煤与瓦斯突出能量预测模型及其在平煤矿区的应用

为实现矿区突出能量的预测,从突出腔体周围卸压煤体出发,引入煤体当量半径,理论推导了突出能量预测模型,以平煤矿区为例对其部分矿井突出能量进行了预测,揭示矿区突出能量分布特征,并利用矿区突出点分布及突出强度对预测结果进行了验证.结果表明:平煤矿区突出腔体周围卸压煤体当量半径与抛出煤体当量半径之间呈现出较好的幂指数关系,即R=1.8886r~(0.935 1);单位体积煤体突出能量来源中,弹性能为瓦斯膨胀能的1.0~6.5倍,占总能量的52%~87%,为突出的主要能源;地应力为突出能量预测的关键指标,为控制突出发生的主要因素;矿区突出能量与埋深呈现出较好的正线性相关关系;矿区东南部五矿突出能量较低,西北部八矿、十矿、十二矿突出能量较高.预测结果与矿区实际情况是一致的,证明了预测模型的可行性.     

单轴压缩下原煤表面瞬变电荷变化规律试验研究

基于原煤试样在单轴压缩作用下的失稳破坏试验,研究了原煤破裂过程中表面产生瞬变电荷的现象和变化规律,并分析了瞬变电荷与应力的对应关系。结果表明:原煤试样表面瞬变电荷是瞬时、脉冲信号,会在短时间内出现正负电荷交替变化现象,其变化强度与应力有较好的对应关系。试样发生主破裂过程中,瞬变电荷最大值出现在应力峰值之前,且随着应力的突降而出现急剧变化。在破坏前期,煤体内部摩擦作用是产生电荷变化的主要原因;在破坏中后期,大量裂纹形成、扩展并融合贯通是产生电荷变化的主要原因。根据煤体表面瞬变电荷的变化规律,可以反映煤体受载破坏的情况,对表面瞬变电荷的监测能够为煤岩动力灾害的预测预警提供重要参考。     

承压煤体瓦斯解吸-扩散特性实验研究

为了研究承压条件下含瓦斯煤的解吸-扩散特性,建立了受载煤体瓦斯扩散系数的动态演化模型,并采用单孔模型和双孔模型计算了粒度0.25~0.5,0.5~1和1~2 mm煤样在0~12 MPa轴向压力条件下的瓦斯扩散系数。实验结果表明:双孔模型计算结果与实验数据相关性系数均稳定在99.5%以上,拟合效果优于单孔模型,其中,宏观有效扩散系数在10~(-4)s~(-1)数量级上,高出微观有效扩散系数1~2个数量级;瓦斯解吸量、宏观/微观有效扩散系数随轴压升高呈先下降后波动上升的趋势,与受载煤体扩散动态理论模型相符;煤样粒度越大,宏观/微观有效扩散系数对应力越敏感,并且宏观有效扩散系数对应力的敏感性高于微观有效扩散系数;瓦斯解吸量、宏观/微观有效扩散系数随煤样粒度减小而增大。研究结果能为井下构造煤瓦斯扩散规律提供借鉴。     

含瓦斯煤粒前期扩散理论模型及解析解

为了研究瓦斯前期扩散规律,在假设煤粒瓦斯前期扩散系数近似恒定的基础上,根据球坐标系表示的Fick第二定律,建立了数学模型,并运用数学物理方法推导出了其解析解。采用新模型与经典模型分别对不同吸附平衡瓦斯压力、煤级、粒度和破坏类型的扩散实验数据进行了数值计算,结果表明:新模型能够适合不同实验条件的前期扩散规律,比经典模型更加符合实验结果;采用新模型计算得到的扩散系数普遍比经典模型要高;当煤粒均值度趋近趋于1时,新模型与经典模型计算结果趋同;扩散系数与瓦斯压力、煤级、粒度和破坏程度正相关,前期扩散源占比与破坏类型、瓦斯压力呈正相关,而与粒度、煤级负相关。     

利用瓦斯抽采钻孔探测煤层小断层

针对常规探测技术存在成本高、多解性、小断层探测精度低等问题,提出利用煤矿大量的瓦斯抽采钻孔开展隐伏小断层探测的方法,以穿层条带预抽煤层瓦斯区域为研究对象,基于抽采钻孔获取的数据,计算煤层底板控制点坐标,绘制预抽条带煤层底板等高线图及三维立体图,进而对煤层隐伏断层的具体位置、产状和落差做出定量预测。通过现场试验可知钻孔控制间距、断层落差和孔深误差对隐伏断层探测精度有影响,结果表明:断层落差越大,钻孔间距越小,孔深误差越小,则探测精度越高,通过该探测方法成功探测出了落差为2.5 m的断层。     

黄原胶和纳米二氧化硅对无氟泡沫性能的影响

纳米粒子、高分子聚合物稳定泡沫的独特优势使其成为解决泡沫稳定性的研究热点。本文探索了亲水二氧化硅纳米颗粒（NPs）、高分子聚合物黄原胶（XG）对无氟泡沫分散液的发泡性能、泡沫稳定性及铺展性等泡沫性能的影响。研究结果表明，NPs和XG对泡沫稳定性有显著影响。与NPs相比，添加XG有助于增强泡沫稳定性，但对泡沫分散液发泡性能有抑制。NPs添加量为3.0%（质量分数）时，泡沫分散液的发泡能力得到提高。同时添加NPs和XG时，控制二者添加浓度可在稳定泡沫过程中产生协同效应。在铺展过程中，加入NPs、XG后泡沫分散液黏度增加，使泡沫分散液在汽油表面的铺展有不同程度的减缓，但对灭火产生不利影响。