煤岩破坏表面电位特征规律研究

研究了煤岩在单轴压缩、拉伸、三点弯曲等不同破坏方式下的表面电位特征和规律,初步探讨了煤岩破坏表面电位机理.结果表明,煤岩在受载破坏时能够产生表面电位,并且表面电位与载荷具有较好的一致性,二者之间的相关系数在0.6～0.9以上,可达到高度相关;表面电位信号一般随载荷的增加而增强,随载荷的降低而减弱.试样上不同电极处测得的表面电位信号强度是不完全相同的,是随载荷及煤样的破坏状态的变化而变化的.根据表面电位与栽荷之间的相关关系,可以用表面电位信号来反映煤岩受栽破坏的状态.     

深部煤岩动力扰动响应特征及数值分析

理论分析了动力扰动引起的应力波在煤岩空间内的传播规律;探讨了动力扰动引起的煤岩附加能量场特征规律;采用LS-DYNA软件进行数值模拟,分析了煤岩系统对扰动频率与幅度的响应特征及能量变化规律.结果表明:扰动幅度和频率对深部围岩稳定性具有较大影响,由动力扰动引起的附加能流密度与扰动幅度的平方成正比,扰动促使围岩应力集中区前移;最大反射能流密度峰值位置离自由面距离与扰动频率符合幂函数关系,扰动频率的增大加快了能量流动的速度,降低了单位时间流入煤岩单元的能量,表现为"高频低能,低频高能",扰动伴随着能量流的不均衡发展并相互促进.     

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.     

用电磁辐射法监测预报矿山采空区顶板稳定性

对坚硬煤岩层的电磁辐射特性进行了实验研究，对煤矿回采过程中煤岩体电磁辐射变化规律进行了监测分析，在此基础上提出了电磁辐射监测预报顶板稳定性的技术方法，并在煤矿进行了试验应用.研究结果表明：在矿山采掘过程中，伴随顶板活动会产生明显的电磁辐射信号，顶板垮落前电磁辐射有异常反映，表现为异常增大或呈现增长趋势，用电磁辐射法监测预报顶板垮落是可行的， 且具有快捷、方便、准确率高的优点.     

济宁2号煤矿三采区冬季风流参数分析

在时济宁2号煤矿三采区冬季风流热力参数测定的基础上，详细分析了自地面流向采掘工作面的过程中，风流的温度、焓、含湿量和相对湿度的沿程变化规律。通过分析，掌握了井下热湿源分布情况和采掘工作面热害环境状况。由于，冬季高温高湿矿井的风流热力参数变化规律和夏季井下采取人工制冷措施时冷风流热力参数的变化规律相类似，所以，为济宁2号煤矿夏季采取人工制冷措施提供了可靠的参考资料。在结论部分提出了济宁2号煤矿三采区夏季采取人工制冷措施时应注意的问题。     

巷道瓦斯局部积聚机理的实验研究

该文给出巷了道瓦斯局部积聚的更为准确的定义，对瓦斯局部积聚进行了分类；分析了巷道瓦斯局部积聚的形成机理及其影响因素，并考虑体积力的作用建立了巷道瓦斯运移的数学模型。     

水力冲孔孔洞周围煤体地应力和瓦斯时空演化规律

水力冲孔作为煤层卸压增透的强化措施,被大量应用于松软低透高突煤层。针对目前水力冲孔周围煤体多场分布演化规律不清、水力冲孔卸压半径等参数难以确定的问题,以河南梁北矿二1突出煤层为工程背景,利用自主研制的应力监测系统,结合现场瓦斯流量测试,开展了对水力冲孔实施区域地应力场和渗流场的同步监测,获得了冲孔孔洞周围煤体地应力场和瓦斯场的时空分布及演化规律。结果表明:①水力冲孔后孔洞周围煤体应力场存在动态演化过程,卸压区和应力集中区逐渐向外迁移,直到3 d后才基本趋于稳定;②应力趋于稳定后,距冲孔中心4 m内为应力卸压区,4～5 m为应力过渡区,超过5 m为应力集中区,卸压区半径是冲孔孔洞等效半径的10倍多;③距冲孔中心4 m以内区域裂隙场发育,渗透率和抽采孔瓦斯流量增加,但周围应力集中区的渗透率和钻孔瓦斯流量变得更低。研究结果为准确确定水力冲孔及瓦斯抽采参数、有效卸压增透和强化瓦斯抽采效果提供理论和实践依据。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤岩体结构耦合作用的结果,采场煤岩体大尺度破断产生高能量动载应力波,应力波与地应力耦合作用导致采掘空间围岩发生大范围破坏,最终形成冲击地压灾害。