坚固性系数对构造煤应力-应变及瓦斯渗透性影响

在三轴渗流仪的基础上自主研发出一种气固耦合三轴伺服渗流实验装置,以坚固性系数f小于0.5的原煤试件为研究对象,结果表明:坚固性系数在0.26~0.48范围内的松软构造煤在应力-应变加载过程中同样经历了5个阶段,然而在坚固性系数较小时则表现为应力跌落范围的逐渐减小或消失;从同一矿区制取的原煤试件瓦斯渗透率随着坚固性系数的增加而增大,且符合二次多项式K=af2+bf+c。     

坚固性系数对含瓦斯煤渗透率影响的实验研究

为了研究煤的坚固性系数与含瓦斯煤渗透率之间的关系,以贵州五轮山、玉舍及响水煤矿3层坚固性系数符合梯形分布煤层的煤样为研究对象,利用自主研发的三轴渗透仪,进行了不同坚固性系数条件下,恒温-变平均有效应力和恒平均有效应力-变温的三轴渗流实验,结果表明:(1)含瓦斯煤的渗透率随平均有效应力的增大而减小,并服从形如K(σ)=ke-λσ的负指数分布,且含瓦斯煤渗透率的减小趋势与煤体所受平均有效应力的大小有关;(2)同一坚固性系数煤样的渗透率随温度的增加而降低;(3)相同实验条件下,含瓦斯煤的渗透率随煤样坚固性系数的增加而增加;(4)相同的平均有效应力条件下,煤的坚固性系数对含瓦斯煤渗透率的影响程度大于温度对渗透率的影响。研究结果对贵州瓦斯灾害的防治提供了一定的理论依据。     

破碎岩体应力-渗流耦合模型及数值模拟研究

为了解决地下矿山岩体防渗及顶底板突水问题,设计破碎岩体应力-渗流耦合试验,分析岩体破坏特征及渗透率变化特征,并揭示应力-渗流耦合试验中岩体的致灾演变规律;结合D-P准则演化推导岩体应力-渗流耦合力学模型,从力学角度解释岩体破坏过程;推导应力-渗流耦合模型在FLAC3D中的有限差分程序,实现耦合模型的二次开发应用.研究表明:岩体的渗透率变化规律可划分为4个阶段(孔隙压密阶段、弹性变形阶段、塑性强化变形阶段及破坏后阶段),其中在塑性强化阶段渗透率产生明显提升并持续增长;增大孔隙水压,岩体泊松比上升,弹性模量下降,破坏角减小,岩体弱化效果明显,破坏形式由主剪切破坏逐渐向次生裂隙的张拉剪切破坏过渡;增大孔隙水压,模型参数F0和m分别以指数形式减小和增大,岩体峰值强度降低,高压水的存在使得岩体劣化程度增加,增大了裂隙发育程度,从而导致突水致灾危险性增加.     

地面井预抽瓦斯应力-渗流耦合数值模拟研究

基于弹性力学、渗流力学等理论,建立了地面井预抽瓦斯应力-渗流耦合模型,在此基础上结合工程实例,分析了地应力对瓦斯抽采效果的影响。计算结果表明:在地面井抽采作用下,煤层瓦斯压力不断减小,且地应力越大,瓦斯压力下降速度越慢;随着抽采的持续进行,造成煤体的有效应力增加和渗透率降低,同时由于瓦斯解吸,煤层孔裂隙重新变大和渗透率增加,2种效应共同作用下煤层渗透率总体呈现非线性增加趋势;地应力对地面井抽采效率影响显著,两者呈现负相关关系,即随着地应力的增加,煤层中的基质孔隙率下降和裂隙趋于闭合,造成煤层渗透性下降,最终导致了瓦斯抽采量的下降。     

煤的坚固性系数对瓦斯运移的影响

以不同坚固性系数条件下的三轴渗透实验数据为基础,结合渗流力学的基本理论,推导出考虑坚固性系数条件的瓦斯渗流方程,选取贵州五轮山8#煤层构建模型,并通过有限元软件COMSOL Multiphysics计算模拟,得出受坚固性系数影响时,煤层内瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯流速及瓦斯渗透率的变化规律,模拟结果与实验结论保持了较好的一致性。     

坚固性系数与瓦斯放散初速度关联性探讨

针对目前因指标不精确而导致突出危险性预测失准的现象,为探究矿井常用综合指标K值的合理性,文章从组成K值指标的两个单项指标f值与ΔP各自的影响因素入手,分析两个指标的相关性关系并建立两指标的预测模型。结果显示：f值与ΔP具有共同不可控影响因素,且各个因素对两个指标作用效果截然相反;各个不可控影响因素都是通过改变煤体比表面积而影响f值与ΔP;f值与ΔP呈负相关关系,两者之间的相关性是由其共同影响因素决定的;根据各个影响因素与两指标之间关系,建立两个指标的预测模型,以九里山矿为例验证了模型的可靠性。     

含瓦斯煤THM耦合模型建立

在建立THM耦合模型所需的9条基本假设基础上,综合应用弹性力学、渗流力学、传热学理论,以含瓦斯煤系统为研究对象,建立了体现含瓦斯煤"三场"真正意义上的双向完全耦合数学模型。该模型包括含瓦斯煤应力场、渗流场、温度场方程和各场的定解条件,揭示了含瓦斯煤系统内渗流、变形和变温之间的内在联系。所建的模型是煤层瓦斯传统渗流理论和流固耦合理论的推进。     

渗流-应力耦合作用下巷道预排瓦斯等值宽度研究

准确确定巷道预排瓦斯等值宽度,对于矿井瓦斯涌出量预测、抽采达标评判及提高掘进工作面瓦斯灾害防治效果具有重要意义。为了确定合理的巷道预排瓦斯等值宽度,推导了考虑应变软化和扩容特性的巷道周围煤体弹塑性力学模型,得到了巷道周围煤体应力及体积应变的解析表达式,以渗透率为桥梁建立了考虑巷道卸压及基质收缩效应的瓦斯运移耦合模型,得出了巷道周围煤体瓦斯运移规律及影响因素,确定了不同条件下的巷道预排瓦斯等值宽度。研究结果表明:巷道周围煤体瓦斯运移受到应力场和渗流场的控制,巷道卸压范围越大,其周围煤体渗透率提高得越多,越有利于瓦斯排放;排放时间、煤层透气性系数、地应力、煤体强度、支护应力、巷道尺寸和煤变质程度是影响巷道预排瓦斯等值宽的主要因素;排放时间60、120、180、240 d的巷道预排瓦斯等值宽度分别为9.2、11.9、13.8、15.3 m,随着排放时间的增加而增大;较难抽采煤层排放180 d的巷道预排瓦斯等值宽度小于15m,可以抽采煤层为15～20 m,容易抽采煤层厚度大于20 m,巷道预排瓦斯等值宽度随煤层透气性系数的升高逐渐增大;地应力、煤体强度、支护应力和巷道尺寸通过控制煤体变形而影响...     

坚固性系数对不同类型结构煤瓦斯渗透特性的影响

利用三轴渗流实验装置,对新安、新登、演马3个矿区不同类型结构煤的瓦斯渗透率进行了研究,得到以下结论:同一矿区,不同类型结构煤的瓦斯渗透率随着坚固性系数的增大而增大;Ⅱ类煤瓦斯渗透率受坚固性系数的影响较为明显,随着坚固性系数的增加,Ⅱ类煤瓦斯渗透率的增幅是Ⅰ类煤的3倍、Ⅲ类煤的2倍;不同矿区煤的坚固性系数与不同矿区煤的瓦斯渗透率没有必然联系;Ⅱ类煤瓦斯渗透率受外部应力的影响比Ⅰ类、Ⅲ类煤明显。     

采动煤岩体瓦斯渗流-应力-损伤耦合模型

基于摩尔-库伦屈服准则构建了煤岩体弹塑性损伤本构模型,以损伤变量为过渡变量构建了采动条件下煤岩体渗透率-损伤演化方程,运用采动岩体力学、渗流力学、损伤力学等理论建立了采动煤岩体瓦斯渗流-应力-损伤耦合模型,采用FLAC3D软件设计出采动煤岩体瓦斯渗流-应力-损伤耦合计算程序,将所建立的采动煤岩体瓦斯渗流-应力-损伤耦合模型对顾桥煤矿远距离保护层开采下的瓦斯渗流规律进行了数值模拟研究。结果表明,受采动影响被保护层透气性系数为原始透气性系数的1 760倍,瓦斯压力由原来的2.8 MPa降低到0.6 MPa,消除了被保护层的煤与瓦斯突出危险性。     

地应力场和地温场对型煤渗透率影响的实验研究

以贵州玉舍煤矿1号煤层煤样为研究对象,利用自主研发的三轴渗透仪,进行了温度和平均有效应力条件下的三轴渗流实验,分析了两者对渗透率的综合作用,得出随温度的升高,渗透率呈减小趋势,但下降梯度不大;随着平均有效应力的增大,渗透率急剧下降,下降的梯度较大。     

型煤渗透率随温度和有效应力变化的实验研究

为得出温度和有效应力对型煤渗透率的影响规律,采用自制加工的渗透实验装置,在不同温度和有效应力条件下进行型煤的渗透实验。从实验数据的图像看出,恒定温度时,型煤渗透率随着有效应力的增加而递减;恒定有效应力时,型煤渗透率随温度的升高而减小。通过对实验数据进行拟合,发现型煤渗透率与温度和有效应力均呈指数函数变化规律。因此,现场实际应用中,需要综合考虑温度与有效应力对煤层渗透率的影响。     

吸附与应力耦合作用影响下煤体瓦斯渗透规律的实验研究

利用自行研制的真三轴煤岩渗透测试系统对煤样试件进行了不同应力条件下不同吸附瓦斯压力的渗透率测定,研究了吸附与应力耦合作用影响下煤体瓦斯渗透规律。结果表明:在一定应力条件下,随着煤样内瓦斯吸附量的降低,渗透率可能会出现2种情况:一是渗透率将不断地增加;二是渗透率先减小,当减小到最小值后,渗透率将不断增加。在瓦斯压力一定的条件下,降低煤样所受围压,渗透率与围压间较好地符合负指数函数的关系。     

密集钻孔周围透气性与加载应力关系的模型实验

密集钻孔预抽瓦斯防止煤与瓦斯突出已在煤矿中得到应用,瓦斯抽采率与钻孔间距和煤层的透气性密切相关,应用物理模拟实验,以达西定律为测定理论,在不同载荷应力作用下,对2种不同的钻孔直径和间距进行了透气性考察;实验表明,用小直径和大间距的钻孔,其周围透气性随着加载应力的增大而减小,用大直径和小间距的钻孔,最近钻孔测点的透气性随着加载应力的增加而增大,增透半径约为0.8~1.0倍的钻孔直径;离钻孔较远的测点的透气性随着加载应力的增加而减小。     

基于GEO-SLOPE的土石坝应力场—渗流场耦合分析

运用GEO SLOPE的全耦合分析功能对瀑布沟水电站高土石坝应力场─渗流场进行了耦合分析,求解了坝体、坝基深厚覆盖层的水平及垂直向位移分布,同时给出了相应的渗流场分布,分析得到了孔隙水压力随时间的消散情况,最后预测了不同时段通过坝基的渗流量。     

采动应力场与瓦斯渗流场耦合理论研究现状及趋势

随着高强度开采方法的广泛应用,采动应力场与渗流场耦合理论的研究成为国内外研究的热点,通过对国内外相关文献的整理与分析,从采动围岩应力场、裂隙场演化规律、瓦斯渗流理论等方面进行了论述,展望了高强度开采应力场与瓦斯渗流场耦合理论的研究方向和有关发展趋势。高强度开采条件下将应力场与瓦斯渗流场耦合研究是高强度开采条件下保证煤矿安全开采的客观要求,也是解决实际工程中瓦斯安全问题重要的理论基础,对工程实践具有指导意义。     

大功率矿用盘式永磁偶合器软启动瞬态温度场研究

针对大功率矿用盘式永磁偶合器软启动过程中高热损耗、实时变化温度仿真难题,提出将热损耗函数导入瞬态温度场的计算方法。首先对热损耗变化进行理论计算,可知软启动热损耗随时间变化呈三次方函数关系;然后采用流固耦合速度仿真得到散热系数为136.01 W/(m2·K);最终完成软启动瞬态温度分布计算,可知最高温度为70.4℃,软启动30 s完成后,铜盘温度为63.7℃,温升在安全运行标准允许范围内,为大功率永磁偶合器软启动温度调控研究提供了理论依据。     

温度及应力对黏土岩渗透损伤特性的影响

为了探索温度及应力对黏土岩渗透和损伤特性的影响,从试验和理论模型出发,开展了黏土岩在不同温度及应力环境下的强度、变形特征,以及渗透特性和损伤演化过程的研究。研究结果表明：温度对黏土岩具有明显的损伤劣化作用,温度越低,围压越高,黏土岩的强度越大;相同围压下,温度越高,相应的渗透性越强,相同温度下渗透率随围压升高而减小;黏土岩的渗透系数随应力加载经历了“减小—增大—略有回落”3个阶段,体积应变拐点是渗透性由减至增的分界点;温度越高,围压越小,“实损伤”发展越快。基于试验结果,建立了温度—渗流—应力三场耦合计算本构模型,该模型能较好地模拟各温度及应力环境下黏土岩的渗透变化过程。     

水分对含瓦斯煤渗透特性影响的试验研究

以贵州玉舍煤矿3号煤层煤样为实验对象,利用自行研发的三轴渗透仪,进行了不同含水率条件下恒平均有效应力—变温度的三轴渗流实验。研究结果表明:型煤渗透率受水分的影响较敏感,渗透率与水分成反相关关系,并服从指数分布,且含水率越高,型煤的渗透率降低幅度越大;各种实验条件下,含瓦斯煤烘干煤样的渗透率均大于含水煤样的渗透率,且烘干煤样与含水煤样渗透率之间的减小幅度与含瓦斯煤样所受的平均有效应力大小有关;随着温度的增加,干燥煤样和含水煤样渗透率均呈减小趋势,但在55℃后,含水煤样渗透率略有增大。实验结论为贵州瓦斯灾害防治和煤层气的开发利用提供了理论依据。