千秋煤矿煤样浸水软化实验及其防冲效果分析

为提高千秋煤矿2#煤层注水防冲效果,对煤样进行浸水软化试验以确定煤层超前注水的最佳时间,并对煤样浸水前后的冲击性能进行分析.实验结果表明,煤样浸水周期为14 d时软化效果最佳,且煤样冲击能量指数比浸水前明显减小.     

浸水耦合作用对煤体强度影响试验研究

采用试验研究的方法,以新疆小红沟煤矿B3、B4煤层为研究对象,分析浸水耦合作用对煤体强度的影响。通过煤样天然含水率和吸水性的测定试验,研究煤样的含水率与浸水时间的相互关系;对浸水的煤样进行超声波检测试验及单轴压缩试验,分析浸水对煤岩体物理力学性质的影响。研究结果表明:煤样的含水率随着浸水时间的增加而增大,煤样在浸泡3 d后达到饱和状态含水率不再增大;随着浸水时间的增加煤样弹性模量、剪切模量和单轴抗压强度均减小;浸水后的煤岩体试件在第1次达到峰值强度后,还存在一定的承载能力,煤样的弹性降低塑性增强,同时伴随着强度的降低。     

注水煤样力学及渗透特性试验研究

为研究注水煤样吸水率与时间的关系,以及煤样的力学性能、渗透特性,首先对高家堡煤样进行了自然吸水率测定试验,然后在MTS815.03电液伺服试验机上进行了自然煤样与饱和水煤样单轴压缩试验,最后进行了水渗透试验。试验结果表明:在煤样吸水饱和前,煤样试件吸水率是浸泡时间的二次函数,浸水3.5 d后自然吸水率为3.37%,达到饱和水状态;与自然状态煤样相比,饱和水状态煤样出现轴向应力峰值时的轴向应变增大,出现"滞后"现象,泊松比和普氏系数分别降低了3.36%和9.07%,单轴抗压强度和弹性模量分别降低了20.97%和17.05%;渗透率曲线表明,应力应变过程中煤样渗透率变化可分为压实降低、缓慢增加、峰值出现和残余降低4个阶段,应力峰值超前于渗透率峰值。     

浸水作用对煤岩抗拉强度及其破坏特征影响研究

煤体开采前后可能会受到不同程度水作用的影响,其力学性质将产生变化,进而影响煤体承载能力,关系到采矿安全。通过不同浸水时长煤样的巴西劈裂实验,研究了水对煤岩抗拉强度及其破坏特征的影响。试验结果表明:煤样含水率随浸水时长增加而不断增大,20d后含水率稳定在0.77%左右;浸水时长为5d的煤样抗拉强度较未浸水煤样增大了0.57MPa,浸水时长大于5d的煤样抗拉强度逐渐降低,最终趋于平稳;煤岩类孔隙比与抗拉强度呈负相关关系,相同类孔隙比的煤样抗拉强度随浸水时长增加而减小;煤样破坏后破裂线宽度及面积随浸水时长增加而减小。     

高深矿井冲击矿压综合防治技术

为分析孙村矿深部2号和4号煤层及其顶板岩层的冲击倾向性,采用了冲击倾向试验和岩体浸水力学试验,对煤岩样的各冲击倾向性指数及其浸水后的强度变化进行了试验研究。结果表明：煤岩均具有中等冲击倾向性,且浸水7 d后强度降低明显。为了确保安全开采该煤层,提出了防治、预测预报、解危和防护等综合方法来防治冲击地压,在2423工作面回采过程中,2423回风巷煤岩钻孔0～7 m深内的煤粉量在0.7～7.3 kg/m变化且均小于危险指标,4422运输巷钻孔煤粉量在距孔口3 m范围内变化不大,且都处于危险值以下,实现了安全掘进和回采。     

西部浅埋煤层煤样承载力及冲击倾向特征研究

浅埋深、厚煤层、窄煤柱是我国西部浅埋煤层的典型赋存特征。为考察温度、水、尺度对西部浅埋煤层煤样承载力及冲击倾向特征的影响规律,分别对饱水及饱水风干、25~250℃之间4种温度水平及3种不同高径比煤样进行室内单轴压缩试验。试验结果表明:1)从自然状态-饱水-饱水后风干,煤样峰值强度和弹性模量急剧降低,而峰值应变逐渐增大,煤样破坏程度愈渐剧烈,冲击倾向特征减弱;2)随着温度的升高,煤样峰值强度、峰值应变和弹性模量均呈现先增大后减小的趋势,在100℃出现临界点,此时煤样在加载过程中崩溅剧烈,冲击倾向性加剧;温度继续升高至250℃,煤样承载力及冲击倾向性逐渐弱化;3)随着高径比的增加,煤样峰值强度、峰值应变及弹性模量均呈现衰减趋势,煤样变形及破坏程度减弱,而冲击倾向特征增强。     

浸水时间对饱水岩石抗剪强度参数影响的试验研究

为探究浸水时间对饱水岩石抗剪强度参数的影响规律,对天然状态、饱水状态及不同浸水时间的饱水闪长岩和饱水灰岩进行直剪试验,试验结果表明:浸水时间对饱水闪长岩和饱水灰岩的抗剪强度参数的影响规律基本一致,即在浸水时间不长(1~14d)的情况下,抗剪强度参数随浸水时间的增加其值降低幅度较大;在浸水时间较长(14~60d)的情况下,抗剪强度参数随浸水时间的增加其值降低幅度逐渐较小;浸水时间超过60d后,抗剪强度参数趋于稳定;浸水时间对饱水闪长岩和饱水灰岩内聚力的影响程度均大于其对内摩擦角的影响程度。     

硬煤冲击倾向性的层理效应研究

煤作为一种层理异常发育的岩体,其冲击倾向性深受层理影响。基于忻州窑矿14号煤大量室内试验数据,通过分析不同层理角度下煤样冲击倾向性指标值的变化,来探讨层理对煤冲击倾向性的影响及内在机理。研究结果表明:该类硬煤的非线性弹性特征、变形模量、峰值强度、峰后跌落特征等都与层理相关,表明其冲击倾向性也与层理相关;采用冲击能指标判定时,层理角度0°时为强冲击倾向煤样,45°时部分煤样属于弱冲击倾向煤,90°时全部属于弱冲击倾向性煤;采用动态破坏时间判断的冲击倾向性结果严重偏弱,原因在于该类硬煤峰后出现了不同程度的台阶式跌落;煤样冲击倾向性的层理效应,根本原因在于层理会对煤样的破坏模式存在剧烈影响。研究结果表明,含层理煤样冲击倾向性测试时应考虑层理效应,否则会有较大偏差。     

千秋煤矿煤的单轴抗压强度与冲击能量指数关系

 为了搞清煤体强度对冲击地压防治的影响,通过试验研究了千秋煤矿二号煤层试样单轴抗压强度与冲击能量指数之间的关系。结果表明煤样的冲击能量指数与单轴抗压强度呈较显著的线性关系。煤样的浸水软化试验证明煤的冲击能量指数随单轴抗压强度降低而减小。降低煤层的煤体强度可以消减煤的冲击倾向性,是防治冲击地压发生内因的有效措施。     

水岩作用下煤岩组合体力学特性与损伤特征

水岩相互作用是地下采矿工程活动中的常见问题。为研究水岩作用下煤岩组合体的力学特性、损伤特征及劣化机制，对不同浸水时间下的细砂岩-煤(FM)、粗砂岩-煤(GM)、细砂岩-煤-粗砂岩(FMG)3种组合体开展了轴向压缩试验。结果表明：(1)组合体含水率随浸水时间增加而增大，浸水20 d以后达到饱水状态；5～15 d为组合体的吸水区，15～20 d为组合体近饱和区，20～25 d为组合体的饱和区。(2)水岩作用下3种组合体的抗压强度、弹性模量、峰前能量、冲击能量指数等参数具有明显的劣化效应，其参数值均随浸水时间增加而减小；浸水5～15 d阶段为峰前能量陡降区，浸水15～25 d阶段为峰前能量缓降区；浸水时间5～15 d，组合体冲击能量指数劣化明显，15 d之后，劣化效应较弱；浸水5～10 d组合体为弱冲击倾向性，浸水15～25 d组合体无冲击倾向性。(3)随着浸水时间增加，组合体的声发射累积数显著下降。利用损伤理论构建了基于浸水时间的组合体损伤模型，该模型揭示了损伤变量与浸水时间的关系，反映了随着浸水时间增加，组合体的损伤程度增大的规律。(4)推导了类孔隙比计算公式，组合体的类孔隙比为：FM组...     

煤层冲击倾向性与危险性评价指标研究

针对冲击倾向性指标不能完全反映实际煤层冲击危险程度的问题,提出了考虑时间效应的冲击能量速度指标、临界软化区域系数、临界应力系数3项新的指标,并与动态破坏时间、弹性能指数、冲击能指数和单轴抗压强度等4项传统的冲击倾向性指标结合,用于判断与评估煤层冲击危险性。煤样试验表明,其一定程度上解决了冲击倾向性判别结果误差大、离散性等难题,提高了煤层冲击危险性评判的精确性与可靠性。     

水浸煤岩体强度变化研究

以李家壕煤矿地下水库为背景,从3^-1号煤层取煤岩样进行加工,对煤岩样浸水处理,采用CMT5305微机控制电子万能试验机对煤岩样进行抗压强度和抗拉强度实验,得出平均值。根据煤岩样自然状态和浸水一周平均抗压和抗拉强度实验数据分析水对煤岩的软化作用,得出煤岩的颗粒构成、矿物成分、坚硬程度等因素决定了水对煤岩强度的损伤及其软化程度,煤样和岩样浸水弱化表现不同,岩样较煤样强度弱化程度更大。煤岩遇水后强度降低的现象为水对岩石的软化作用,软化作用形成的原因有化学作用、物理作用或力学作用。分析水浸煤岩体的强度,对水库坝体的稳定性和水库建成后安全运行具有重要的意义。     

瓦斯对煤冲击倾向性影响的试验研究

为研究瓦斯对煤冲击倾向性的影响,在不同瓦斯压力下测定了煤的冲击倾向性指标,分析了含瓦斯煤样在多级循环加载和单轴应变加载时能量积聚与耗散情况。研究结果表明:在孔隙瓦斯压力和吸附瓦斯共同作用下,煤样冲击倾向性指标由强向弱或由弱向无转变;瓦斯降低了煤样的强度,在多级循环过程中由损伤和塑性变形引起的耗散能增加,煤样储存弹性应变能的能力下降,完全破坏时煤样盈余能量减少,瓦斯弱化了煤的冲击特性;伴随瓦斯压力的增加,能量跌落系数逐渐变大,表明瓦斯致使煤样的破坏形式由脆性向脆塑性转变;基于瓦斯对煤的冲击倾向性和破坏形式的影响,在含瓦斯煤层冲击倾向性测定和冲击危险性评价过程中,应充分考虑瓦斯对煤层冲击特性的影响。     

煤矿地下水库煤柱坝体宽度设计

地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下水库煤柱坝体的稳定不仅与埋深、采动应力、地质构造等工程地质条件有关,也与水作用下的弱化作用密切相关。为研究煤矿地下水库煤柱坝体在水作用下强度弱化规律,选取西部矿区麻地梁矿5煤为研究对象,开展煤样无损浸水试验和不同含水率及反复浸水条件下单轴压缩试验。研究得到:不同含水率的煤样在0～20 h内,含水率快速增长; 20 h之后,含水率增长变缓,在20～70 h,含水率慢速增长;在70～140 h,煤样含水率增长接近稳定;煤样含水率随着浸水时间的增加而增加,但增幅逐渐减少,最终趋于稳定;随着含水率(浸水次数)的增多,煤样单轴抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐增大,弹性模量逐渐降低。相较于干燥煤样,初次饱水煤样、浸水3次煤样单轴抗压强度分别降低了27.1%,50.0%,弹性模量分别降低34.6%,58.5%。结合实验室试验结果,运用弹塑性力学理论探讨了煤柱坝体在不同含水率下破坏区、塑性区宽度,开展了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度设计研究,并结合麻地梁矿的工程地质条件,对其地下水库坝体的宽度进行了设计。同时,进一步分析了煤柱坝体宽度的影响因素,得到含水率、埋深、煤层采厚均对煤柱坝体宽度有很大影响。     

瓦斯对冲击性煤样能量耗散的影响

基于煤的冲击倾向性分类及指数测定方法,进行了不同瓦斯压力下煤样冲击倾向性测定,应用能量积聚与耗散的方法,分析了不同瓦斯压力环境中煤样单轴压缩与循环加卸载过程中能量积聚与耗散关系。研究表明：随着瓦斯压力的增大,煤样的冲击倾向性指数减小,冲击倾向性降低;煤样破坏前储存的弹性能降低,破坏时耗散能增率呈非线性快速降低趋势;在循环载荷作用下,煤样在相同循环中耗散能随着瓦斯压力的增加而增加。在不考虑瓦斯膨胀能的情况下,瓦斯压力的增加降低了煤层冲击地压的破坏性。因此,高瓦斯矿井在深部开采中进行冲击倾向性评价时应考虑瓦斯因素。     

碱性溶液降低煤体冲击倾向性的实验研究

利用RMT-150B岩石力学实验系统对千秋矿原始煤样、清水浸泡煤样与碱溶液浸泡煤样开展实验研究,分析煤样弹性能量指数、冲击能量指数、动态破坏时间和单轴抗压强度指标的变化趋势。综合判断表明,原始煤样和清水浸泡煤样分别为强冲击性和弱冲击性,而碱溶液浸泡后其力学强度急剧下降,由脆性向塑性变化趋势最明显,变为完全无冲击性。通过煤样的工业应用指标、接触角、浸泡时间/力学强度、碱溶液的浓度和用量等测试,初步分析了碱溶液在煤矿的应用前景,对中低阶煤层来说,在煤层注水时加入少许碱性药品实现物理-化学联合作用防治冲击地压,同时还兼具降尘效应。     

煤层冲击倾向性试验研究

采用MTS对山东某矿3下煤进行了煤层冲击倾向性试验研究,通过对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间3个煤层冲击能量指标的试验和分析,得出煤层具有较弱的冲击倾向;结合实际采矿条件,应加强冲击地压的预测预报,以保证矿井的安全生产。     

煤矸石粗集料理化性质和形状特征对混凝土强度的影响

随着天然集料的日益缺乏以及国家对固体废弃物再利用的高度重视,煤矸石集料的应用已引起广泛关注,但不同地区煤矸石粗集料理化性质和形状特征差异较大,会显著影响混凝土性能。本文选取陕西省不同矿区的煤矸石,采用宏观指标(压碎指标、吸水率、坚固性、表观密度、含泥量)和细观指标(矿物组成、化学成分、微观形貌和内部孔结构)评价煤矸石粗集料的理化性质,并分析了两者之间的关联性。针对煤矸石与天然碎石的形状差异,提出了球度、角数和纹理指数等煤矸石粗集料形状统计指标,并结合煤矸石粗集料宏观指标分析了对混凝土工作性与强度的影响规律。研究结果表明,石英、高岭石和伊利石含量高、微观形貌密实、孔隙率小的煤矸石粗集料,吸水率和压碎指标较低;与天然碎石相比,煤矸石粗集料球度较低,多呈不规则形状,角数和纹理指数高,表现为棱角较多且尖锐、表面更粗糙;压碎指标和吸水率低的煤矸石集料配制的混凝土,和易性好、强度高;当煤矸石粗集料压碎指标差异小时,其形状统计指标决定了混凝土强度,球度越高、角数和纹理指数越小,混凝土强度越低。     

用剩余能量释放速度判定煤岩冲击倾向性

在实验测试的基础上,对现行冲击倾向性指标的特点及不足进行了分析,指出煤岩冲击倾向性是一个关于能量与时间的函数,提出了新的剩余能量释放速度指数,其物理意义是指煤岩破坏过程中单位时间内释放的剩余能量,从能量与时间的角度揭示了冲击倾向性,并给出计算公式.进而指出通过改变弹性能量指数测试时的加载方式为载荷控制,同时提高煤岩破坏时AB段的采样频率即可以得到计算剩余能量释放速度指数所需要的全部参数的测试方法,并针对冲击地压矿井进行了实验研究,初步归纳出了相应的判别指标.     

龙家堡2~#煤层冲击倾向性试验研究

冲击地压以其突发性、破坏性严重威胁着煤矿的安全生产,及时预测对保障矿井安全生产非常重要。煤岩冲击倾向性研究是冲击地压预测预报及防范治理的基础。采用试验测得的冲击能量指数KE,弹性能量指数WET、动态破坏时间DT作为煤层冲击倾向性的分类指标。本文通过实验室测试龙家堡2#煤层各项指标,确定了其冲击倾向性等级,提出了合理建议。