综放顶煤压裂损伤参数研究

本文根据材料损伤本构关系 ,用大煤样三维压裂实验、现场顶煤变形观测和有限元数值分析 ,求得损伤变量、损伤系数、煤体常数与煤体压裂强度和开采深度的关系 ,以及损伤变量随工作面推进的变化关系 ,文章结论是 :实验所得损伤参数变化规律是可信的 ,损伤变量 D随工作面的推进呈指数函数变化 ,这一规律对预测支承压力分布和顶煤冒放特性有重要意义     

综放顶煤压裂损伤参数研究

本文根据材料损伤本构关系，用大煤样三维压裂实验、现场顶煤变形观测和有限元数值分析，求得损伤变量、损伤系数、煤体常数与煤体压裂强度和开采深度的关系，以及损伤变量随工作面推进的变化关系，文章结论是：实验所得损伤参数变化规律是可信的，损伤变量D随工作面的推进呈指数函数变化，这一规律对预测支承压力分布和顶煤冒放特性有重要意义。     

含瓦斯煤体水力压裂过程中声发射损伤效应的数值模拟研究

为了研究煤体水力压裂过程中声发射特征并分析其演化规律,利用具有固液耦合分析功能的有限元软件RFPA2D,创建渗流-应力-损伤耦合模型,对含瓦斯煤体水力压裂过程进行了数值模拟,结果表明:在水力压裂过程中,煤体内部出现声发射现象,声发射事件与煤体内部损伤破坏直接相关,声发射累积量可以反映煤体损伤破坏程度与煤体渗透性变化。通过实时监测水力压裂过程中声发射事件、累积量的演化特征,从整体上反映煤体内部渗透性变化与损伤破坏情况,为声发射监测技术在煤体水力压裂效果评价应用方面提供一定指导。     

基于CO2水基压裂液的煤体软化及降尘技术应用

为解决坚硬煤层条件下，常规煤体注水方式效果不好，回采过程中顶煤可放性差、工作面截煤和放煤过程中粉尘大的难题，根据金川煤矿煤层的具体情况，基于煤体压裂软化-润渗除尘理论，利用CO₂活性水耦合液、液相与气相耦合液，代替传统注水和注气技术，在金川煤矿开展了煤体软化及降尘技术应用研究。CO₂活性水压裂软化润渗技术，能够使煤体中裂隙和孔隙的容积以及结构发生变化，造成煤体的破裂和松动，降低了煤炭强度，达到对硬煤最佳的软化效果。试验表明：煤层CO₂水基压裂后，放煤循环速度提高了5.6%，顶煤破碎块度均衡，顶煤平均采出率提高了3.2%；截割浮尘浓度降低45%，工作面能见度提高，工作面转载运输点煤尘降低23%，润渗作用有效降低了煤体产生浮尘的能力。     

采空区下伏煤层水力压裂试验研究与应用

采空区下伏煤层气资源储量丰富,长期未能有效开发。水力压裂技术是一种提高煤层气采收率的有效手段,上覆煤层的开采与重新压实会直接影响采空区下伏煤层水力裂缝的扩展行为。通过大尺寸(300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂试验,分析了不同加卸载应力扰动程度下煤体的力学与声发射响应特征,提出了表征煤体损伤程度的损伤变量T,明晰了损伤与水力裂缝起裂与扩展规律之间的关系。结果表明：采空区下伏煤体垂向应力加载阶段引起的损伤显著大于卸载阶段,垂向加载应力不超过11 MPa时,煤体处于弹性阶段,损伤极少;加载至11～15 MPa,处于屈服阶段,损伤大幅增加;加载至15～18 MPa,处于强化阶段,煤体孔裂隙逐渐被压实。损伤变量T可以有效表征煤体内部损伤程度,Tc为煤体未经过加卸应力扰动时的损伤变量。T=Tc时,煤体内部的损伤程度与未经过加卸载应力扰动的煤体损伤程度相当;T> Tc时,煤体呈应力损伤态,T越大,损伤程度越高;T 相似文献   

受载煤体水力压裂复电参数实验研究

为研究单轴受载煤体压裂后煤体复电阻参数变化关系,在实验室搭建受载煤体的水力压裂变频复电阻率测试平台进行实验,对受载煤体进行压裂前后复电性测试。运用电介质极化理论和激发极化理论,分析煤的水力压裂复电阻率频散机理。结果表明,压裂前煤体复电阻率实部、虚部均随频率变化而变化;复电阻实部整体呈现“三段式”趋势,虚部呈“U”型,趋势略有不同;煤体电容随着频率的增大而减小。压裂后复电阻率虚部呈现“阶梯状”,实部呈现“持续下降”的趋势,不论压裂前还是压裂后,煤体电容都随着频率的增大而减小;压裂后的煤体在含水状态下其虚部呈现“单边上升”,其物理机制是空间电荷积聚效应产生的。     

金山煤业13101综放工作面放煤率提高与影响机理研究

研究顶煤放出率的影响机理及提高方法对于煤矿的经济效益和安全生产具有重要意义.针对13101综放工作面顶煤回收率低的问题,采用现场观测、理论分析结合的手段,研究分析顶煤放出率的影响因素,研究表明:煤体强度、裂隙节理、顶板条件对于顶煤的放出率起着决定性作用,通过采用水力压裂弱化顶板与选择合理的放煤步距、采放比和控制合理的放...     

裂隙煤体压裂机理的分形研究

本文根据现场测试的采面支承压力变化规律，在三轴压力机上模拟采动过程中煤体在支承压力作用下的压裂、破坏全过程，得到了大煤样的全程应力应变曲线，运用分形几何理论、损伤力学对大煤样试件压裂过程中裂隙系统的整体性状做定量描述，探讨了裂隙煤体的压裂机理，实验表明煤体强度与裂隙分维之间存在线性关系；在大煤样压裂验的基础上，用有效应力建立了的裂隙煤体压裂的本构方程。     

采动影响下裂隙煤体压裂机理的分形研究

根据现场测试的采煤工作面支承压力变化规律，在三轴压力机上通过对大煤样的逐级加载至支承压力峰值，然后卸载至零，模拟采动过程中煤体在支承压力作用下的压裂、破坏全过程，同时连续测定超声波在煤样不同压裂阶段的传播速度，得到了大煤样的全程应力-应变曲线．证明了超声波速和最大主应力之间存在线性关系；运用分形几何理论、损伤力学对大煤样试件压裂过程中裂隙系统的整体性状作定量描述，探讨了裂隙煤体的压裂机理．实验表明，煤体强度与裂隙分维之间存在线性关系；在大煤样压裂试验的基础上，用有效应力建立了裂隙煤体压裂的本构方程．     

裂隙煤体压裂机理的分形研究

本文根据现场测试的采面支承压力变化规律,在三轴压力机上模拟采动过程中煤体在支承压力作用下的压裂、破坏全过程,得到了大煤样的全程应力应变曲线,运用分形几何理论、损伤力学对大煤样试件压裂过程中裂隙系统的整体性状做定量描述,探讨了裂隙煤体的压裂机理,实验表明煤体强度与裂隙分维之间存在线性关系;在大煤样压裂验的基础上,用有效应力建立了的裂隙煤体压裂的本构方程。     

采动覆岩裂隙发育变化规律研究

为了研究采动覆岩裂隙发育变化规律,建立了基本顶初次来压的力学模型,分析了岩体的变形场方程、岩体损伤演变方程,然后采用RFPA^2D数值模拟软件,研究了覆岩破断裂隙发育变化规律、煤层开采采场应力变化以及煤采空区垂直压应力变化规律。研究得出,随着煤层不断的开采,顶板裂隙带的位置不断向上发育,采场上部的卸压区为拱形,工作面前方的支撑压力峰值逐渐增加。研究为矿井后期开采设计提供了借鉴。     

采空区下近距离煤层巷道围岩稳定性分析及控制

针对近距离煤层工况条件下,下部特厚综放工作面开采时存在覆岩应力变化大、矿压显现明显、工作面支护难度加大,煤壁片帮、顶板漏冒事故多等问题,以王庄煤矿开采的2号和3-5号煤层工作面为工程背景,通过理论分析、采用UDEC离散元软件和FLAC 3D软件建模分析及现场应用实践等方法,对近距离特厚煤层开采条件下工作面采空区覆岩运动及顶板应力变化规律进行了研究分析。结果表明,上部2号已开采煤层覆岩关键层岩体发生断裂对下部3-5号煤层工作面来压强度影响巨大,容易引发工作面采空区顶板大面积来压。据此提出优化30501工作面巷道布置,将原回风巷向内侧偏移25.4 m,工作面倾斜长由原来的180 m缩短为154.6 m,从而减小上部煤层工作面留设的区段煤柱应力影响范围,同时通过优化工作面开采工艺、合理确定工作面三机设备选型和端头及超前支护方案。现场应用结果表明,工作面在掘进和回采过程中矿压显现程度及次数明显降低和减少,未发生过顶板、瓦斯等大型事故,实现了安全高效回采。     

浅埋综放开采煤层裂隙与工作面方位匹配的物理模拟与应用

根据路天煤矿二采区1604工作面煤层赋存条件，运用1∶25的大比例物理模拟试验，定量研究了浅埋深煤层裂隙组数及其与工作面方位匹配对顶煤放出率的影响规律。研究结果表明：① 顶煤放出率随裂隙组数的增加呈线性规律提高。与无裂隙煤体相比，含有单组、双组和三组裂隙的煤体，顶煤放出率分别提高18%，26%和35%。② 单组裂隙时，随着裂隙方位与工作面夹角的增大，顶煤放出率呈线性规律降低。裂隙与工作面平行时，顶煤放出率最高，为70%。③ 双组裂隙时，随着次裂隙方位与工作面夹角的增大，顶煤放出率呈线性规律降低。主裂隙垂直、次裂隙平行于工作面时，顶煤放出率最高，为79%。④ 三组裂隙时，随着次次裂隙与工作面夹角的增大，顶煤放出率呈线性规律降低。主裂隙垂直、次裂隙斜交、次次裂隙平行于工作面时，顶煤放出率最高，为86%。将研究结果应用于1604工作面，取得了显著的经济效益，为具有相同条件的煤矿合理设计工作面的推进方向提供了参考依据。     

王家岭煤矿12309工作面顶煤破碎特征及运移规律研究

为掌握12309工作面顶煤破碎特征及运移规律,采用理论分析+现场观测分析进行顶煤破碎特征的分析,根据顶煤破坏规律分析得出顶煤受力特征,基于现场测试得出顶煤破碎块度及冒落特征;通过数值模拟进行顶煤运移规律的分析,并在工作面回采期间进行顶煤活动规律的监测。结果表明,顶煤冒落块度基本在40 cm×30 cm×30 cm内,顶煤一般在支架顶梁后方及时垮落;顶煤放出7次后即进入稳定周期,顶煤的运移主要出现在超前工作面10～30 m内,工作面走向上顶煤运移可划分为4个区域。     

Control effect of fracture on hard coal cracking in a fully mechanized longwall top coal caving face

Through theoretical analysis, simulation test and practice, the law of a fracture’s influence on hard top coal press cracking was studied. The study focused on the relation between fracture and coal strength, top coal caving ability and work face layout. Based on the investigation of the fracture system, the control of press cracking was achieved by matching working face to fracture orientation to improve top-coal caving ability and recovery. The matching principle was pointed out: The top-coal caving working face should be perpendicular to or obliquely cross the primary fracture at a large angle, and cross the secondary fracture at a small angle. The rational match can increase the recovery ratio of top-coal and avoid rib spalling. The application of control technology on hard top coal press cracking was introduced at the longwall top-coal caving face. Supported by the Plan of Young Backbone Teacher of Henan Province; the Science and Technology Plan of China Coal Industry (MTKJ07-220); the Plan of Education Department of Henan Province (2007440004); the Plan of Science and Technology Department of Henan Province (072102240029); the Doctor Foundation of Henan Polytechnic University (648190)     

综放工作面过断层构造带注浆加固技术应用

针对宝雨山煤矿12141工作面过断层构造带回采期间,工作面出现顶煤松散破碎、煤墙片帮严重,工作面支护难度大,顶板维护管理困难等问题,根据煤体注浆加固技术机理,提出超前在工作面上下巷道超前切眼向断层破碎带影响范围内的煤体中施工注浆钻孔,向钻孔内灌注注浆液对煤体进行超前注浆加固的技术方案,同时根据注浆孔的位置、深度、角度等参数的不同,提出了4种注浆孔布置设计方案。通过对4种方案进行分析比较后,选取了混合布置注浆孔的方式对顶部煤层进行注浆加固,结合现场实际情况,合理了设计注浆孔参数和施工方案。现场实践和观测结果表明,对破碎的煤体提前进行注浆加固以后,提高了煤岩体的完整性和稳定性,增强了煤岩体的抗拉和抗压强度,提高了煤岩体承压能力,工作面煤墙和顶板得到有效控制,确保了工作面安全正常回采。该技术方案的提出为类似地质条件下工作面过构造带提供了参考。     

综采工作面顶板围岩应力特征相似模拟研究

为揭示采动影响下上覆岩层变化规律,以淮南矿业集团谢桥矿1232(1)综采工作面地质条件为工程背景,采用相似材料模拟实验和理论分析的方法,对综采工作面顶板围岩应力特征进行研究。相似模拟研究结果表明：随着采煤工作面的不断推进,工作面前方煤体内应力与超前支承压力峰值不断增大,当工作面由30 m推进至150 m,工作面顶板围岩各监测点处超前支承压力达到峰值时的最大应变量由14增大到292;工作面前方煤岩体经历了由原岩应力到应力升高再到应力降低的过程,其中80 m范围之外为原岩应力区,10~80 m为应力增高区,10 m范围内为应力降低区;随回采推进,各区逐渐向内部转移,对于地质变化不大的煤岩体而言,“三区”会逐渐扩大前移,但整体变化范围不大。研究结果可为中厚煤层的实际开采提供一定的理论指导。     

煤矿顶底板隔水关键层分析与破坏能力评价

为了研究煤矿顶底板隔水关键层及其破坏能力,根据采空区分布平面和主要含水层,分析了煤层顶底板物理力学参数和煤层隔水层结构,采用理论公式计算了煤层顶底板破坏高度和深度,采用数值模拟软件,分析了一采区、二采区和三采区顶底板破坏范围随工作面推进距离的变化规律。研究对实现煤层带压安全开采具有重要的指导意义。     

近距离煤层采空区下工作面矿压显现规律研究

针对上煤层已采的下煤层工作面回采时矿压显现规律不同于常规工作面的现象,在原有岩层移动理论基础上定义了承载层和主承载层的概念。分析了承载层断裂垮落过程对下煤层工作面矿压显现规律的影响。结果表明:承载层分层断裂引起的强度和影响范围各异的顶板来压在工作面叠加出现,导致工作面来压规律混乱;越靠工作面上部的岩层断裂对工作面矿压显现的影响越小且越靠工作面后方。最后,通过工程实例,验证了分析结果的合理性,说明该方法有广泛的使用范围。     

基于微震监测的顶板导水裂隙带发育高度研究

煤层顶板导水裂隙带发育高度作为矿井的基础参数，对矿井灾害防治具有重要意义，以古汉山矿1604放顶煤工作面为研究背景，分别采用微震监测和数值模拟等手段对顶板导水裂隙带的发育高度进行研究，通过对微震系统台网布置方式进行误差分析，围绕工作面构建了三巷空间布置的微震台网，对监测结果分析表明：工作面直接顶、老顶的破坏程度远大于其上覆岩层，顶板的连续破坏区域整体呈“钝三角形”，导水裂隙带的发育高度约为75m。通过数值模拟计算得出1604工作面顶板导水裂隙带发育高度约为71m，与基于微震监测分析的结果基本吻合，为类似工作面的导水裂隙带探测提供借鉴和参考。