三维动静组合加载下花岗岩能量耗散试验研究

利用改造的三维霍普金森试验系统(split Hopkinson pressure bar, SHPB),选取4个轴压水平(25, 50, 75和100 MPa)和4个围压水平(0, 5, 10和15 MPa),对应开展4种应变率(约70, 90, 110和130 s^-1)下花岗岩三维动静组合加载试验研究,分析静载轴压、静载围压和应变率对花岗岩受冲击过程中能量耗散的影响规律,并讨论其破坏模式。试验结果表明:轴压增大时,花岗岩破坏时单位体积吸收能逐渐降低;围压或应变率增大时,单位体积吸收能逐渐升高。岩石储能极限在能量耗散过程中发挥关键作用,且不同情况下具体表现不同:储能极限与初始储能的差值影响岩石受冲击时的吸能值;当岩石在静载下进入损伤阶段初期时,储能极限与初始储能的比值决定岩石受冲击时的释能值;当岩石在静载下进入损伤阶段后期甚至发生屈服时,储能极限值正比于岩石释能值。此外,岩石破坏模式与单位体积耗散能关系密切:应变率相似静载组合变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈负相关;静载组合确定应变率梯度变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈正相关。     

三维动静组合加载下花岗岩能量耗散试验研究

利用改造的三维霍普金森试验系统(split Hopkinson pressure bar, SHPB),选取4个轴压水平(25, 50, 75和100 MPa)和4个围压水平(0, 5, 10和15 MPa),对应开展4种应变率(约70, 90, 110和130 s^-1)下花岗岩三维动静组合加载试验研究,分析静载轴压、静载围压和应变率对花岗岩受冲击过程中能量耗散的影响规律,并讨论其破坏模式。试验结果表明:轴压增大时,花岗岩破坏时单位体积吸收能逐渐降低;围压或应变率增大时,单位体积吸收能逐渐升高。岩石储能极限在能量耗散过程中发挥关键作用,且不同情况下具体表现不同:储能极限与初始储能的差值影响岩石受冲击时的吸能值;当岩石在静载下进入损伤阶段初期时,储能极限与初始储能的比值决定岩石受冲击时的释能值;当岩石在静载下进入损伤阶段后期甚至发生屈服时,储能极限值正比于岩石释能值。此外,岩石破坏模式与单位体积耗散能关系密切:应变率相似静载组合变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈负相关;静载组合确定应变率梯度变化时,破碎程度与单位体积吸收能变化呈正相关。     

瓦斯隧道穿越突出煤层安全技术研究

随着我国交通基础路网的快速发展,瓦斯隧道越来越多,隧道施工风险高,保障隧道穿越煤层的安全可靠性,准确预测穿越煤层风险等级、对突出煤层进行防突措施选择及搭建风险评价体系是实现隧道安全揭煤的保障。本文以坪上隧道为例,通过测定煤层瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标参数,实施消突措施,实现安全揭穿突出煤层。实测结果表明:瓦斯隧道穿越突出煤层采用煤层瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标可实现准确预测穿越煤层风险等级,通过措施效果评价,可研判是否消除突出危险性,对类似条件下隧道施工具有很好的推广应用价值。     

用扫描电子显微镜对瓦斯突出煤层的研究

<正> 扫描电子显微镜是一种大型精密的电子仪器,借助它可以获得一般光学显微镜不能获得的超微物质精致的形态外貌、结构构造、元素分布等资料。扫描电子显微镜不仅具有分辩能力和放大倍数高的优点,而且还有图象景深大,立体感强、观察视场广、综合分析能力强、自动化程度高、样品制备简单和用量少等多种优点。它是我们探察微观世界的眼睛,是各个领域发展本学科不可缺少的工具。     

近距离突出煤层群瓦斯治理技术优化的研究

近距离突出煤层群工作面受上下邻近煤层卸压瓦斯的影响,致使回采工作面瓦斯涌出量大、工作面回风隅角及回风巷中的甲烷传感器频繁报警,瓦斯治理消耗大量的人力、物力和时间,严重制约了矿井的安全生产。通过对几种瓦斯治理方案进行分析论证,得出将整个煤层群作为一个治理单元,统筹考虑,将煤层厚度、瓦斯含量相对较小的弱突出煤层作为关键保护层,配合打钻进行立体式抽采,实现上下递进保护,最大限度地抽采邻近煤层的卸压瓦斯的方案。现场实践结果表明,保护层工作面在回采期间瓦斯抽采率高达90%以上,回风隅角瓦斯浓度降至0.6%以下,回风巷风流中瓦斯浓度降至0.2%以下,工作面月平均回采长度由原来的120 m提高至200 m。同时,从根本上解决了被保护层工作面回采期间瓦斯带来的安全威胁。     

高压注水防治瓦斯突出试验研究

严重突出地区煤巷掘进,采取超前排放钻孔等防突措施后,掘进期间瓦斯涌出量大、易超限,影响掘进速度和施工安全.高压注水综合防突措施可有效防治煤与瓦斯突出,降低巷道掘进期间瓦斯涌出,保证施工安全,提高掘进速度.     

高压注水防治瓦斯突出试验研究

严重突出地区煤巷掘进,采取超前排放钻孔等防突措施后,掘进期间瓦斯涌出量大、易超限,影响掘进速度和施工安全.高压注水综合防突措施可有效防治煤与瓦斯突出,降低巷道掘进期间瓦斯涌出,保证施工安全,提高掘进速度.     

煤层波谱特征与瓦斯含量的试验研究

为研究煤层频谱特征与煤层瓦斯地质参数间相关关系,选取几个典型矿区的主采煤层,采用矿井震波探测技术进行原位煤体震波波谱探测实验．试验结果表明,煤体波谱特征反映了煤层本身的物理力学性质,同一结构的煤层在其5倍厚度的距离内煤壁的主频值相对稳定．主频的变化反应了煤体结构的特征,结构破坏主频明显低移;不同的煤层具有不同的主频,突出煤层具有低主频特征．煤层瓦斯含量与煤层固有主频成较好的线性相关,煤层固有主频值越低,相应煤层瓦斯含量越高．研究结果可为煤与瓦斯突出预测提供新的方法．     

低透气性近距离强突出煤层群瓦斯治理模式研究

低透气性近距离强突出煤层群首采层打钻极易喷孔,引发瓦斯安全事故。以皖北煤电祁东煤矿II三采区为例,基于首采层7₁煤分段压裂水平井预抽煤层瓦斯改性效果和上区段8₂煤定向长钻孔拦截抽采下临近层9煤卸压瓦斯效果,提出了综合运用分段压裂水平井、定向长钻孔、地面钻井、多用底板巷、顶板走向钻孔等技术的瓦斯治理模式,可有效减少井下工程量,提高钻孔施工及抽采效率,保证煤层安全高效开采。该模式演变后可进一步减少巷道和钻孔工作量,有效缓解接替紧张压力。     

“三软”低透气突出煤层瓦斯综合治理研究

＂三软＂低透气性突出煤层瓦斯抽放工作是目前国内瓦斯治理的难题.通过对永华公司二矿＂三软＂低透气性高瓦斯煤层影响因素的分析,提出了详细的煤巷掘进瓦斯抽放、采煤工作面瓦斯抽放及煤体注水的瓦斯综合治理方案,并进行了工业性试验.结果表明,采用此瓦斯综合治理方案后,掘进工作面及回风流的瓦斯体积分数保持在0.1%以下,工作面瓦斯抽放率达40%以上,工作面瓦斯体积分数控制在0.5%以下,工作面煤壁强度得到了强化,瓦斯涌出得到了控制,不仅提高了工作面的单产水平,而且煤巷掘进速度也达到了每月90 m以上,实现了工作面及煤巷的安全、快速推进.     

含不透气夹矸煤层瓦斯放散特征与模型研究

为探究含不透气夹矸煤层瓦斯的放散特征与模型,利用自主研发的"一种基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置"对大小和位置不同的不透气夹矸层对煤层瓦斯放散特性的影响进行了系统研究,并对其影响机理进行了分析,提出了含不透气夹矸层的瓦斯放散模型及数学表达.结果表明:不透气夹矸的存在对煤层瓦斯放散起到一定的抑制作用,但不会改变瓦斯放散的整体规律;不透气夹矸的大小和位置均对瓦斯的放散特征有影响.具体表现为:夹矸面积越大,夹矸位置越靠近放散面,对瓦斯放散的抑制作用越大;含不透气夹矸煤层的瓦斯放散过程符合"两腔"放散模型;本文提出的模型数学表达式和放散速度强可以较好地描述"两腔"放散模型的放散特征.从"两腔"放散模型的放散机理来讲,夹矸面积越大,流动通道的面积越小,夹矸越靠近放散面,放散腔体积越小,补充腔体积越大,其对瓦斯放散抑制作用越大.     

巨厚火成岩对下伏煤层煤与瓦斯突出事故控制作用

以海孜煤矿120m巨厚火成岩下伏煤层群12个煤样为研究对象,采用工业分析、压汞试验和显微组分定量的方法,对比分析了7,8,9,10煤层的多元物性参数和与火成岩距离的关系.结果表明:煤层靠近巨厚火成岩,连续煤样的挥发分Vdaf有减小的趋势,灰分Ad有增加的趋势.煤样的孔隙率和比表面积有缓慢增大后急剧下降的趋势,这和岩浆侵入7煤有关.镜质组反射率Rm取值范围为2.358%～2.777%,煤层靠近岩床,Rm值有递增的趋势,煤的变质程度和成熟度提高.巨厚火成岩的热演化范围大于168m(1.4倍岩床厚度).火成岩像个密封盖,对下伏煤层瓦斯有圈闭作用,容易发生煤与瓦斯突出事故.     

三维动静组合加载下岩石的破坏形态及力学性能研究

为研究岩爆等地质灾害发生的力学机制,利用改进的霍普金森杆试验装置,对红砂岩进行预加载三维静应力下受冲击载荷试验,分析红砂岩的破坏形态、能量耗散规律及变形强度特征.研究表明,红砂岩的破坏形态在有无围压情况下,都随着轴压的增大破坏程度增大,在无围压及有围压情况下分别呈现出"X"型和"圆锥台"型的压剪破坏形态.当轴压固定时,红砂岩的破坏程度随围压的增大而降低.在三维动静组合加载下,红砂岩入射能及单位体积吸收能与平均应变率呈线性递增关系,且递增的程度随轴压的增大表现出先增大后降低的趋势,而随围压的增大而增大.红砂岩应力应变曲线在不同平均应变率下表现出应变回弹、应力跌落及峰后塑性三种类型.红砂岩抗压强度增长因子与平均应变率1/3次幂呈线性递增关系.     

煤与瓦斯突出矿井煤层群联合开采动态接替研究

针对高瓦斯突出矿井煤层群联合开采的特点,提出了动态编制矿井采掘接替计划的方法.通过对影响矿井采掘工程接替的安全因素和经济因素的分析,建立了影响采掘工程接替的因素指标体系,利用层次分析方法得出了因素的指标权重,采用模糊综合优选法确定备选工作面中的最优接替面,依次类推,直到安排所有的备选工作面.根据采煤工作面生产计划,综合考虑矿井瓦斯治理技术,采用时间反推方法,编制采煤工作面相关的掘进计划.应用研究结果表明,采掘动态接替法可以适时调整采掘接替计划,所得采掘工程接替方案科学合理、切实可行.     

水淹环境下煤层瓦斯解吸特性的实验研究

在煤矿生命周期内,水淹煤层现象时有发生,水淹环境下煤层瓦斯的解吸特性将发生较大变化,为了精准防治煤层瓦斯,开展了水淹环境下瓦斯解吸特性的实验研究,结果表明：随着水淹时长增加,累计瓦斯解吸量、初始瓦斯解吸速度和气体扩散系数均出现大幅降低,三者均与水淹时长线性关系明显;低场核磁共振测试表明,随着水淹时长增加,进入煤体孔隙中的水分增加。经理论分析,提出水淹环境下煤层瓦斯解吸的动力机制,当水分进入煤的孔-裂隙中时瓦斯既受到自身残余压力的动力作用,又受到孔-裂隙中水的阻力作用,当动力大于阻力时,瓦斯冲破水膜束缚;当阻力大于动力时,产生水锁效应;随着水淹时长增加,水分侵入煤体的深度增加,水分被排出的难度增加,从而水锁效应增强。     

煤层瓦斯含量预测方法研究

利用矿井采掘区煤层瓦斯含量实测值，在瓦斯地质定性分析基础上，通过丰富翔实的钻孔资料建立井田未采掘区合用的煤层瓦斯含量预测公式，从而达到对井田煤层瓦斯含量预测的目的。为大型矿井煤层瓦斯含量预测提供了思路和方法。     

石门揭穿突出危险煤层时预排瓦斯的设计

中国的煤和瓦斯突出矿井占全部煤矿的17％,其主要的预防措施为:钻孔预排瓦斯,金属骨架,水力冲孔,震动放炮和开采解放层。但是在五十年代和六十年代,钻孔预排瓦斯的措施在许多危险地区不能完全有效地防止石门揭穿煤层的突出事故。这是由于当时预排瓦斯的钻孔仅布置在石门断面内,而且钻孔的数量不足,以致某些突出强度超过千吨的大突出能够发生于已打过6～10个钻孔的石门断面上。1971年以后采用了新的排瓦斯钻孔布置方法,即是在石门周边造成一个120～200米~2的卸压和排瓦斯范围以防止突出。理论和实践表明这一方法具有良好的防止突出的效果。     

巨厚火成岩对煤层瓦斯赋存及突出灾害的影响

通过采用火成岩取芯化验、煤样测试及现场观测等方法,分析了海孜煤矿10煤层覆岩中巨厚火成岩的力学性能,探讨了巨厚火成岩对远程10煤层瓦斯赋存与突出灾害的影响.结果表明:10煤层受巨厚火成岩的高温烘烤作用,煤体变质程度增高,煤层瓦斯吸附量增大,极限吸附量达到31.6753 m3/t;同时,巨厚火成岩均厚达120 m,单轴抗压强度平均为144.21 MPa,为矿井的主关键层,其阻碍了煤层瓦斯逸散,使煤层瓦斯含量高,且由于巨厚火成岩长期保持不断裂,导致10煤层工作面两端应力集中影响范围大大增加,达到100 m左右,更易具备煤与瓦斯突出的必要条件.     

勘察阶段深埋长大隧中道煤层瓦斯涌出与突出的预测研究

公路、铁路深埋长大隧道在勘察设计阶段如何进行煤层瓦斯的预测与评价工作,尚无成熟经验.但是,运用瓦斯地质的基础理论和测试方法,结合隧道工程地质特点,在勘察阶段预测煤层瓦斯的涌出与突出,是可行的.煤层瓦斯的涌出与突出,主要与煤层瓦斯含量、压力及影响瓦斯赋存的地质因素有关.作者在勘察阶段着重进行地质因素调查、分析,并采用地勘阶段适用的测试方法,建立了瓦斯突出的综合判据,初步建立了勘察阶段瓦斯地质工作的思路与方法.     

磁流变缓速器加载装置静态加载试验研究

为分析在不同载荷下的磁流变缓速器工作性能,设计了能实施不同载荷的加载装置,加载装置采用行星轮系结构,具有空载启动,工作中变载,加载角不受限等工作特性。对所设计的加载装置进行稳定性试验和静态加载试验,对试验过程及数据进行分析研究,结果表明,文中设计的磁流变缓速器加载装置完全能满足加载要求。