黏土隔水层相似材料胶结剂的正交实验分析

采动隔水层的稳定性模拟是研究浅埋煤层保水开采的关键,隔水层相似模拟材料的开发则是模拟实验的基础．借助正交实验方法,将备选的胶结材料硅油、水玻璃和凡士林作为影响实验的几个因素,对其变形性（弹性模量E）和水理性（渗透性v）进行正交实验,确定了硅油是最佳的低强度非亲水胶结剂,而凡士林为最佳的塑性变形的胶结材料,黏土对强度和塑性以及水理性都具有显著影响．从强度、塑性和裂隙弥合性等方面,对材料的配比进行了研究,得出了可以全面模拟隔水层的应力应变全程性质和水理性的相似模拟材料与配比．     

流-固耦合相似材料的研究

结合山东三山岛海下金矿的地质力学模型试验, 在借鉴了大量固相模型材料研究的基础上, 研制了流-固两相模型材料, 较好地解决了固体模型材料遇水容易崩解的问题。通过对相似材料进行试验, 重点研究了材料中不同骨料配比、骨料与胶结物的配比以及胶结物中胶结材料的配比等因素对试块强度的影响规律。通过调整材料配比可得到参数变化幅度较大的模型材料, 从而可用来更广泛地模拟不同的岩体材料。这些研究成果为岩石力学相似模型试验提供了参考。     

煤岩“固-气”耦合相似材料渗透性研究

固-气耦合相似材料的研制是固-气耦合相似模拟实验的基础,因此研制出了一种以河沙、石蜡、油为原料的配比。在上述相似材料研究的基础上,以河砂为骨料,石蜡和液压油作为影响相似材料的主要因素,进行配比设计、试件制作及参数测试,分析石蜡及液压油的变化对试件抗压强度σ_c及渗透率k的影响。     

黏土隔水层仿真模拟实验加水因子影响规律研究

隔水层的采动隔水性研究是实现浅埋煤层保水开采的关键,物理相似模拟是研究的重要手段。通过选取加水因子,对黏土隔水层物理模拟实验中加水量对模型的影响程度进行了研究,得出加水因子影响规律,为实现仿真模拟奠定了基础。     

固-气耦合物理相似模拟实验材料的研究

在单相相似模拟材料研究基础上,用石蜡、沙子和油为骨料和胶结剂,按一定比例制作试件,并测试了其抗压强度及渗透性,得出与原始岩石抗压强度及渗透性相似的配比范围。结果表明,石蜡与沙子的比例增大,材料抗压强度增大;油量的变化,导致抗压强度下降的拐点位置的后移,消除了仅使用石蜡和沙子时,材料抗压强度变化强烈的不足,通过调整石蜡与沙子比例来控制材料的透气性。     

胶结剂对“固-气”耦合相似材料特性的影响

实验室开展"固-气"耦合相似模拟实验,是研究卸压瓦斯运移规律的主要方法之一,煤岩瓦斯"固-气"耦合相似模拟材料的开发是"固-气"耦合相似模拟实验的基础。借助正交实验方法,将已选胶结材料石蜡和油作为影响相似材料的主要因素,对试件在改变胶结剂材料含量的条件下开展正交实验,分析石蜡和油对试件弹性模量E及渗流速度v的影响。从抗压强度σc、抗拉强度σt、弹性模量E、脆性参数E/λ及渗透性等方面,对不同配比条件下的相似材料试件开展实验研究。通过对实验数据的拟合,并结合渗透率计算公式,得到了渗透率随石蜡含量变化的方程,表明相似材料渗透率随着石蜡含量的增加,呈负指数函数变化。从而研制出能够应用于"固-气"耦合物理相似模拟实验的相似材料,为"固-气"耦合物理相似模拟实验的开展奠定了基础。     

红土隔水层相似材料优化配比研究及应用

红土隔水层模拟材料的相似性是研究隔水土层裂缝发育规律的基础和前提。为提高红土隔水层相似材料模拟的相似性,以陕北榆林某矿隔水层裂缝发育规律为研究对象,采用优化配比试验、数据拟合分析和现场实测等研究方法,对红土隔水层相似材料最优配比进行研究。通过实验室测试和现场测试,验证优化前后隔水层模拟材料的相似性。研究结果表明:沙土比为1∶5,机油含量为19.5%时,相似模拟材料单轴抗压强度与红土相似度达98.5%;当骨胶比为7∶1,沙土比1∶5,相似模拟材料含水率和膨胀率与红土相似度可达85.4%和84.5%;红土隔水层相似模拟材料的最优配比为骨胶比7∶1,沙土比1∶5,机油19.5%,相似比1∶200与红土隔水层材料相似度达92.5%;实验室和现场实测验证发现,优化后红土隔水层相似材料比原相似材料模拟效果提高50%,模拟试验的隔水层裂缝发育特征与现场观测基本一致。该研究可为红土隔水层裂缝发育规律研究提供借鉴和参考。     

三轴相似材料“固-气”耦合特性测试实验台研发与应用

开展对煤岩瓦斯渗流实验的研究,为实现煤与瓦斯安全共采提供理论基础,研制出相似材料固-气耦合常规三轴实验系统。该实验系统可以完整、独立地控制并加载围压和轴压,利用流量计监测相似材料试件在三维应力下的渗透率变化过程。通过对不同进气压力条件下试件的常规三轴加载实验,研究轴向应力加载梯度对试件渗透特性的影响规律,实验结果能够很好地反映出相似材料的固-气耦合特性。     

采动覆岩固液耦合物理模拟实验系统开发与应用

将荧光检漏剂和实验紫外灯应用到物理模拟系统中,开发出新型采动覆岩固液两相运移可视化模拟系统,解决了以往固液耦合实验中开采覆岩裂隙及地下水流场演变不可视或可视程度差的难题。同时,以单轴抗压强度和渗透系数作为相似材料的关键指标,试制出新型的固液耦合相似材料,并基于SPSS软件分析了材料组分对相应指标的影响显著度。将此相似材料实验模拟系统应用于新疆伊犁一矿首采区覆岩移动规律分析中,检验了相似材料的适用性及该模拟开发系统的可靠性。     

新型流固耦合相似模拟材料的抗水性实验研究

相似模拟实验是研究矿井突水机理的一种重要手段,流固耦合相似模拟材料的高抗水性能至关重要。以石圪台煤矿存在顶板突水溃砂风险的工作面为对象,开展了流固耦合相似材料配比实验工作。针对实际岩层(中砂岩、砂质泥岩、粉砂岩、煤层、细砂岩),利用中粗砂、石膏、碳酸钙、石蜡和凡士林按一定配比均匀搅拌压制成试件,各组试件经自然养护后测定其渗透率,并计算渗透系数,同时结合现场隔水层渗透性参数和岩土渗透性分级标准,将渗透系数小于10-5cm/s作为抗水性良好的判别准则,共完成48组实验。研究结果表明:随着石蜡掺量增大,试件的强度变大、柔性减弱,当石蜡的掺量大于8%时抗水性能良好;在掺入8%石蜡的基础上,掺入8%凡士林可以减少试件弹性模量,增强变形能力;凡士林和石蜡的合理搭配,优势互补,可制作出抗水性能较好的流固耦合相似材料。     

深井围岩固流耦合相似模拟材料力学参数多元线性回归预测分析

深井围岩固流耦合相似模拟材料饱水状态下的单轴抗压强度(Rc)和弹性模量(E)是固流耦合相似模拟试验中的重要指标,为了研究该模拟材料饱水状态下的性质,通过实验室单轴压缩和不同应力渗透系数等物理学测试,验证固流耦合相似材料与深井岩石模拟的相似性,并将实测自然状态下相似材料的Rc、E与单位体积吸水率作为操纵变量,用于统计预测饱水状态下相似材料的Rc和E,基于多元线性回归理论,建立了相似材料的Rc和E值的多元线性回归预测模型。经F检验和t检验的计算结果证明,回归模型取量得当,模拟性强。     

浅埋煤层采动覆岩运动相似材料模拟研究

为分析伊犁一矿首采工作面浅埋煤层采动覆岩运动特征,进行了相似材料模拟研究。分析了直接顶破坏、老顶破坏、采动覆岩破坏高度发展等规律,并进行了切顶冒落分析。研究结果表明,首采工作面具有采动覆岩破裂高度随工作面推进而增大,采动覆岩破裂高度在充分采动前约为采空区跨度之半等规律。试验过程和理论计算均未出现切顶冒落现象。研究结果可为矿区首采工作面煤层安全开采提供理论依据,同时,对分析其他浅埋煤层安全开采覆岩运动规律具有一定的借鉴意义。     

浅埋煤层上行开采可行性相似模拟实验研究

采用相似材料模拟实验方法,对陕北东峁煤矿浅埋煤层上行开采的可行性进行了研究.研究表明:该矿浅埋煤层下部煤层开采后,覆岩破坏呈现“两带”特征,产生多条贯穿上部煤层的穿层裂隙,上部煤层沉降后保持连续,未出现台阶下沉;上部煤层开采时顶板岩层主要表现为已断裂岩块或新断裂岩块的回转失稳,工作面通过穿层裂隙处未出现滑落失稳与台阶下沉现象,且顶板矿压显现不明显,证明上行开采可行.     

Fracture Characteristics of Overlying Bedrock and Clay Aquiclude Subjected to Shallow Coal Seam Mining

Mine Water and the Environment - Some of the coal deposits in the northwest region of China are at relatively shallow depths, covered by a thin layer of bedrock and a thick layer of wind-blown...     

新型“固-气”相似材料渗透特性影响因素试验研究

为准确地配出满足"固-气"耦合物理相似模拟试验一定渗透特性需求的相似材料,以砂子、普通水泥、玉米淀粉为原料,设计了水泥砂子质量比A、淀粉含量B 2个因素,A因素设置5个水平、B因素设置6个水平,共30个实验配比方案,运用自主研发的小型渗透率测试装置对不同配比材料进行渗透率测试。实验结果表明:试件渗透率与淀粉含量之间满足K=ae-bx变化关系,与水泥砂子质量比之间满足K=-clnx+d变化关系。这与岩石组成结构越致密,所对应的原型岩石强度越大,其渗透性越低的变化规律相似度较高。     

倾斜煤层相似材料模拟实验分析研究

为了研究倾斜煤层开采引起的覆岩移动与变形规律,以淮南矿业集团潘一矿11-2煤层为例,采用全站仪观测法,对倾斜工作面上覆岩层移动与变形进行了相似材料模拟试验的研究,基本掌握了该地质采矿条件下的覆岩移动与变形规律,为倾斜煤层综采技术的应用和安全提供了科学依据。     

固气耦合相似材料配比的确定方法

为研究固气耦合相似材料特性,运用多元线性回归分析法,结合MATLAB软件求出多因素影响下固气耦合相似材料的回归方程,剔除异常点,从而预测固气相似材料成型特性,得到确定固气耦合相似材料配比的经验方程。试验结果表明:经验方程计算所得的相似材料配比可以满足试验要求。     

浅埋深煤层开采顶板活动规律相似模拟试验研究

运用实验室二维相似材料模拟试验,通过对煤层模拟开采,得出浅埋深条件下顶板活动规律及覆岩运动特征。分析表明:随着直接顶的断裂和失稳,老顶形成"砌体梁"结构;老顶周期来压步距平均约10.94 m;上覆岩层移动破坏后形成"三带",垮落带范围为煤层上方4~6.3 m,裂隙带最大发育高度为煤层上方19.8 m;弯曲下沉带范围为裂隙带以上直至地表。