微震响应煤与瓦斯突出模拟试验

利用大型煤与瓦斯突出模拟试验系统,研制密封效果好、流变性能强的突出口材料及其制作工艺,模拟垂直和水平应力综合作用下自动触发煤与瓦斯突出的试验过程,利用高灵敏性的微震监测系统全程响应煤与瓦斯突出4个阶段,监测不同阶段突出腔体内的瓦斯压力,素描出突出孔洞大小和形状。微震响应信号分析频率0~2 000 Hz,优选小波基函数,确定小波包最大分解层数,采用小波包分解分析模拟突出孕育、激发、发生和残余4个阶段微震信号时频特征;孕育阶段为高频信号,激发阶段信号频带范围逐渐加宽直至出现低频信号,突出阶段全频带响应,残余阶段信号由相对较低频带逐渐向高频过渡。研究成果为微震预警煤与瓦斯突出提供基础试验依据。     

石脑油蒸汽热裂解过程中的结焦速率研究

在实验室蒸汽热裂解装置(BSPA)上,考察了石脑油进料质量流速、裂解温度、烃分压和运行时间等反应条件对石脑油热裂解过程中裂解炉管结焦速率的影响。结果表明,在石脑油进料速率为90 g/h,水油质量比为0.6,炉管进口压力为0.05 MPa的条件下运行6 h,随着裂解温度的升高,裂解炉管结焦速率逐渐增大;当裂解温度为850℃时,结焦速率与烃分压呈线性关系;随着裂解炉运行时间的延长,结焦速率下降。     

循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的实验研究

从不同位移速率、不同载荷水平和不同岩石孔隙性(如坚硬致密的细粒砂岩和软弱多孔的混凝土加气砖等)3个角度对岩石类材料在循环加、卸载条件下所形成的封闭塑性滞回环的演化规律进行探讨。通过对其实验结果的分析发现:(1)岩石类材料在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不重合,确实将形成一封闭的塑性滞回环;(2)循环加、卸载条件下,加载曲线段的位移变化量在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,其位移变化量的变化并不明显,而卸载曲线段的位移变化量在整个循环加、卸载过程中的变化似乎都不明显;(3)一般而言,位移速率越大纵向载荷–纵向位移曲线的斜率就越大,载荷水平越高第1次循环中载荷卸载至零时所残余的位移量也越大;(4)从第2次循环开始,在每次循环加、卸载完成之后,加载曲线段的起点与卸载曲线段的终点几乎是重合的,即从第2次循环实验开始几乎不再产生新的残余位移量;(5)针对具有不同孔隙性的岩石,在不同位移速率和不同载荷水平时其循环加、卸载条件下的变形响应程度将有所不同。     

不同起伏角锯齿状结构面剪切力学性质及其弱化行为试验研究

为研究含锯齿状结构面岩体的剪切力学性质及其弱化行为，采用自主研发的岩石压剪伺服试验系统，对含有不同起伏角锯齿结构面的类岩石试件开展了不同剪切位移的直剪试验。试验结果表明：当结构面锯齿起伏角为15°时，结构面的剪应力演化曲线呈“波浪形”,当起伏角为30°和45°时，剪应力演化曲线呈“峰值型”且45°起伏角结构面的剪应力演化有明显的双峰值现象，起伏角越大，峰值剪应力越大；当起伏角为15°时，结构面的弱化模式为爬坡磨损，起伏角为30°时，结构面弱化则以切齿-充填为主，而当起伏角为45°时，结构面在前期以切齿破坏为主，后期以滑动磨损为主；结构面的损伤系数R随着剪切位移的增加而逐渐增大，并且起伏角越大，R值越大，结构面的弱化程度越大，结构面在剪切位移为5 mm处的弱化率均在50%以上。研究成果可为工程岩体稳定性分析提供参考。     

不同含水状态下岩石力学特性和应力应变关系研究

进行不同含水率的狄野凝灰岩三轴试验，分析岩石在三向荷载作用下的应力-应变曲线的变化形态和峰值应力、应变和弹性模量，获得结论如下：(1)峰值应力、应变及弹性模量随相对含水率增加呈线性降低；(2)应力-应变曲线在加载初期因裂隙闭合呈上凹形态，随后近似线性增长，之后偏离线性呈上凸形态，峰值应力之前可用三次多项式较好地拟合；峰值应力之后，无论干燥状态下试件的应力快速降低，曲线呈上凹形态，还是含水状态下应力缓慢降低，呈现塑性流动，均可用分式函数较好地拟合；(3)根据提供的分段拟合函数，结合相对含水率与峰值应力、应变线性关系，可近似获得不同含水状态下岩石的应力-应变曲线。     

基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术

针对目前煤矿光散射法粉尘质量浓度传感器的易堵塞、维护难问题，提出了一种具有无堵塞、易维护特征的光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术并开发光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。首先通过分析光散射法粉尘质量浓度检测基本原理与目前光散射法粉尘质量浓度传感器的结构特征，设计了一种由激光器、光电二极管、遮光罩等部分组成的光散射法无动力粉尘质量浓度检测单元，并附上超低信号处理电路，设计了一种光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。通过分析外界自然光对光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的影响规律，设计一种传感器零点值动态检测的数据处理算法，消除了外界自然的干扰。然后通过分析光散法无动力粉尘质量浓度传感器光散射信号的分布特征，并且确定了光散法无动力粉尘质量浓度传感器检测初始值与实际粉尘质量浓度的数学关系，以粉尘质量浓度低于120 mg/m³采用二次多项式曲线拟合，高于120 mg/m³采用线性拟合的方式，实现了无动力光散射法粉尘质量浓度传感器的精准标定。最后通过试验证明了基于光散射法无动力的粉尘质量浓度传感器低浓度误差低于15%,高浓度误差低于10%。无动力光散射法粉尘质...     

排水条件对砂岩力学及其变形局部化特性影响试验研究

为了研究砂岩在渗流-应力耦合作用下的变形局部化破坏特征，利用可视化三轴伺服控制试验系统，结合三维数字图像相关技术（three-dimensional digital image correlation,简称3D-DIC），开展不同排水条件下的砂岩三轴压缩试验，对岩石力学、渗流及其变形局部化特性进行分析，并利用电镜扫描对砂岩破坏后其破裂面微观形貌进行分析。结果表明：排水条件下砂岩的峰值强度和弹性模量高于不排水条件下的值，且随着渗透水压增大，砂岩的峰值强度、弹性模量和泊松比均随之增大，出现贯通裂纹的时间点和渗透率最大值出现的时间点则会提前；当渗透水压相同时，不排水条件下砂岩表面变形场云图的局部化带比排水条件下的更宽，即岩石的宏观裂纹更明显，排水条件下水流将岩石内部的矿物颗粒带走，形成孔洞，其破裂面的表面比不排水条件下更光滑，而不排水条件下颗粒表面明显有片状岩屑附着；所有排水条件下径向变形局部化启动点始终高于轴向变形局部化启动点，平均提高了1.23%，变形局部化径向、轴向启动应力水平均随渗透水压的增大而增大，即启动的时间点更提前，排水条件下砂岩的径向启动应力水平、轴向启动应力水平均高于不排水...     

巷道结构对突出流体冲击特性的影响性试验研究

突出流体的动力冲击效应是煤与瓦斯突出灾害的主要致灾因素之一。为进一步认识该过程中煤-瓦斯两相流的冲击动力致灾机制，开展不同巷道布置形式下的突出物理模拟试验，分析突出过程中冲击力时空演化特征、冲击力特征参数及其致灾毁伤等级分布。研究结果表明：在直巷中，气流及稀疏两相流阶段冲击力的演化趋势随距突出源区距离的增加而愈发复杂；冲击力随着固-气比的增大而增大，峰值冲击力在稠密两相流阶段；冲击力衰减过程中存在起伏现象，表明突出能量的释放是阶段完成的；尾部结构对直线段的冲击力有巨大的影响，表现为直角L型>T型>圆弧L型；随时间的推移，直巷道中部逐渐发展成为严重灾害区，巷道致灾范围逐渐扩大，且主要向突出源区方向扩展；在拐弯巷道中，冲击力演化受气相的影响远大于固相；拐弯巷道内有灾害集中区的存在；冲击力在巷道内呈现出齿状的分布，尤其在拐弯巷道中呈现强-弱相间的分布特征；直角L型的动力致灾力度和致灾面积都大于圆弧L和T型；重灾区主要分布在直巷道中前部和拐弯巷道，同时，在直巷道尾部和拐弯巷道部分地域有安全区的存在；直角拐弯结构和平角分岔结构都存在能量集中释放从而导致冲击动力致灾增强的机制；弧形结构...