。     

矿山井下岩体裂隙变形与水渗流关系模型

以实现矿山井下热害治理和热能源利用一体化为出发点,阐述利用流体渗流特性开发矿山地下热能的可行性;提出用高压水泵人工制造裂隙,用冷水冲刷地下热岩获取热能的想法;找出矿山井下自然涌水的主要原因;分析岩体裂隙变形的成因、特性,用数据表明建立岩体裂隙变形和渗流关系模型可以在等效连续介质状态下进行;最后建立了岩体裂隙变形与渗流关系模型,得出矿山地下水在岩体中的流动与岩体裂隙变形之间的关系。     

大水矿山深部岩体渗流特性试验研究

为了研究深部岩体渗流特性对大水矿山巷道围岩稳定性的影响,将现场所取的岩石试件在MTS电液伺服试验机上进行渗流试验,研究了矿井深部岩石渗透特性的变化,研究成果对该矿井的突水危险性预测和安全高效生产具有指导意义。     

煤岩组合体力学特性与瓦斯渗流规律试验研究

利用三轴渗流测试系统,模拟不同厚度的顶板、煤层和底板条件,进行了不同岩煤高度比条件下煤岩组合试件的力学特性与渗流规律的试验研究。结果表明:对于不同岩煤高度比的煤岩组合试件,失稳破坏的峰值强度存在差异,且峰值强度随岩煤高度比的增加呈增大趋势;组合煤岩体的失稳破坏呈现宏观剪切破裂面,且破裂面贯穿顶、底部岩石;组合煤岩体的渗透率随轴向应变的升高呈现先减小到最小值后迅速增加的"V"型变化趋势;且随着岩煤高度比的增加,渗透率曲线反弹点对应的轴向应变呈增大趋势。     

煤岩体水力压裂增透技术工艺参数研究

为了解决低透气性煤层中的瓦斯预抽,以及增大有效抽采半径,在提高煤层透气性的同时改善瓦斯预抽效果,在李子垭南二井进行了水力压裂增透试验。在分析煤岩体水力压裂增透机理的基础上,结合现场试验数据,总结了影响水力压裂、增加煤层透气性的工艺参数,并确定了系统工艺参数和钻孔施工工艺参数的范围,可为今后推广水力化技术措施提供参考。     

片帮煤体相似材料配比正交试验研究

易片帮煤体具有强度低、易变形、塑性强等特征,对煤体进行准确模拟是研究煤壁稳定性的关键,其相似材料的选择及配比则是模拟试验的基础。为了能够较为准确地配制出片帮煤体的相似材料,以满足大比例相似模拟试验的需求,采用正交试验方法,以骨胶比、胶结物比例及水固比作为影响试验的几个因素,对其强度及变形(弹性模量E)进行了正交试验。研究得出了材料强度、弹性模量及塑性等力学参数与配比的变化规律,确定了煤壁片帮相似材料的合理胶结物及石膏比例,为准确进行煤壁片帮机理的模拟研究提供了依据。     

渗流作用下软弱覆岩相似模拟实验研究

针对含水层下采场软弱覆岩破坏特征及透水机理问题,利用二维物理相似模拟实验对其综放开采过程进行探究,分析了导水渗流区域的形成机理,探讨了导水优势路径的判断依据。实验探究表明:渗流作用下覆岩受采动破坏影响出现裂隙发育区,裂隙压实区和潜在裂隙区等裂隙运移区域。地表至煤层方向,自上而下覆岩裂隙率逐渐增大,水体沿着裂隙率较大的导水优势裂隙渗流至采空区。渗流区域在隔水层之上呈"漏斗状"分布,在隔水层下大致沿着岩层断裂线所形成的"破坏拱"分布,水流渗透痕迹由"破坏拱"从内至外逐渐消散。煤层走向方向上,涌水量的相对大小关系为开切眼一侧采空区上覆岩层停采面一侧。     

破碎岩石渗流特性及其应用研究

根据采空区岩石的特征,制配破碎岩石岩样,利用MTS815.02岩石力学伺服试验系统及渗透仪完成了破碎岩石的渗流试验,利用1stOpt(First Optimization)软件分别对渗透率和非达西流因子与孔隙率、粒径的关系进行了二元统计分析,分别给出了三者之间的关系式。研究表明,渗透率与孔隙率呈幂次关系,相同孔隙率下,渗透率受粒径影响。根据采空区孔隙率分布情况和试验结果,推出采空区渗透率和非达西流因子的表达式,用VB编程并利用Tecplot9.0软件对数据进行处理,给出了采空区渗透率和非达西流因子的分布图。这对采空区漏风及自燃发火的防治研究具有重要的意义。     

深埋高应力软岩巷道变形的相似材料模拟研究

根据相似理论及巷道围岩所处的地质条件,建立深埋高应力软岩巷道的相似材料模型,对深埋高应力软岩巷道的变形规律及破坏特点进行了相似材料模拟试验研究,并测量顶底板变形量和两帮相对变形量以及深部围岩的变形量。得出了深埋高应力条件下巷道围岩的变形规律,并在试验的基础上对围岩的变形原因进行了探讨。