采动巷道应力场环境特征与冒顶机理研究 被引量：32

1

作者 贾后省 李国盛 +1 位作者 王路瑶 乔安震 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期707-714,共8页

针对采动巷道围岩变形剧烈、冒顶事故频发等问题,以保德矿回采巷道为工程背景,综合现场测试、数值模拟、理论分析和顶板探测等方法,从巷道围岩主应力大小、比值和方向3个因素研究分析了采动巷道应力场环境特征,并以巷道蝶形塑性区理论... 针对采动巷道围岩变形剧烈、冒顶事故频发等问题,以保德矿回采巷道为工程背景,综合现场测试、数值模拟、理论分析和顶板探测等方法,从巷道围岩主应力大小、比值和方向3个因素研究分析了采动巷道应力场环境特征,并以巷道蝶形塑性区理论为主线,揭示了采动巷道应力场环境特征与冒顶的内在联系。结果表明:采动空间不同位置的围岩主应力大小、比值和方向具有明显差异,保德矿工作面侧方10~50 m范围内,主应力比值可达2~5,主应力方向的偏转角度可达26°~54°,主应力比值的升高与方向的大幅度旋转导致该区域巷道围岩塑性区呈现蝶叶偏向顶板的蝶形特征,造成其顶板塑性破坏深度较大,当支护不能承受蝶叶内围岩巨大的膨胀压力和强烈变形时,巷道便发生蝶叶型冒顶。 展开更多

关键词 采动巷道 采动应力 塑性区 巷道冒顶

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基于流固耦合模型的穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究 被引量：23

2

作者 李胜 毕慧杰 +2 位作者 范超军 罗明坤 兰天伟 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第5期121-127,共7页

为研究钻孔瓦斯抽采渗流规律,为钻孔合理布置提供依据,提出了考虑气-水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在多孔介质的有效应力原理基础上,考虑瓦斯吸附/解吸产生的应力,推导出煤体应力-应变本构关系;分析水和瓦斯运移的气-水两相流过程,... 为研究钻孔瓦斯抽采渗流规律,为钻孔合理布置提供依据,提出了考虑气-水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在多孔介质的有效应力原理基础上,考虑瓦斯吸附/解吸产生的应力,推导出煤体应力-应变本构关系;分析水和瓦斯运移的气-水两相流过程,以相对渗透率为桥梁,给出水渗流方程和考虑Klinkenberg效应的瓦斯渗流方程;构建作为耦合项的煤层孔隙率和渗透率动态演化方程,结合成庄矿4321工作面进行数值模拟。结果表明:成庄矿4321底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采预抽期定为90 d是合理的,抽采过程中瓦斯渗流速度具有阶段性,增大抽采负压对抽采效果影响不明显;穿层钻孔布置方式为终孔间距9 m,钻场间距9 m。工程实践表明,测得的煤层瓦斯压力变化情况与数值模拟结果基本吻合,抽采后煤层瓦斯含量为6.46~7.67 m^3/t,43212巷瓦斯浓度降低了37%,抽采效果良好。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 流固耦合模型 穿层钻孔 钻孔布置

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煤与瓦斯突出的地质动力系统失稳判据研究 被引量：19

3

作者 罗明坤 范超军 +4 位作者 李胜 杨振华 张浩浩 杨鸿智 兰天伟 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期137-144,共8页

为了进一步弄清煤与瓦斯突出发生的原因及演化规律,在分析突出现象和已有研究成果的基础上,明确了突出的地质动力系统构成,分析了地质动力系统的演化过程,并构建了地质动力系统的失稳判据.研究结果表明:含瓦斯煤体是突出的物质基础,地... 为了进一步弄清煤与瓦斯突出发生的原因及演化规律,在分析突出现象和已有研究成果的基础上,明确了突出的地质动力系统构成,分析了地质动力系统的演化过程,并构建了地质动力系统的失稳判据.研究结果表明:含瓦斯煤体是突出的物质基础,地质动力环境为突出营造了高构造应力、低强度煤岩体、高瓦斯赋存环境,而采掘扰动为突出提供了激发动力和空间条件;突出的发生需经历地质动力系统的孕育、形成、发展和终止等演化过程;突出的发生需满足地质动力系统形成的力学判据C_1;失稳力学判据C_2和能量判据C_3;利用地质动力系统判据能够揭示典型煤与瓦斯突出事故的发生机理,为掘进工作面突出的预测和防治提供了依据. 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 突出机理 地质动力系统 失稳判据 演化规律

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液氮对含水煤岩体增透作用的影响机制研究 被引量：15

4

作者 李波 任永婕 +1 位作者 张路路 丁智奔 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第12期145-150,共6页

为了研究液氮对含水煤岩的作用机制,利用自行研制的自增压式液氮冷浸装置对不同含水饱和度煤样进行液氮冷浸试验,对比分析了液氮冷浸前后煤样渗透率变化规律和微观孔、裂隙发育情况,并从理论角度解释了液氮冷浸对含水煤样的损伤机制。... 为了研究液氮对含水煤岩的作用机制,利用自行研制的自增压式液氮冷浸装置对不同含水饱和度煤样进行液氮冷浸试验,对比分析了液氮冷浸前后煤样渗透率变化规律和微观孔、裂隙发育情况,并从理论角度解释了液氮冷浸对含水煤样的损伤机制。结果表明,经液氮冷浸后,煤样渗透率随含水饱和度的增大而增大,增加幅度成指数型增长且增加幅度在70.6%~1 254.9%;在煤样饱水情况下,液氮对煤岩的影响以水冰相变造成的体积膨胀为主,其微观结构破坏程度远高于干燥煤样,煤样出现裂隙延伸、裂隙加宽等现象,增透效果更好。 展开更多

关键词 煤层增透 煤岩 液氮冷浸 渗透率 水冰相变

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深井大采高综采面矿压显现及覆岩破断规律研究 被引量：11

5

作者 孙波 张向阳 涂敏 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期119-125,共7页

针对深井大采高综采技术中采场矿压控制难的特点,以潘二矿11223大采高综采工作面为工程背景,采用相似模拟、数值模拟、现场矿压监测、理论分析等方法,对深井大采高综采工作面矿压显现及覆岩运动破断规律进行研究。结果表明:深井大采高... 针对深井大采高综采技术中采场矿压控制难的特点,以潘二矿11223大采高综采工作面为工程背景,采用相似模拟、数值模拟、现场矿压监测、理论分析等方法,对深井大采高综采工作面矿压显现及覆岩运动破断规律进行研究。结果表明:深井大采高综采面覆岩运动破断后结构形态演化特征可概括为"组合悬臂岩梁结构——压实填充结构——非铰接岩梁结构——铰接岩梁结构"的动态演化过程,这种动态演化过程直接影响着工作面的矿压显现特征及覆岩破坏特点;得到工作面初次来压步距为34 m,基本顶周期来压步距15 m,来压由中部开始向两端转移;工作面前方应力集中区距煤壁平均4.4 m,应力峰值平均为26 MPa,工作面矿压显现特点受控于覆岩运动破断的动态演化力学结构,研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的理论依据和借鉴意义。 展开更多

关键词 深井大采高综采 矿压显现规律 覆岩破断规律 动态演化

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瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置研发及应用 被引量：9

6

作者 赵洪宝 张勉 +2 位作者 张欢 王宏冰 李福来 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第1期127-132,198,共7页

为实时动态监测瓦斯抽采钻孔深部稳定性,自主研发了瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置,其主要由主体承载机构、高灵敏度应力应变片、快速连接杆和精密应力应变测量仪组成。该装置可采集不同角度地应力值,采集钻孔变形数据,不同材质的主体... 为实时动态监测瓦斯抽采钻孔深部稳定性,自主研发了瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置,其主要由主体承载机构、高灵敏度应力应变片、快速连接杆和精密应力应变测量仪组成。该装置可采集不同角度地应力值,采集钻孔变形数据,不同材质的主体承载机构可实现钻孔稳定性加固的效果。现场实测结果表明:钻孔形变曲线可大致分为快速形变阶段、缓慢形变阶段、基本稳定阶段3个阶段;快速形变阶段与缓慢形变阶段间,缓慢形变阶段与基本稳定阶段间,均存在较明显拐点;对于不同直径钻孔中的相同深度,形变量随着直径增大而增大;对于相同直径钻孔中不同深度,浅处形变大于深处形变;瓦斯抽采钻孔形变在一定程度上影响了瓦斯抽采工作的进行。该装置具有较好的实用性和可靠性,为实时动态监测瓦斯抽采钻孔稳定性提供了一种新的手段。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 抽采钻孔 钻孔稳定性 监测装置

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超临界CO_2作用下煤的孔隙结构变化规律试验研究 被引量：8

7

作者 李波 任永婕 +1 位作者 张路路 孙东辉 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第5期33-39,共7页

为了研究不同超临界条件下煤体孔隙结构的变化规律,采用控制变量法,改变超临界条件下的温度、气体压力、处理时间,探讨超临界CO_2对煤体孔隙结构的影响。结果表明:超临界CO_2作用前后煤体渗透率受处理时间的影响很大,随着处理时间的增加... 为了研究不同超临界条件下煤体孔隙结构的变化规律,采用控制变量法,改变超临界条件下的温度、气体压力、处理时间,探讨超临界CO_2对煤体孔隙结构的影响。结果表明:超临界CO_2作用前后煤体渗透率受处理时间的影响很大,随着处理时间的增加,渗透率先降低后逐渐增大,约10 h后趋于稳定,超临界条件下单一改变压力或者温度对煤样渗透率的影响不大;超临界CO_2作用对煤体的微观孔隙结构产生了损伤,孔隙度明显提升,提高百分比为96%,大孔和中孔所占比例提高,超临界CO_2作用对孔起到了一定的疏孔扩孔的作用,从而有利于瓦斯的抽采。 展开更多

关键词 超临界CO2 渗透率 压汞 孔隙结构

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孔隙压力梯度对煤的渗透性影响实验 被引量：7

8

作者 李波 孙东辉 +1 位作者 魏建平 张路路 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期35-40,共6页

为了研究煤体渗透率与压力梯度之间的关系,在考虑煤体吸附变形的基础上建立了煤体渗透率与瓦斯压力梯度的数学模型,并在恒温条件下进行同一压力梯度不同吸附平衡压力的条件下和同一吸附平衡压力不同压力梯度条件下的渗流实验。研究结果... 为了研究煤体渗透率与压力梯度之间的关系,在考虑煤体吸附变形的基础上建立了煤体渗透率与瓦斯压力梯度的数学模型,并在恒温条件下进行同一压力梯度不同吸附平衡压力的条件下和同一吸附平衡压力不同压力梯度条件下的渗流实验。研究结果表明:在较低的孔隙压力条件下,煤体渗透率随着吸附平衡压力和压力梯度的增加而减小;建立的渗透率动态演化模型能够较好地描述煤层瓦斯抽采过程中瓦斯的流动规律。研究结果可以为我国煤矿瓦斯治理和抽采工作提供一定的理论支撑,具有一定的指导和实践意义。 展开更多

关键词 渗透率 压力梯度 瓦斯 吸附平衡

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煤铝共生缓倾斜薄矿床分层诱导协同开采方案研究 被引量：6

9

作者 王春 展帅菲 +1 位作者 王怀彬 胡亚超 《金属矿山》 CAS 北大核心 2020年第5期101-108,共8页

某煤铝共生矿的煤层近似平行赋存于铝土层之上,且二者倾角小、厚度薄,实现该矿煤铝共生缓倾斜薄矿床安全高效开采的难点在于瓦斯处理、开采工艺协调以及煤岩层稳定性控制。首先提出了先煤层后铝土层、先铝土层后煤层、煤层铝土层交替、... 某煤铝共生矿的煤层近似平行赋存于铝土层之上,且二者倾角小、厚度薄,实现该矿煤铝共生缓倾斜薄矿床安全高效开采的难点在于瓦斯处理、开采工艺协调以及煤岩层稳定性控制。首先提出了先煤层后铝土层、先铝土层后煤层、煤层铝土层交替、煤层铝土分层诱导协同4种开采模式;然后结合该煤铝共生矿床的实际开采技术条件,从瓦斯处理、通风、排水等方面对比分析了4种开采模式的优缺点,认为煤层距离铝土层较近时采用分层诱导协同开采模式最合理。基于该矿床的实际工程地质条件,提出了煤铝共生缓倾斜薄矿床分层诱导协同开采底盘漏斗出矿开采方案,并对采场结构、回采工艺、采场通风、协同开采顺序等进行了设计。以设计的方案为载体,再次对4种开采模式进行了分析,认为分层诱导协同开采方案不仅经济效益最佳,而且可确保开采过程中人员、设备的安全。 展开更多

关键词 协同开采 煤铝共生 分层诱导 缓倾斜薄矿床 开采方案

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浅埋单一关键层断裂覆岩压力成拱效应及分布特征 被引量：2

10

作者 赵雁海 周晨华 +1 位作者 张新 袁驰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期1-11,共11页

我国神东矿区赋存有大量埋深浅且基岩薄的厚煤层,浅埋长壁工作面顶板岩层结构形式和矿压显现具有特殊性,为探究采场断裂覆岩荷载传递特征及承载状态,针对浅埋薄基岩工况条件下断裂结构顶板岩层压力传递成拱特点,以单一关键层断裂覆岩为... 我国神东矿区赋存有大量埋深浅且基岩薄的厚煤层,浅埋长壁工作面顶板岩层结构形式和矿压显现具有特殊性,为探究采场断裂覆岩荷载传递特征及承载状态,针对浅埋薄基岩工况条件下断裂结构顶板岩层压力传递成拱特点,以单一关键层断裂覆岩为研究对象,根据采场断裂岩层回转下沉运动中的典型受压状态,讨论岩层接触面和关键块内压应力传递路径及分布特征,分析覆岩关键块内集中压应力的拱效应形成机制。通过构建断裂覆岩铰拱结构力学模型,解析推导了对应覆岩铰拱结构的拱轴力求解公式,分析了周期断裂覆岩关键块回转接触特征及应力传递规律。以神东矿区大柳塔矿典型浅埋单一关键层煤层开采为工程背景,利用块体离散元UDEC软件构建煤岩层数值模型,考虑工作面沿最大主应力方向推进情况,对不同采动阶段断裂覆岩结构形式和主应力演化特征进行模拟分析,获得了初次断裂及周期断裂覆岩承载区域分布规律。结果表明:成拱区域拱脚、拱肩和拱顶区域主应力分布符合二次函数抛物线规律,拱脚主应力沿竖直方向由下向上呈递减分布,而拱肩和拱顶主应力呈递增分布,拱腰主应力分布呈过渡性变化。通过分析主应力集中带关键部位最大主应力拟合规律及垂直应力分布特征,明确了主压应力成拱效应影响下铰拱结构、台阶结构和砌体梁结构断裂覆岩前后支撑区域的承载状态。 展开更多

关键词 浅埋采场 关键层 覆岩结构 主应力 演化特征

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深部巷道钻孔卸压机理及关键参数确定方法与应用 被引量：55

11

作者 王猛 王襄禹 肖同强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1138-1145,共8页

基于围岩强度参数衰减规律的室内试验结果,对FLAC3D应变软化模型进行了二次开发,以现场实测矿压显现规律作为已知特征值,反演了岩体力学参数。分析了深部巷道钻孔卸压机理,提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价... 基于围岩强度参数衰减规律的室内试验结果,对FLAC3D应变软化模型进行了二次开发,以现场实测矿压显现规律作为已知特征值,反演了岩体力学参数。分析了深部巷道钻孔卸压机理,提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标,初步将卸压程度分为非充分卸压、充分卸压和过度卸压3类,系统研究了卸压钻孔参数(长度、直径和间排距)对深部巷道围岩稳定性的动态作用规律,提出了影响卸压效果的各关键参数的确定方法,完善了钻孔卸压技术体系。工程应用效果表明,采用卸压钻孔参数确定方法设计的卸压方案,围岩控制效果显著,且该方法简单易行。 展开更多

关键词 深部巷道 钻孔卸压 强度弱化 关键参数 围岩控制

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基于流-固-热耦合的深部煤层气抽采数值模拟 被引量：47

12

作者 范超军 李胜 +3 位作者 罗明坤 杨振华 张浩浩 王硕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3076-3085,共10页

为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分... 为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分析不同地应力、初始渗透率、储层压力和温度等深部特征参数以及不同埋深条件下煤层气抽采的储层参数和产气演化规律。结果表明:渗透率变化为地应力增加、温度降低和煤层气解吸引起的煤基质收缩效应与储层压力降低引起的煤基质膨胀效应的综合竞争结果;随着煤层气和水被采出,储层温度降低和煤层气解吸占主导,储层渗透率升高;地应力对深部储层渗透率比例的变化起着主要作用,初始渗透率对产气速率起着控制作用;当煤层埋深小于临界埋深时,产气量随埋深逐渐增加,达到临界埋深后,产气量随埋深逐渐降低;低渗透率是制约埋深超千米的气井高产的关键。 展开更多

关键词 煤层气抽采 深部储层 流-固-热耦合模型 气-水两相流 产气量 渗透率

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基于核磁共振和低温氮吸附的煤层酸化增透效果定量表征 被引量：26

13

作者 李胜 罗明坤 +2 位作者 范超军 毕慧杰 任延平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1748-1756,共9页

针对某些煤储层中的孔隙和裂隙被方解石、白云石等矿物或杂质堵塞致使煤层渗透率降低的问题,提出一种煤层酸化增透方法。利用核磁共振(NMR)和低温氮吸附实验表征了煤样酸化前后的比表面积、孔隙体积、孔隙度、渗透率、孔径分布及核磁成... 针对某些煤储层中的孔隙和裂隙被方解石、白云石等矿物或杂质堵塞致使煤层渗透率降低的问题,提出一种煤层酸化增透方法。利用核磁共振(NMR)和低温氮吸附实验表征了煤样酸化前后的比表面积、孔隙体积、孔隙度、渗透率、孔径分布及核磁成像等特性参数,分析了酸化作用下煤的细观结构变化规律。测试结果表明,煤样经酸化处理后,饱和水状态的NMR信号量增加,残余水状态的NMR信号量降低,T_2谱的中大孔峰(T_2>20 ms)的变化较大,NMR所表征的总孔隙度、有效孔隙度、渗透率均增加,残余孔隙度、T_2截止值降低;低温氮吸附所表征的比表面积和总孔隙体积均增加,且主要集中增加在10 nm左右的孔隙,但高煤阶煤增加不明显。NMR图像直观地反映了煤样酸化前后内部孔隙结构的变化特征,为揭示酸化增透的微观演变过程提供了新的手段。煤样初始孔隙越发育或孔隙裂隙中可溶性矿物质越多,所表征的特征参数变化越大,酸化增透效果越好。 展开更多

关键词 酸化增透 核磁共振 低温氮吸附 核磁成像

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软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术 被引量：24

14

作者 王平 冯涛 +5 位作者 蒋运良 刘海 李立新 余伟健 朱永建 鲁义 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2953-2965,共13页

针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动... 针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板“抛物线-半双曲线”扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以“抛物线”形式向上扩展,横向上以“半双曲线”形式延伸。巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。根据该模型计算发现,此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了“护底→固帮→控顶”的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了“强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制”的支护原则,具体形成了“双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器”的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用“三支一体”支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。 展开更多

关键词 再生顶板 破坏机理 围岩控制 组合支护

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不同围压下闭合单裂隙砂岩力学响应及能量耗散机制研究 被引量：19

15

作者 于辉 刘少伟 +1 位作者 贾后省 王树立 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期385-393,共9页

基于室内单轴压缩试验结果进行细观参数标定,开展了不同围压下闭合单裂隙砂岩的PFC2D颗粒流模拟试验,研究了围压及裂隙倾角对裂隙砂岩应力-应变曲线、宏细观损伤及裂隙扩展等力学特征的影响规律,阐述了能量耗散机制。结果表明:裂隙倾角... 基于室内单轴压缩试验结果进行细观参数标定,开展了不同围压下闭合单裂隙砂岩的PFC2D颗粒流模拟试验,研究了围压及裂隙倾角对裂隙砂岩应力-应变曲线、宏细观损伤及裂隙扩展等力学特征的影响规律,阐述了能量耗散机制。结果表明:裂隙倾角α对试样峰值强度的影响基本呈先下降后上升的趋势,断裂角β随α增加逐渐减小,宏观裂纹最终从预制裂隙尖端向试样两个对角点贯通;内部裂纹演化主要经历弹性压缩变形-稳定发展-不稳定发展-峰后加速破裂4个阶段,峰值点处裂隙两端产生了明显裂纹带,以张拉裂纹为主;随围压增大试样耗散能、应变能、边界能逐渐增加且呈线性正相关,增长速率边界能>应变能>耗散能,峰前损伤变量较小,峰后损伤变量迅速增大,倾角对耗散能影响较小,围压对能量演化具有关键作用。 展开更多

关键词 闭合单裂隙 围压 损伤 能量 颗粒流

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巷道底板软弱夹层厚度对底鼓影响的模拟分析 被引量：15

16

作者 李新旺 孙利辉 +1 位作者 杨本生 李强强 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期504-510,共7页

地层中软弱夹层对地下工程的稳定具有重要的影响,为研究巷道底板中软弱夹层在不同应力场环境下对巷道底鼓的影响,通过理论分析、数值模拟方法,分析了不同厚度夹层在不同埋深和不同侧压系数条件下巷道底板变形特征、底板岩层破坏规律及... 地层中软弱夹层对地下工程的稳定具有重要的影响,为研究巷道底板中软弱夹层在不同应力场环境下对巷道底鼓的影响,通过理论分析、数值模拟方法,分析了不同厚度夹层在不同埋深和不同侧压系数条件下巷道底板变形特征、底板岩层破坏规律及其对底鼓发生的影响。研究结果表明:浅埋深条件下巷道底鼓与夹层厚度、侧压系数呈正相关;中等埋深条件下巷道底鼓与较薄夹层、侧压系数呈正相关,而巷道底鼓量与较厚夹层、侧压系数呈先正相关后负相关;深埋条件下巷道底鼓与夹层厚度、侧压系数呈先正相关后负相关;浅埋深条件下软弱夹层及中等埋深条件下的较薄软弱夹层在巷道底鼓中起到弱化底板岩体的作用,中等埋深条件下较厚软弱夹层及深埋条件下软弱夹层在巷道底鼓中起到吸能和阻隔应力释放的作用;弱化底板岩体条件底鼓控制采用加固的方法,吸能和阻隔应力释放条件底鼓控制采用浅部岩体加固、深部岩体卸压的方法。 展开更多

关键词 软弱夹层 底鼓 侧压系数 夹层厚度 埋深

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长壁开采覆岩内水平定向长钻孔位置特征与卸压瓦斯抽采机理 被引量：11

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作者 郭明杰 郭文兵 +3 位作者 赵高博 袁瑞甫 王雨生 白二虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3750-3765,共16页

长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有... 长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例验证等方法研究了采动覆岩内水平定向长钻孔的位置特征与卸压瓦斯抽采机理。阐述了水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术原理,结合室内试验、数值模拟分析了水平定向长钻孔的3个位置特征:①钻孔布置位置区域瓦斯积聚程度高,为钻孔抽采瓦斯提供浓度条件;②钻孔布置位置区域裂隙较为发育,为钻孔抽采提供瓦斯源保障;③钻孔布置位置区域岩层受采动影响较小,为钻孔提供稳定性条件。在此基础上,从采动裂隙内瓦斯积聚程度、采动岩层渗透率和采动钻孔稳定性3个方面揭示了水平定向长钻孔布置抽采机理,提出了水平定向长钻孔的位置判据,给出了确定钻孔抽采位置的方法流程,并通过数值模拟、工程实例进行了合理性验证。研究结果表明:依据钻孔位置判据进行钻孔布置抽采的最大瓦斯抽采纯量达2.59 m^(3)/min,为其他对比钻孔的2.56倍;在定向长钻孔抽采作用下,回风巷最大瓦斯体积分数为0.11%~0.72%,风排瓦斯量为0.69~2.79 m^(3)/min,验证了按照钻孔位置确定方法进行钻孔布置抽采的合理性。研究成果可对矿井布置水平定向长钻孔抽采采空区卸压瓦斯提供技术依据,进而提高矿井卸压瓦斯抽采率、促进煤矿绿色开采技术发展。 展开更多

关键词 长壁开采 水平定向长钻孔 位置特征 卸压瓦斯 抽采机理

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冲击载荷对煤样表面裂纹扩展特征影响研究 被引量：14

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作者 赵洪宝 张欢 +2 位作者 王中伟 琚楠松 魏子强 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期280-288,共9页

以型煤和原煤试样为研究对象,以自行研发的落锤式冲击加载试验装置、基于细观分析的微结构演化三维自动测控试验装置和煤岩表面微结构动态演化三维细观监测软件为主要研究设备,对冲击载荷作用下煤样表面裂纹扩展规律进行了试验研究.结... 以型煤和原煤试样为研究对象,以自行研发的落锤式冲击加载试验装置、基于细观分析的微结构演化三维自动测控试验装置和煤岩表面微结构动态演化三维细观监测软件为主要研究设备,对冲击载荷作用下煤样表面裂纹扩展规律进行了试验研究.结果表明:冲击荷载使两类试样表面产生自上而下与冲击方向呈锐角分布的裂纹;表面裂纹形态呈锯齿状,且裂纹扩展遇坚硬颗粒时表现为穿晶与绕晶扩展模式相结合,并可能产生分岔,总体呈S型扩展;与型煤相比,原煤表面裂纹的变化频率、形态的粗糙度、分岔频率和穿晶扩展的比例均较低;随着冲击次数的增加,煤样表面裂纹宽度扩展表现为渐进式与突变式2种,表面裂纹扩展方向表现为随着冲击次数增加呈"高速变化-平缓发展-急速变化"3段式;坚硬颗粒阻碍煤岩表面裂纹扩展,原生裂隙对其具有双重作用,非均质性使其起裂位置和扩展路径具有很强的随机性;提出了1种表征煤岩表面裂纹扩展路径的函数;受相同作用后,原煤表面裂纹的分形维数大于型煤;随着冲击载荷增加,煤样表面裂纹分形维数呈减小趋势,各裂纹间分形维数的差异也逐渐减小. 展开更多

关键词 冲击载荷 原煤 型煤 表面裂纹 分形维数

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基于多物理场耦合的顺层钻孔瓦斯抽采参数优化研究 被引量：14

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作者 刘佳佳 贾改妮 +1 位作者 王丹 马权 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第7期115-119,156,共6页

为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采... 为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采1 d时有效抽采半径为0.38 m,钻孔抽采10 d时有效抽采半径的范围仅增加1.55倍,抽采180 d时有效抽采半径的范围增加8.26倍;在高瓦斯压力区域,煤层钻孔周围煤体的孔隙率、渗透率呈现下降趋势,随着钻孔抽采影响程度的减小,煤基质解吸收缩效应逐渐加强,孔隙率、渗透率下降趋势逐渐缓慢,模拟结果与理论分析相吻合;随着抽采钻孔直径的增加,钻孔周围煤体的瓦斯压力降低范围逐渐增大,有效抽采半径与钻孔直径之间满足幂函数关系,在保证钻孔抽采效果的前提下,确定某矿29031工作面最合理的钻孔直径为94 mm。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 顺层钻孔 Klinkenberg效应 多物理场 流固耦合

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褐煤酸碱预处理-微生物气化联产H_2-CH_4的实验研究 被引量：14

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作者 夏大平 陈曦 +1 位作者 王闯 苏现波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3221-3228,共8页

为探讨酸、碱处理煤的发酵联产生物气生成特征,对新疆伊宁矿区褐煤进行酸、碱预处理,以焦作古汉山矿井水为菌源进行发酵联产H_2-CH_4实验。对联产后的产气量、气体组分、HPE活性、COD质量浓度进行测定分析,对产气后煤样进行XRD和红外测... 为探讨酸、碱处理煤的发酵联产生物气生成特征,对新疆伊宁矿区褐煤进行酸、碱预处理,以焦作古汉山矿井水为菌源进行发酵联产H_2-CH_4实验。对联产后的产气量、气体组分、HPE活性、COD质量浓度进行测定分析,对产气后煤样进行XRD和红外测试。结果发现:(1)碱处理煤的产氢效果最佳,产气总量为20.25 mL/g,酸处理煤次之为17.05 mL/g,而原煤的产氢效果最差为14.4 mL/g;(2)HPE活性测定规律基本与之对应,碱处理煤产氢后菌体的氢化酶活性最优为4.35 mL/(mg·min);(3)酸处理煤的联产甲烷效果最好,产气总量为23.35 mL/g,而原煤和碱处理煤的联产甲烷效果基本一致;(4)联产中液相COD质量浓度均呈下降状态;(5)经预处理煤样的有机质降解率高,大分子结构更易被降解。实验结果得出了预处理煤联产生物气的生成特征,证实了联产H_2-CH_4有利于煤的资源化利用,明显提升了能源转化率。 展开更多

关键词 预处理 发酵联产 生物气 生成特征

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