吸附气体对突出煤渗流特性的影响

煤层中瓦斯渗流特性不仅受地应力、煤孔隙结构等因素的影响,还因气体吸附而发生变化。以重庆市万盛区某煤矿突出煤层原煤为实验对象,在有效轴向应力和有效围压为1 MPa条件下,利用自制的三轴渗流试验机研究突出煤吸附二氧化碳、甲烷气体对渗流特性的影响。结果表明:1突出原煤吸附-渗流过程具有明显的阶段特征,煤体变形经历了初始快速变形阶段、缓慢变形发展阶段、变形稳定阶段、收缩变形阶段和渗流稳定阶段;2气体压力越大,煤体膨胀变形越大,相同气体压力下,煤体吸附二氧化碳变形增量大于吸附甲烷变形增量;3随着气体压力的增大,气体渗流速度逐渐增大,呈显著的指数函数关系,突出煤渗透率先减小后增大,具有明显的阶段性。     

分阶段卸荷过程中构造煤的力学特征及能量演化分析

采用恒定轴压以不同卸荷速率分阶段卸围压的方式,分别对初始围压不同的三组煤样进行卸荷试验,然后对比分析了构造煤常规三轴加载和分阶段卸荷试验的应力-应变曲线特征,并从能量演化的角度分析了分阶段卸荷过程中煤样的能量变化规律。试验结果表明,构造煤分阶段卸围压试验的力学强度和变形能力明显小于常规三轴加载试验。分阶段卸荷过程中构造煤的偏应力和应变变化均呈现明显的阶梯状。在卸荷段,围压对试件的变形起到了限制作用,围压越大,应变增量越小、卸荷段越多;卸荷速率通过改变围压卸荷量影响应变变化,但相同卸荷速率时,围压越大应变增量越小;在恒压段,试件的应变变化呈现蠕变特征,通过数据拟合得到了其叠加开尔文体的蠕变方程。分阶段卸围压过程中,围压卸荷诱发弹性应变能持续释放,煤样吸收的总能量不断增加,其转化的耗散能也不断增大;围压卸荷速率越大,弹性应变能释放越快,耗散能变化率也越大,煤样强度衰减也更快;并且相同卸荷速率条件下,围压越小弹性应变能变化率也较小。     

不同应力状态下盐岩的损伤恢复

为了研究不同应力状态下盐岩的损伤恢复,实验对单向、双向和三轴3种应力状态下损伤盐岩试件进行了恢复对比实验。旨在探寻力学作用下岩盐损伤恢复的宏观现象。实验结果表明：由于应变硬化的存在,利用弹性模量评价盐岩这类软岩的损伤恢复是具有局限性的;盐岩极限强度、盐岩到达极限强度所需能量与能量比值能良好反应应力作用状态下盐岩损伤恢复的变化情况;适当增加围压对损伤盐岩试件的恢复有促进作用,三相应力相同的条件下的初始轴压对损伤恢复却具有一定的抑制作用。因而,在盐腔稳定性维护过程中,最佳的数据系统应在考虑盐腔可控应力与地应力间的关系下建立。     

盐岩巴西劈裂损伤愈合特性实验研究

盐岩的损伤愈合特性对地下盐穴储库的长期密闭性具有重要影响。为了探究损伤盐岩的愈合特性,设计了巴西劈裂损伤盐岩的自愈合实验。在无应力条件下,让巴西劈裂损伤盐岩在不同湿度条件下愈合120 d,通过实验过程中试样渗透率的变化定量判断损伤盐岩愈合程度,探究了损伤盐岩在不同湿度和恢复时间条件下的愈合效果;同时,通过扫描电子显微镜对损伤盐岩愈合后的细观形貌进行了观察,探讨了盐岩损伤愈合的细观机制。本实验中,利用实验前后渗透率的变化作为损伤盐岩愈合的表征手段,有效避免了以往研究中利用试样强度和弹性模量作为损伤愈合表征手段时因应变硬化导致的结果不可靠的情况。实验结果表明,在无应力作用条件下,在无外界水分供给环境中试件经过120 d后仍然没有发现愈合,证明水分是损伤愈合的必要条件。研究表明,时间和湿度对盐岩的损伤愈合具有重要影响,盐岩的损伤愈合效果在实验范围内随着时间的增长和湿度的增大而增强,但增强速度呈指数降低,意味着过大的湿度和过长的时间难以有效提高盐岩损伤愈合效果。      

层状盐岩小井间距双井水溶造腔流场相似模拟研究

为解决层状盐岩单井水溶造腔过程中建槽周期长,提管工艺复杂等问题,开展层状盐岩小井间距双井水溶造腔技术研究。拟采用选定物理法建立相似试验平台,探讨小井间距双井水溶造腔流场及浓度场特征,揭示双井水溶溶腔腔体扩展与流场的联系。结果表明：双井水溶造腔过程中腔体流场可以划分为4个区域：边界溶蚀区、浮羽流区、对流扩散区和底部饱和区,各个区域相互影响。浮羽流区是驱动流体运移的关键区域,根据浮羽流区流场特征建立相应的流场模型;根据宏观流动特征,对流扩散区分为强扩散区和弱扩散区;边界溶蚀区对双井水溶溶腔腔体扩展有显著影响;饱和区示踪特征不明显但浓度分层明显。通过对比分析双井造腔和单井造腔模型试验结果,发现双井水溶造腔工艺有利于盐穴建槽期,研究为小井间距双井水溶造腔技术的应用提供一定的理论基础,对盐穴储气库的优化建造具有重要意义。     

考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型

现行隧道自稳时间解析法中未考虑地下水的软化作用,导致过高估计亲水软化性岩石的围岩质量。以具有典型软化特性的石膏岩为研究对象,探索水的软化作用对隧道围岩自稳时间的影响。采用试验和理论相结合的方法研究围岩自稳时间。首先,进行不同浸水时间下的石膏岩软化试验,研究其软化规律;通过试验获得石膏岩吸水率、弹性模量和泊松比分别与浸水时间之间的定量关系;在弹性模量与浸水时间及泊松比与浸水时间的定量关系中,引入完整性系数和富水系数,建立岩体力学参数软化方程。然后,基于经典的圆形轴对称隧道弹性解,考虑掌子面对隧道轴向位移的影响,推导出隧道临空面处无支护状态下的位移公式;把岩体力学参数软化方程嵌入此位移公式中,获得考虑软化效应的临空面位移解。最后,在此位移解中引入活跃跨度和围岩的临界位移值,建立考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型。该模型考虑了围岩体工程特性、岩石力学特性及岩石软化特性,能输出自稳时间与活跃跨度之间的关系曲线。经自洽分析法检验,该模型中自稳时间随各参数的变化规律与实际情况相符,模型具有自洽性。模型被应用于评价礼让隧道石膏围岩的自稳时间,现场反馈结果表明该模型更适合于现场应用。     

智能化露天矿的核心概念与建设战略

从信息论、系统论、控制论角度,对智能化露天矿的概念与定义进行了阐述,提出智能化露天矿的核心在于基于信息技术获取量化数据的规律,并据此做出科学决策、进而对大系统进行精准的控制.针对传统的露天矿信息化建设工作中“信息化、数字化、自动化、智能化”等关键术语给出了定义,对其逻辑关系进行了剖析.提出露天矿“数字化、自动化、智能化”同步建设原则,归纳了各阶段主要建设内容.提出智能化露天矿建设应采取“应用一代、布局一代、探索一代”的发展战略,当前矿山企业在整体投入比重上,要确保“应用一代>布局一代>探索一代”.     

盐岩应变硬化自弱化现象研究

 为探究盐岩的应变硬化自弱化现象及机制,拟通过单轴压缩卸载、静置、二次加载试验来研究盐岩自弱化后强度指标和变形指标的变化规律。并基于位错理论,对自弱化的微观机制进行阐述。研究结果表明：(1) 盐岩自弱化后的强度和弹性模量随静置时间(弱化时间)的变长而呈现弱化趋势;且4 h之前弱化趋势明显,之后趋势特征不明显。(2) 盐岩弱化后的泊松比和等容变形率在4 h前后有台阶特征。泊松比的前台阶值小于后台阶值,等容变形率的前台阶值大于后台阶值。(3) 盐岩自弱化现象是应变硬化后位错在内部残余应力(摩擦力和位错弹性力)的作用下逐渐远离集中区,均匀化的结果。     

考虑气体压力的三轴煤与瓦斯突出模拟实验

为了深入探索煤与瓦斯突出演化规律及其孕灾机理,利用自主研发的基于气体驱动多场煤与瓦斯突出试验系统,进行了原煤在不同气体压力和不同应力条件下的煤与瓦斯突出试验,研究了煤样在突出后的损伤破坏特征。得到如下结论:煤样的突出破坏强度随气体压力的增大而增大,特别是气体压力超过临界值2.2 MPa时,会产生喷出煤粉的强烈突出现象;原煤突出后不仅有粉化的煤粉,还有大颗粒的煤和小煤块,从而出现封堵突出口、抑制突出的现象;在煤样没有发生喷出煤粉的强烈突出时,随着轴压或围压的增大,煤样突出破坏强度有减小的趋势;通过分析突出口气体压力的演化规律,可预判煤样突出破坏的程度。     

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0.65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。