矿井通风网络非稳定流动数值解收敛性分析

利用分析数学的压缩映射原理，对矿井通风网络非稳定流动数学模型进行了分析，得出了数学模型数值解收敛的条件．确定了以惯性系数排序选择最小生成树的回路选择方案，为矿井通风网络非稳定流动数学模型数值解的收敛性提供了理论依据．     

煤吸附水的微观机理

根据煤大分子和表面的结构特点，应用分子热力学和表面物理化学理论分析了煤表面自由能的特征和煤吸附水的微观机理．结果表明，煤对水分子的吸收从微观上看是由于水分子与煤表面相互吸引作用的结果，这些作用力包括分子间力和氢键．煤对水分子的吸附是多层吸附，吸附第一层水主要是由于煤对水分子的氢键作用占主要地位，对其余水分子层的吸附主要是由于分子间力引起的长程力作用的结果．对水分子与煤表面的分子间力进行了估算，结果是分子间力中色散作用力占主要地位．讨论了添加活性剂润湿煤体的作用，认为这是从微观上改变了水分子与煤表面的吸引作用力的结果．研究煤吸附水的微观机理为现场优化提高煤层润湿性措施奠定了理论基础．     

煤岩动力灾害声电协同监测技术及预警应用

为了提高煤岩动力灾害预测的准确性和可靠性,提出了声电协同监测技术,将电磁辐射和声发射进行融合,优势互补,开展了受载煤岩声电监测同步性测试及分析,开发了相应的监测系统及软件,并在采掘现场进行了监测及预警应用实践.结果表明:实验室和采掘现场不同尺度的煤岩声电信号同步性及相关性很好;采掘现场有煤岩动力灾害危险前,声发射和电磁辐射信号开始出现异常变化,且两者对危险响应的同步性很好,特别在临灾阶段,声、电信号在异常幅度和时域上的一致性变得更加明显;声电协同监测技术及系统,能够实现对冲击地压等动力灾害危险的实时监测及提前自动预警,与单方法相比,可靠性更高.     

煤冲击破坏过程规律及同源声电响应特征

针对冲击地压监测预警问题,开展不同速率的煤样单轴加载实验和单轴加卸载实验,同步采集了全波形声电数据和煤破坏过程图像,结合频谱分析、相关性分析、声波波速层析成像分析、能量分析等,研究煤破裂过程的同源声电响应特征及煤冲击破坏的时序演变规律和空间孕育特征。结果表明:声发射和电磁辐射都与应力降有明显的正相关性,两者的时序分布具有同步性,两者的频谱分布具有一致性且主要集中在低频段,表明声电信号是煤破裂产生的同源异象现象;煤的冲击破坏过程包含多个子冲击阶段,各子冲击阶段与载荷降有明显的正相关性,在冲击破坏孕育阶段,煤样内裂纹、应力、能量、声发射等的分布具有对应关系,冲击破坏容易发生在临近自由面的破裂密集且应力集中高的区域。研究成果可为冲击地压监测预警研究提供依据。     

孔隙气体对断裂电磁辐射的影响及其机理

含瓦斯煤变形破坏时,孔隙气体是对电磁辐射产生影响的最重要因素之一。基于孔隙气体对电磁辐射影响的实验结果,运用分子动力学理论和方法建立了气体吸附动态平衡方程,详尽地叙述了孔隙气体与新形成的壁面间的相互作用,在此基础上建立了孔隙气体对电磁辐射影响的唯象模型,讨论了其微观机制。结果表明,孔隙中的自由瓦斯气体对电磁辐射没有明显的影响,而吸附瓦斯气体对电磁辐射有非常明显的影响。在临界瓦斯压力之前,吸附量越多,电磁辐射越弱;临界压力之后,吸附量越多,电磁辐射越强。     

煤巷瓦斯涌出规律及其连续性积分模型

本文通过对煤层巷道掘进时煤壁瓦斯涌出规律的研究，提出了连续积分模型，通过解析求解得出了煤巷掘进时瓦斯涌出的不均匀准数及其变化规律。通过解析求解得出的煤巷掘进瓦斯涌出量表达式，比计算机求解更加明确地指出了影响涌出量的因素及其相互关系。为煤巷瓦斯涌出预测和处理提供了理论和方法。     

不同节理夹角煤单轴压缩力学和声发射响应及影响机制

煤岩的力学特性和声发射响应规律对冲击地压监测预警至关重要,为研究加载方向与节理面夹角(α)对煤样力学特性、裂纹扩展方式及声发射响应的影响,对不同加载方向与节理面夹角的煤样进行单轴压缩试验,并分析了力学和声发射信号响应规律。结果表明:加载方向与节理面夹角对煤样力学特性和声发射响应规律有显著影响。随α增大,峰值载荷和破坏时间均呈先微降后增大的趋势,峰后破坏时间从0°到30°出现陡降趋势。α≤45°煤样的应力-应变在峰值或峰值后出现震荡起伏现象,单轴抗压强度和应变量均小于α45°的煤样。α45°煤样的应力-应变曲线在峰值或峰值后无震荡起伏现象;α≤45°的煤样受力以平行节理面应力分量为主,更容易产生沿节理面的滑移破坏,振铃累计值陡增和大能量声发射信号主要集中在峰后阶段,声发射信号与应力降具有很高的相关性。α45°的煤样受力以垂直节理面应力分量为主,更容易产生挤压摩擦破坏,在应力稳定上升阶段就伴随着大量的声发射信号,大能量声发射信号主要集中在峰前阶段;随α增大,煤样表现出的冲击倾向性越强,声发射信号以45°为界表现出不同的峰前峰后特征。因此,鉴定煤冲击倾向性和利用声发射进行冲击地压监测预警时,需充分考虑煤层节理面与现场受力情况。     

电磁辐射法监测煤层注水防突效果的研究

理论分析了水对煤体物理力学性质和煤体电磁辐射信号影响的规律。煤层注水过程中由于压力水对注水钻孔周围煤体的压裂,煤体产生的电磁辐射值增大,煤层注水结束后,煤体弹性得以充分释放,电磁辐射值比注水前相对降低。探讨了现场采用电磁辐射监测煤层注水防突效果的实施方案。研究结果表明:电磁辐射法可以用来监控煤层注水过程以及检测煤层注水防治煤与瓦斯突出效果。     

煤岩瓦斯电磁辐射耦合理论研究

实验研究表明煤体内存在瓦斯气体时，随着瓦斯压力的升高、煤体强度降低，同时测得的电磁辐射信号脉冲数也比较低。在此实验基础上，本文结合煤岩力电耦合方程，提出了煤岩瓦斯电磁辐射耦合理论及耦合方程，并提出了使用FLAC^3D计算煤岩瓦斯电磁辐射耦合方程的计算方法，为使用电磁辐射法预测煤与瓦斯延迟突出提供了理论基础。     

单轴压缩煤岩变形破裂电磁辐射与应力耦合规律的研究

利用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究了单轴压缩条件下煤岩变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME)强度与煤岩内部应力之间的耦合规律。在煤岩材料损伤特性和强度统计理论的基础上，研究了受载煤岩变形破裂的三维力．电耦合本构关系，从理论上分析了煤岩变形破裂过程中电磁辐射强度和脉冲数与加载应力之间的关系，认为它们之间的关系可以用多项式来表征。煤岩变形破裂过程中的力-电耦合计算结果表明：EME先是逐渐增加，达到一个峰值后快速降低，这与实验测定结果的趋势是一致的：加载速度越大，EME信号也越强：随着煤岩样品强度的增加，EME也是逐渐增大的，其中强度最高的砂岩产生的EME强度也最大，以下依次是泥岩、硬煤和中硬煤。这些都说明采用的模型和计算方法是合理的，可以有效地模拟煤岩单轴压缩过程电磁辐射信号的变化规律。