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。     

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。     

煤岩瓦斯“固-气”耦合物理模拟相似材料特性实验研究

在固体相似材料研究的基础上,利用“固-流”耦合相似理论,得出适用于煤岩瓦斯“固-气”耦合的相似条件。选用砂子为骨料,石蜡和油为胶结剂,研制出一种适用于开展“固-气”耦合模拟实验的材料。通过大量实验,对相似材料的抗压强度、脆性参数、渗透速率等物理力学进行了测试,并利用自行研制的渗透性测试装置,对不同含量胶结剂的相似材料试件渗透性进行了测试。结果表明,石蜡含量不断增大,材料抗压强度随之增大,渗透性逐渐减小;含油量的变化,消除了单纯使用石蜡时,材料抗压强度变化强烈的不足。合理调节二者之间的比例,可以模拟多种不同强度、不同渗透性的岩石。在力学参数满足模拟岩石的前提下,将研制出的新材料与原始的固相相似材料进行了渗流速度对比实验分析,得出所研制的材料能较大程度的降低气体在其中的渗流速度,并将该材料应用于煤层开采模型实验,有效的揭示了瓦斯渗透速率与上覆岩层运动之间的关系。     

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。     

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。     

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。     

基于正交设计的“固-气”耦合相似材料力学与渗透特性试验研究

为研究“固-气”耦合相似材料力学与渗透特性,运用正交试验设计配制了以河砂为骨料、石蜡为胶结剂、液压油为调节剂等组合的相似材料;采用极差分析及多元回归分析等方法,研究了冲击次数、骨料粒径、油含量、胶砂比对相似材料抗压强度、弹性模量、泊松比及渗透率的影响。结果表明：各因素对抗压强度的影响由大到小依次为油含量、冲击次数、骨料粒径及胶砂比;对弹性模量的影响为油含量、冲击次数、胶砂比及骨料粒径;对渗透率的影响为冲击次数、胶砂比、油含量及骨料粒径;各因素对泊松比影响较小。相似材料的抗压强度、弹性模量与冲击次数、骨料粒径呈正相关关系,与油含量、胶砂比呈负相关关系;渗透率与冲击次数、骨料粒径、油含量呈负相关关系,与胶砂比呈正相关关系;泊松比与各因素无明显关系。得到各因素共同影响下相似材料特性参数的综合模型。     

新型隔水层固液耦合相似材料研制

针对中国西北地区浅埋隔水层破裂规律的物理相似模拟研究需要,根据固液耦合相似理论,以细河沙、膨润土为骨料,石膏、固体石蜡为胶结材料,甲基硅油为添加剂,经过大量配比实验,研制出873系列固液耦合相似材料。通过单轴抗压实验以及渗透性实验对873系列材料的单轴抗压强度和渗透系数进行了测定。测试结果表明,该相似材料具有低强度、遇水泥化的弱胶结性、良好的隔水性能等特点。     

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。     

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。     

相似材料模拟试验微机检测系统的研究

本文通过对国内外相似材料模拟试验检测方法的分析和探讨 ,优化设计出一检测系统。该系统的主要内容有 :以IBM5 86微机为核心 ,以WANG -PC为辅助机 ,主机完成自动检测、存储、记录、打印、将指定的数据文件传输给辅助机等作用。辅助机按主机命令完成指定的操作 ,即图形显示、曲线显示、报表显示等     

相似材料模拟工作面顶板围岩运移规律研究

利用相似材料模拟试验对祁东煤矿7131工作面高承压松散含水层下开采的上覆煤岩移动变形规律进行研究,在对原型固有特征分析、计算的基础上选取相似材料并确定相似配比,建立模拟模型。通过对关键线、关键点的控制和分析,研究工作面顶板围岩运移规律。     

煤岩与瓦斯固流耦合机理研究进展

论述了煤与瓦斯系统固流耦合理论及其模型研究成果,固流耦合理论主要有考虑煤体自身结构影响的渗流理论、流体自身影响的渗流理论、地球物理场影响的渗流理论,及综合考虑地球物理场与煤体结构影响的渗流理论。煤与瓦斯固流耦合模型有双孔隙介质影响模型、损伤影响模型、基质收缩影响模型、吸附膨胀影响模型、水气两相流影响模型、热量影响模型、煤体弹塑性影响模型、掘进工艺影响模型等8种。分析了各种模型的建立方法和研究内容,认为现有的煤与瓦斯固流耦合模型考虑因素各有侧重,难免轻重失当;尚未考虑掘进振动影响煤体渗流规律理论;且尚未研究掘进振动作用下含瓦斯煤体应力-渗流耦合模型。     

相似模拟支架优化研究

相似模拟试验是以相似理论、因次分析作为依据的实验研究方法,广泛应用于采矿、地质、水利、铁道等部门。随着不同门类研究的深入,各式各样的相似模拟支架应运而生,然而传统模拟支架也有其缺点,主要表现为顶部铺料难下手、不易操作、压实难等情况,导致试验时模型分层不平整,蓬松掉渣现象,增加了试验误差。因此,设计了一种可调节升降高度的相似模拟支架,解决了工作中铺料难、压实难的问题,节约了作业时间。     

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。     

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。