综放面采空区岩体碎胀特性分析

根据采空区冒岩体碎胀特性不同，把综放面采空区划分为自然堆积区，载荷影响区和压实稳定区，并对各区的岩体碎胀系数计算方法，漏风状况进行论述，重点分析了采空区岩体的碎胀特性。     

采空区岩体碎胀系数的变化规律研究

以煤矿采空区冒落岩石压力实测数据为依据,参考郭广礼[2]的回归法公式:k=a/np+b,分析了工作面向前推进过程中采空区冒落岩层的碎胀系数的变化规律,并得出三点结论。     

采动岩体碎胀系数变化规律研究

利用相似材料模型实验及部分实测钻孔资料，研究了采空区上方覆岩在压实过程中碎胀系数随时间、工作面推进及距离煤层高度的变化规律。     

承压破碎煤体空隙结构演化及渗流特征

为探究破碎煤岩体承压过程中其内部空隙结构演化规律及气体渗流特性，自主研发了破碎煤岩体压实-CT扫描装置，以5～10 mm破碎无烟煤为例，借助CT扫描、图像处理及三维重构等技术，建立了3种应力下的破碎无烟煤空隙网路模型，并在此基础上开展了数值模拟研究。研究结果表明：应力对承压破碎无烟煤空隙尺寸和连通性具有显著影响，空隙体积、孔喉横截面积和平均配位数呈现出随应力的增大而减少的趋势，空隙空间的连通性降低；破碎无烟煤的空隙率和绝对渗透率都随着应力的增加而减小，应力从0达到23.24 MPa时，绝对渗透率减少了1个数量级；由于空隙结构的差异性，气体在破碎无烟煤中的流动存在高流速区和低流速区，高流速区多存在于渗流通道由大变小的区域。研究结果能够为破碎煤岩体中煤层气的高效抽采提供理论参考。     

金山店铁矿岩石碎胀特性的实验研究

岩石在完全松散和挤压状态下的碎胀系数能够为掏槽爆破、挤压爆破中补偿空间的计算提供重要依据。论文取样金山店铁矿的粉矿和块矿设计实验,分别测定其在完全松散和挤压状态下的碎胀系数,为金山店铁矿爆破补偿空间的研究提供重要科学依据。     

金山店铁矿岩石碎胀特性的试验研究

岩石在完全松散和挤压状态下的碎胀系数能够为掏槽爆破、挤压爆破中补偿空间的计算提供重要依据。取金山店铁矿的粉矿和块矿设计试验,分别测定其在完全松散和挤压状态下的碎胀系数,为金山店铁矿爆破补偿空间的研究提供重要科学依据。     

采动破碎岩体的动态碎胀性物理模拟的研究

通过相似材料模拟试验,研究了长壁全采、部分开采条件下不同区域、不同高度采动破碎岩体的动态碎胀变化规律,总结出长壁全采时位于采空区边界内附近的破碎岩体碎胀系数最大,条带部分开采比长壁全采时岩体的碎胀系数小得多,部分开采时岩体的碎胀系数随高度波浪变化及在加载时煤层区域可压缩量较大的重要规律。     

充填工作面上覆岩层碎胀特性实验研究

为分析充填工作面的覆岩碎胀特性,以西马煤矿1326工作面为研究对象,采取现场取样,实验室测试的方法进行深入研究。设计垮落岩层碎胀系数的实验方案,制成4组原始块度组成的试样,最终确定垮落岩层的碎胀系数为1.450。设计残余碎胀系数及断裂带膨胀系数的实验方案,选择自制的实验装备,最终确定残余碎胀系数为1.074,膨胀系数为1.022。实验结果对计算充填开采过程中的覆岩破坏高度具有理论参考价值。     

颗粒粒径对采空区破碎煤体压实破碎特征影响机制

煤矿采空区垮落带一般由破碎煤岩体组成,在垮落带压实过程中,破碎煤岩体的破碎特征直接影响着垮落带的物理力学性质及孔隙渗流特征。为了研究不同粒径破碎煤样压实过程中的破碎特征及其影响机制,构建了基于曲率半径与接触应力的颗粒材料屈服准则,进行了不同粒径破碎煤样的实验室压实试验与三维数值模拟研究。颗粒破碎准则表明影响颗粒破碎的主要参数为接触颗粒尺寸和接触颗粒的材料参数。得出垮落带相同压实应力条件下,破碎煤岩体尺寸越大,破碎煤岩体之间的接触应力越小。在实验颗粒粒径范围内,加载至相同应力状态下,颗粒粒径越大越不容易破碎,根据加载前后的级配数计算获得的破碎率越小。进而提出颗粒配位数(颗粒接触数)是加载过程中粒径对破碎率影响的主要原因。拥有较少配位数的小颗粒在传递相同应力的时候具有更大的偏应力进而导致相对于多配位数颗粒更容易破碎。加载过程中的量化模拟结果表明在初始粒径颗粒全部破碎时,3种粒径颗粒(10,15以及20 mm)中数量大于100子颗粒的占比分别为6.7%,24.6%,31.5%。随着破碎煤样的加载,不同粒径煤样最大颗粒对应的配位数不断增加,使得破碎煤样能够承受的应力远超过其自身强度。在颗粒配位...     

承压破碎煤体渗透特性参数演化实验研究

为研究承压破碎煤体渗透特性参数演化规律,利用自主设计的承压破碎遗煤渗透率演化实验装置,开展了不同粒径配比煤样在不同轴压下的渗透率演化实验。实验结果表明:(1)在相同应力作用下,随着煤样粒径的增大,其渗透率逐渐变小,且较大粒径范围煤样的渗透率较小;在应力增加量相同的条件下,随着煤样粒径的增大,其渗透率的变化率越大,且混合粒径范围较大煤样渗透率的变化率均高于单一粒径或粒径范围小的煤样的变化率。(2)在较低孔隙压力范围内,煤样的渗透率均随孔隙压力的增大呈现出降低趋势,且存在一个轴压的临界值(9 MPa左右)。当轴压小于该临界值时,随着孔隙压力的增加,煤样渗透率的变化趋势更明显;而当轴压大于该临界值时,煤样渗透率的变化趋势较为平缓。(3)加载初期,随着孔隙率的减小,渗透率近似线性下降;当轴压达到9~12 MPa时,渗透率随孔隙率的下降较为平缓;继续增加轴压,渗透率随孔隙率的减小而急剧降低。     

三轴应力作用下破碎煤体渗透特性演化规律

深部破碎煤岩体受地应力和开采扰动常处于三向应力状态,其渗透特性是影响矿井突水灾害预防和瓦斯抽放的重要因素之一。为研究深部破碎煤体的渗透性能,采用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,并设计一套破碎煤体三轴渗流试验方案,进行三轴应力作用下破碎煤体渗流试验,得到破碎煤体渗透特性随围压及孔隙率的演化规律。试验结果表明:①三轴应力作用下破碎煤样渗流雷诺数最大值为47. 58,渗流速度与孔压梯度两者之间符合Forchheimer关系;②三轴应力作用下破碎煤样的孔隙率与围压的变化规律呈负相关,各级轴向位移下,两者服从对数函数关系;③随着有效应力的增大,各粒径下的破碎煤样孔隙率逐渐减小,破碎煤样孔隙率的理论计算值与试验结果较为吻合,表明文中给出的孔隙率计算方法可行;④各级轴向位移下,破碎煤样的渗透率随围压增大而减小,不同粒径的破碎煤样渗透率随围压的演化规律可用k=me~(nσ3)公式表示,颗粒粒径越大,破碎煤样的渗透率随围压的变化越敏感;⑤颗粒粒径及孔隙排列方式影响破碎煤样渗透性能,不同粒径破碎煤样随孔隙率的减小,渗透率整体减小,非Darcy流β因子呈增大趋势,其中渗透率的量级为10~(-14)～10~(-10) m~2,非Darcy流β因子的量级为10~7～10~(11)m~(-1)。所得研究结论有助于增强深部破碎煤岩体渗透特性演化规律的认识。     

水压爆破应力波传播及破煤岩机理实验研究

开展了水压爆破爆炸应力波传播及破煤机理实验研究,采用超动态应变测试系统对模拟煤体中产生的爆炸应变进行了采集分析,研究了水压爆破爆炸应力波在煤体中的传播,根据损伤破坏区域、裂纹形态等爆破效果,研究了水压爆破破煤机理,通过分析水、空气2种炮孔不耦合介质对煤体爆破作用的影响,对比证明了水压爆破煤体致裂效果明显。研究结果表明:煤体首先呈现塑性压缩破坏,在炮孔周围形成粉碎区,粉碎区半径约为炮孔半径的1.5倍;然后呈现脆性拉伸破裂,形成大范围裂隙区,裂隙区半径约为炮孔半径的13倍;最后应力波衰减为地震波,引起煤体质点产生弹性震动,形成爆破松动区。     

构造煤的成因—属性分类

为了研究原生煤和构造煤的吸附扩散特性,采用甲烷吸附装置和解吸装置对2种煤样进行了实验。结果表明,构造煤的极限甲烷吸附量是原生煤的1.18倍,并且在相同甲烷吸附压力下构造煤的吸附能力强于原生煤。当甲烷吸附平衡压力为0.74 MPa和2 MPa时,构造煤的固定扩散系数分别是原生煤的7.3倍和4.5倍,表明构造煤的初始气体扩散能力远高于原生煤。2种煤样的时变扩散系数都随着解吸时间的推移先快速降低后趋于稳定。构造煤的扩散衰减系数在0.74 MPa和2 MPa气体平衡压力下分别达到了96.6%和95.8%,远大于原生煤的扩散衰减系数38.1%和45.7%。

     

煤巷围岩松动圈规律研究

采用数值计算软件ANSYS，对矩形煤巷的围岩松动圈进行了数值计算，得到矩形煤巷围岩松动圈的形式，发展机理及松动圈的形状，结果表明，短形煤巷由于断面形状和围岩组成结构的关系，其松动圈的形成，发展以及最终形状均与一般巷道明显不同。     

弹道式煤矸分选中煤矸石恢复系数的数值计算

为使弹道式煤矸分选技术更方便用于实际生产,解决煤和矸石恢复系数实验测量不便的问题,通过对煤和矸石与反弹板接触过程的分析,采用线性阻尼接触过程模型对碰撞振动过程进行研究,得到煤和矸石与钢质反弹板碰撞恢复系数的数学表达式;并分析了影响恢复系数的因素,绘制出二者的关系曲线.     

初始侧压作用下破碎岩石压实特性试验研究

在实验室通过自制可变初始侧压作用下煤岩压实承载实验装置配合刚性试验机,对4组12个碎石试件进行了4种不同初始侧压作用下破碎岩石压缩承载试验,分析了初始侧压作用下碎石压缩的轴向应力-应变特征,确定了初始侧压与碎石的变形、压实关系,研究了变化侧压与不同初始侧压下碎石轴向应变发展规律。结果表明:初始侧压越大,碎石应力-应变曲线上挠趋势越明显,且曲线越趋光滑,表明碎石颗粒间空隙越小、棱角越趋圆钝及碎石承载载荷越大;随着初始侧压增加,碎石轴向应变与横向应变呈加速减小趋势,不同初始侧压下轴向应变比与横向应变比分别是1.74∶1.65∶1.39∶1与2.51∶2.23∶1.72∶1;碎石初始侧压越大,碎石压实系数越小,碎石初始侧压与压实系数关系可用二次多项式表征;随着轴向应变增加,变化侧压呈增加趋势,初始侧压越大,曲线斜率越小,轴向应变与变化侧压呈线性正相关;初始侧压越大,碎石变化侧压越小,且初始侧压与变化侧压仍可采用二次多项式表征,合理初始侧压有利于碎石承载稳定。     

煤矿井巷上方大型老滑坡复活机理与致灾过程

我国不少矿井直接坐落在高陡斜坡或老滑坡的坡脚,工程活动使边坡失稳或使老滑坡复活诱发地质灾害现象时有发生。对大型老滑坡而言,其复活变形持续时间长、滑移方向因应力场条件变化而改变、且具有多级非连续破坏等特征,给滑坡的稳定评价与科学防治带来难题。本文以朱家店煤矿滑坡为例,通过现场勘查和监测研究,详细查明了滑坡区工程地质条件、滑坡复活的各种诱发因素、滑坡的变形破坏特征以及工程活动与滑坡复活的时空关系等;在此基础上,对滑坡在井洞修筑、坡体堆载前后及坡脚开挖不同应力环境下的稳定性和变形特征进行了FLAC3D数值模拟分析,再现了滑坡质点位移、塑性状态和应变增量的变化规律,以及滑坡下部采煤巷道的受力和位移的变化特征,所得结论与现场监测结果一致。     

戴家田煤矿煤质特征及其成煤环境分析

为了提供戴家田煤矿成煤期的沉积环境理论依据,对该矿区煤层煤岩类型及其煤质特征进行研究以反演矿区所属区域成煤时期的覆水情况、氧化还原环境等沉积环境特征。采用沉积学、地球化学和煤岩学相结合的方法,通过取样鉴定、化验测试及综合分析处理手段,细致分析了戴家田矿区煤的煤岩类型、主要煤质特征与成煤环境的关系。发现研究区内煤层煤岩类型以镜质组为主,镜质组的形成环境与强覆水、气流不畅的封闭泥炭沼泽有关;硫分垂向上的变化趋势可推测区域地质历史上可能发生了较大的海侵和海退事件,硫分的高低与泥炭沼泽受海水影响的程度有直接关系。受到海水影响较强的煤层,其宏观煤岩类型以半亮煤为主,微观煤岩类型以微镜堕煤占绝对优势;煤层的其它煤质特征也表现出灰分低、全硫含量高等特点。     

保德矿区煤岩煤质特征及成煤环境研究

保德矿区位于鄂尔多斯盆地东北缘,属于河东煤田,为晋北大型煤炭基地。为了揭示保德矿区不同煤岩煤质的形成环境,利用煤岩煤质等技术参数,分析了煤层镜/惰比、灰分、煤灰组分、硫分等参数指标的变化规律,并结合地层沉积相特征,探讨了保德矿区主采煤层的煤岩煤质特征及成煤环境演变规律。研究结果表明: 矿区内主采煤层物理性质相似,以半亮型煤及半暗型煤为主,显微组分以有机组分为主,无机组分以粘土矿物为主;镜质组反射率相近,煤化程度整体较低。各主采煤层水分含量较低,差别较小;灰分以中～低灰为主,煤灰组分以SiO2、Al2O3为主;挥发分含量较高,以中高～高挥发分为主;硫分含量差别较大,8#煤为低硫煤,10#煤和11#煤属于低中硫煤,13#煤为中高硫煤。保德矿区太原期至山西期成煤环境整体为半咸水海陆过度环境,氧化性逐渐增强,盐度减少,受海水的影响程度逐渐减弱;太原期至山西期主要成煤期经历了一次周期性海侵海退大旋回,侧面揭示了保德矿区海侵成煤（10#煤和11#煤）和海退成煤（8#煤和13#煤）两种成煤模式。