急斜煤层残留高阶段煤柱动力失稳机理研究

针对乌东煤矿急斜特厚煤层综放工作面覆层残留高阶段煤柱动力失稳问题,采用变形失稳理论构建了覆层残留高阶段煤柱动力失稳力学模型,运用数值模拟分析了上覆高阶段残留高阶段煤柱动态失稳过程及应力演化规律,揭示了覆层残留高阶段煤柱动力失稳机理,提出了覆层残留高阶段煤柱诱发失稳防治措施,开展了基于微震监测的动力失稳防治效果评估。结果表明:急斜特厚煤层综放工作面推近及推过高阶段煤柱过程中形成的应力持续性高度集中是诱发动力失稳产生的力源;工作面前方的应力增高区与煤柱形成的应力集中区产生叠加效应,应力集中系数最高达到3.7倍;将距高阶段煤柱不同位置时工作面前方支承压力峰值划分为3个区域(平稳区、过渡区、叠加区),确定高阶段煤柱诱发动力失稳危险区在煤柱前方0~60 m。动力失稳防治实践表明:采取煤岩注水、卸压爆破耦合致裂措施对上覆残留高阶段煤柱解危,利用微震监测系统完成解危效果评估,保障工作面安全通过了上覆残留高阶段煤柱的危险区域。     

大采高综采面破碎顶板稳定性研究

基于FLAC3D数值模拟和现场实测对大采高综采工作面破碎顶板稳定性进行研究,解决大采高综采开采工作面破碎顶板的稳定性问题,完善大采高围岩控制理论,使得大采高在实际应用中能够充分发挥其潜力,取得较好的效果。     

飞行时间质谱分析技术进展

质谱分析仪用来测定有机化学中分子结构和分子量,飞行时间质谱TOFMS（Time of Flight Mass Spectrometry）以其分析速度快,分析质量范围广而在生命科学,分析化学等领域得到了广泛的应用。综述了TOFMS的基本原理,技术和仪器的发展状况和发展方向,以及相关技术在生物分析方面的应用,并对今后的前景进行了展望．     

急斜煤层综放开采中固-液-气耦合作用模拟试验

为了揭示急斜煤层综放开采围岩运动规律、注水弱化效果和气体迁移规律,保障急斜煤层综放安全开采。采用固-液-气三相介质物理相似模拟装置及声发射(Acoustic Emission,AE)测试系统,分析急斜煤层综放开采过程中煤-水-瓦斯三相介质耦合作用与AE之间的内在规律,揭示了急斜煤层综放开采中,煤-水-瓦斯三相介质运动规律和煤岩失稳3种判别模式,为现场安全开采提供理论依据。     

采动裂隙煤岩破裂能量耗散特性及机理

乌鲁木齐矿区主采水平已进入深部开采,高应力强卸荷下动力破坏现象频发。为建立裂隙煤岩耗散能与声发射能量参数的定量关系,更好地了解煤岩体受载破裂特征,揭示高应力下裂隙煤岩破裂能量耗散及其灾变机制,本文采用实验手段分析单轴压缩荷载作用下裂隙煤岩体损伤直至破裂的阶段性特征及其能量释放规律,结果表明:裂隙煤岩物性特征一致性较好,其力学参数离散性大,裂隙煤岩的力学响应特征为非线性本构关系,峰后的应变值应只考虑屈服弱化区域的塑性应变;煤岩样破裂过程可划分为4个阶段:初始受载阶段、弹性阶段、微破裂阶段与峰后破裂阶段;给出了基于声发射能量参数的裂隙煤岩破裂耗散能的理论计算模型,确定了裂隙煤岩破裂应变能与弹性应变能及E_(AE-Ⅱ)/ΣE_(AE)间的关系,研究结果表明裂隙煤岩破裂所耗散的能量随着E_(AE-Ⅱ)/ΣE_(AE)的增加而减少。     

数字近景摄影测量在相似模拟试验中的应用研究

针对现有相似模拟实验观测方法中存在的自动化程度低、测量精度差等缺点,给出一种基于摄影测量计算机视觉方法进行相似模拟变形测量的新方法。利用普通非量测数码相机进行影像数据采集,通过在任相机平面预检校、变形监测点特征提取、影像匹配等计算步骤得出不同时期物理相似模型变形监测点的坐标。通过比较不同时期变形监测特征点坐标的变化量,计算得出物理相似模型变形情况。通过对某急倾斜煤层顶板相似材料进行模拟变形测量,试验结果表明:所应用方法与全站仪方法变形监测结果平面精度最大相差0.5mm左右,所测位移场与实际变形情况一致,满足因矿山开采引起的岩层和地表移动变形监测要求。     

煤体耦合致裂后整体–散体的等效转化及其垮放能力评估

以耦合致裂效果定量化评估为目标,采用数值模拟的方法构建等效于煤体耦合致裂后强度的离散元模型。提出以模型整体强度为指标实现煤体整体–散体的等效离散化转化,利用离散元模型研究顶煤的垮放、流动规律,分析耦合致裂后离散态颗粒间的铰接关系及其对垮放程度的影响,量化装药量、注水压力和煤体垮放能力之间的映射关系,通过工程实践进行验证。结果表明:耦合致裂的本质是爆炸形成的爆生气体和冲击波共同在已软化的煤岩体中传播,以煤体整体的强度为等效转化指标实现研究对象在不同算法间的等效转化。耦合致裂通过降低块体间拉应力和颗粒间接触的数量提高煤体的冒放性,得出煤体充分垮放指标和满足厚煤层采区回采率要求的强度最高值,完成复杂环境下煤体耦合致裂效果的定量化评估。     

考虑区域地应力特征的裂隙煤岩流固耦合特性实验

通过位移反演方法对区域地应力特征进行理论分析,建立研究煤岩内部裂隙时空演化规律的力学实验系统,设计了区域地应力作用下裂隙煤岩流固耦合计算模型,初步揭示裂隙煤岩流固耦合特性。通过地应力的现场监测,验证了位移反演方法的准确性,垂直地应力与最小水平主应力数值稳定,受开采扰动影响,最大水平主应力出现局部性突增。借助数字化X射线摄影系统,给出了不同载荷下内部裂隙场DR扫描图像,发现随外载增大煤岩内主裂隙持续扩展,且裂隙场形态分别为共轭型与X型。矢量化处理裂隙场信息并导入耦合计算模型,分析不同工况下耦合模型的渗流参数变化情况,初步得出裂隙煤岩流固耦合特性:外载增大将导致煤岩内部微裂隙进一步相互贯通扩展并出现宏观破裂,这是裂隙煤岩孔隙率与渗透率持续性增加的本质原因,且流速最大区域迁移过程可表征裂隙煤岩次生裂隙分布特点,主裂隙内水体流速最大且随注水压力的增大,水体流速不断增加,较大的流速一般发生在具有较大水力梯度的细小裂隙位置处。同时,出口流速特征表现为出口流速分量的最大值均位于煤岩两侧并随着外载的增大而增加。     

缓倾斜冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动下覆岩两带发育规律研究

针对缓倾斜冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动影响下覆岩裂隙发育规律,采用物理相似材料模拟实验,运用钻孔电视、微震监测系统与离散元软件相结合的分析方法,研究了该条件下覆岩裂隙的分布特征与两带发育规律。结果表明:钻孔电视所测覆岩裂隙数量基本随深度呈递增趋势,在宽沟煤矿冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动后,物理模型覆岩主要受到北偏西23°方向的采动应力场作用,使裂隙主要集中在292°～22°与112°～220°区域内;钻孔监测B4-1煤层回采后,垮落带、裂隙带高度约为煤厚的3.7倍、16倍,冲击倾向性顶板B2特厚煤层重复采动后,垮落带、裂隙带高度约为已采煤层累积厚度的4.7倍、10.2倍;微震监测结果验证了钻孔监测与离散元分析结果的准确性,3种分析方法表明裂隙带经验公式之二的计算结果基本符合冲击倾向性顶板在重复采动下的高度,因冲击倾向性顶板裂隙扩展明显,在运用此公式估计冲击倾向性顶板重复采动下的裂隙带高度时应将计算值提高8.6%以保证保水开采的顺利进行,该研究结果为冲击倾向性顶板重复采动下保水开采问题的解决提供了科学指导。     

三维可加载条件下工作面围岩局部变形规律

以苇湖梁煤矿+579E2EB1+2急倾斜特厚综放开采工作面为典型物理原型,系统的进行大型三维立体相似模拟实验,同时利用数字化声发射技术(acoustic em ission,AE)对局部化过程中的动态力学响应参数及其与之对应的微结构演化过程进行实时追踪,从宏观与微观角度揭示不同开采条件下煤岩复合围岩介质局部化变形—演化—失稳规律,为开采扰动区衍生动力学灾变行为预报和控制研究提供线索。