煤的破碎特征研究

根据分形理论建立了煤的冲击破碎块度分布分形表达式,并利用冲击式破碎装置进行了正交试验。结果表明:在双对数坐标下的回归曲线均为直线,并且线性回归良好,说明使用分形方法可以描述煤的冲击破碎块度的分布特征。分析煤的冲击破碎块度分形维数的影响因素,冲击速度的影响最为显著,物料硬度的影响次之,冲击次数的影响很小;分形维数随着煤硬度的增加而减小,随着冲击速度的增大而增大。     

破碎压实岩体节理宏观力学参数研究

为解决随机分布节理面力学参数的科学估算,在实验室内选用不同粒径级配的破碎岩块进行压缩,获得不同压实率下的压实体试件。对压实体进行单轴压缩试验,记录其轴向应力应变曲线的同时分析压实体节理迹长概率分布函数和范围;其次,通过正交试验和数值模拟的方法构造单轴压缩数值模型,选用与试验轴向应力应变曲线最接近的模拟曲线的节理力学参数,作为该压实体的节理力学参数。最后结合实际现场,利用得到的压实体节理力学参数,研究不同压实程度下再生顶板巷道顶板稳定性。得出了在破碎岩块粒径越小,压实率越大的情况下,再生顶板越稳定的结论。     

数值模拟技术在破碎煤岩体注浆加固中的应用

采用FLAC~(3D)数值模拟软件对3种工况下巷道围岩塑性区的分布特征进行对比分析,得出采用注浆+锚索的支护方案可以明显改善围岩塑性区分布,充分发挥锚索与注浆的优势。对该方案进行现场试验,并监测围岩变形及注浆前后的完整性,验证了该方案合理可行。     

温度与应力对破碎煤岩体压实变形特征的影响

为了得到应力和温度对采空区破碎煤岩体渗透特性及压实特性的影响,通过自主设计的渗透系统以分级加载的方式对破碎煤样进行渗流试验,得到考虑温度的压实破碎煤体的本构模型。结果表明:渗透率随温度变化总体呈上升趋势,在采空区遗煤自燃的过程中,随着温度的升高,煤体内部细观结构发生变化,颗粒的堆积变得更为松散,从而导致破碎煤体的渗透率增大;破碎煤体孔隙度随着轴向应力的升高呈负指数下降趋势,孔隙度和碎涨系数都随着温度的升高而升高,125℃对应的碎涨系数比25℃对应的碎涨系数大0.03;压实变形过程中破碎煤体的割线模量E_s和切向模量E_t均随应变的增加而升高,且在相同应变条件下,温度越高破碎煤体的E_s和E_t越低。通过对在应力σ_i作用下破碎样的割线模量与温度的关系进行拟合,建立了考虑温度的压实破碎煤体的本构关系。     

连续级配饱和破碎岩石压实特性试验研究

为研究满足连续级配的饱和破碎岩石压实特性及压实前后岩石粒径的分布规律,利用MTS816.03岩石力学试验系统及自制装置对满足Talbol分布的饱和破碎岩石进行压实试验研究。分析了Talbol指数对割线模量、切线模量、孔隙率、碎胀系数和压实度的影响,讨论了分布系数r随Talbol指数和轴向应力的变化规律,建立了一种反映颗粒粒径分布变化的破碎岩石应力-应变关系。研究表明:破碎岩样在承载过程中,割线模量、切线模量、孔隙率、碎胀系数、压实度与Talbol指数n呈负相关关系。分布系数r随轴向应力的增大而减小;且在轴向应力小于单轴抗压强度的50%时,分布系数r随n呈增大趋势;当轴向应力大于单轴抗压强度的50%时,破碎岩样分布系数r与n的关系出现波动;当轴向应力达到单轴抗压强度的90%后,不同n的破碎岩样分布系数r趋于一致。     

破碎煤岩体综放工作面撤架通道支护技术

针对霍尔辛赫3201综放工作面破碎煤岩体条件,分析了综放工作面撤架通道支护难点,优选了采煤机割煤配合强力锚杆锚索支护形成撤架通道的方式。实践表明,在支架到位后,采用采煤机割煤形成撤架通道,并且使用强力锚索支护顶板、强力锚杆支护两帮后,锚杆最大受力为118kN,锚索最大受力为443kN,液压支架工作阻力最大为7262kN,活柱最大下缩量为190mm,顶板最大离层浅部为40mm,深部为15mm,能够保证工作面支架安全高效快速回撤要求。     

破碎岩体巷道变形破坏特征的数值模拟研究

为了研究岩体节理裂隙分布规律对巷道围岩稳定性的影响,依据概率与统计理论建立了破碎岩体结构面产状、规模和密度的概率模型,并运用Monte-Carlo随机模拟方法生成了可以描述和表征破碎岩体及其裂隙结构信息的二维结构面网络模型.在此基础上,建立了破碎岩体条件下巷道围岩结构的离散元数值计算模型,分析了块状型和破碎型围岩的应力状态、塑性区分布以及变形特征.研究结果表明:岩体结构面分布的尺度和规模对巷道围岩的应力状态有较大影响,破碎型围岩的承载能力明显低于块状型围岩;破碎岩体变形不再是岩体材料的本质属性,而是破裂块体之间的镶嵌组合的一种结构效应.     

破碎岩体压实渗透非稳态规律的试验研究

破碎岩体中的渗流严格意义上是非稳态的。本文通过定义非稳态因子，试验研究了不同岩性不同粒径破碎岩石的非稳态渗流特性规律。另外，也讨论了非稳态因子在渗流分析中的应用。     

采空区破碎煤岩体溶蚀作用及净水机理实验研究

开展地下水库采空区破碎煤岩体溶蚀作用及净水机理研究,是实现矿井地下水库安全高效运行的关键。本文以锦界煤矿31409工作面开采形成的地下水库为工程背景,选取采空区破碎煤岩体及去离子水进行污染物释放规律实验研究,分析了采空区破碎煤岩体溶蚀作用规律,探究了破碎煤岩体对水体特征影响机理,获得了破碎煤岩体在不同温度、风化条件下污染物释放规律,并分析了地下水库净水过程中的沉淀溶蚀作用。溶蚀作用及岩体中黏土矿物表面对可溶性有机质的吸附、沉淀作用等水岩作用决定了地下水库净水特征,在不同的时间范围里,溶蚀作用和吸附沉淀作用各自占主导作用,影响矿井水质。     

综放工作面极破碎煤岩体化学注浆加固技术

综放工作面结采阶段由于在回采过程中需要频繁落架,而破碎煤岩体在落架期间极易发生顶板冒落、片帮及滑坡等现象,不仅影响工作面正常生产,同时也对工人的人身安全造成很大的威胁。司马煤业有限公司1105工作面在结采过程中通过使用马丽散、罗克休进行化学加固,有效控制了顶板冒落、煤墙片帮、滑坡等现象,顺利完成了工作面结采工作。     

煤岩全应力-应变过程中渗透特性的研究

选取安徽淮南张集矿的煤样,对加工成的9个标准试件(50 mm×H100 mm)进行全应力-应变过程中的渗透测试及CT扫描试验。渗透试验结果表明：煤岩的渗透率-应变曲线与应力-应变曲线具有相似的变化规律,且渗透率表现出应变滞后性,表明瓦斯在煤岩中的流动特性与受载过程中煤岩内部产生的损伤演化密切相关;围压使煤岩内部的瓦斯通道发生压密闭合,导致渗透率随围压的增大而减小。在渗透试验前后对试件进行CT扫描,结果表明,渗透试验前试件上基本观测不到有微观孔隙裂隙的存在,渗透试验后有明显的贯通裂缝产生,导致试件的渗透率在应力-应变峰后呈现急剧上升的趋势。     

煤的厚度对煤岩组合体物理力学特征的影响规律分析

为了研究煤岩组合体中煤的厚度对其物理力学特征的影响规律,以布尔台煤矿粗粒砂岩、煤和煤岩组合体试样为研究对象,利用RMT-150C力学试验机对各试样的单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变进行研究。研究结果表明,煤岩组合体中煤的厚度对其密度和波速有显著的影响,煤岩组合体的波速和密度随着煤的厚度增大而逐渐减小;煤的厚度对煤岩组合体的单轴抗压强度影响较小,但对其峰值应变和弹性模量有显著的影响。与粗粒砂岩相比,在煤岩组合体中的煤厚为5、10、15、20 mm时,峰值应变分别增大了2.2%、20.7%、25.3%、38.3%,峰值应变随着煤岩组合体中煤的厚度的增大而逐渐增大;弹性模量分别降低了30.5%、41.5%、48.2%、51.8%,弹性模量随着煤岩组合体中煤的厚度的增大而逐渐减小。研究成果有助于进一步揭示巷道支护困难、矿压显现剧烈,以及地表台阶下沉等现象的内在原因。     

煤岩振动破坏过程中自振频率变化特征研究

动力扰动促使煤岩破坏失稳是其导致煤岩动力灾害事故频发的主要原因,分析外界扰动对煤岩稳定性的影响对灾害的预测与防治具有重要意义。利用大型振动试验装置和自振频率测试系统,对煤岩体在底板扰动破坏情况下自振频率的变化特征及其与稳定性的关系进行了研究。结果表明：在振动影响作用下,煤岩体裂隙扩展,损伤程度加大,造成刚度系数的降低和阻尼比系数的上升,进而导致试件整体自振频率呈现下降趋势,且下降的速率与动力扰动的加速度和频率密切相关,并出现煤岩结构体与其中煤体分层自振频率不一致的现象。根据试验结果从调整扰动源和煤岩体两个角度提出了防止或减弱动力扰动对煤岩动力灾害诱发影响的合理化建议。     

煤岩破裂微震信号层理间传播频谱特征研究

利用煤岩破裂微震试验系统,研究了煤岩单轴压缩过程中微震信号沿平行层理传播与垂直层理传播的规律,并结合EMD分析方法对煤岩体破裂过程中产生的微震信号在沿平行层理方向与垂直层理方向的传播进行了频谱对比分析.研究结果表明,煤岩微震信号在沿平行层理各方向传播过程中振幅及速度变化十分微小,但在垂直层理传播过程中,微震信号则有明显的延迟现象,其振幅衰减十分明显,证实了层理对微震波传播的主要影响表现在以下2个方面:(l)信号延迟;(2)信号衰减.     

煤层围岩破裂过程中的自然电位响应

煤层开采过程中,围岩破裂伴有电子逃逸现象,引起自然电场的变化。通过建立数值模型与设计岩层开采模拟实验,发现岩层裂隙发育部位自然电位降低,且裂隙发育越完全电位越低;岩层压缩区自然电位升高。煤矿开采过程实际监测发现：在煤层顶板“三带”中,垮落带自然电位低,且变化比较稳定;断裂带自然电位表现较为不稳定,变化频繁;弯曲下沉带表现为高电位,且极为稳定,变化较小。     

煤岩摩擦过程表面电位特征规律实验研究

实验研究了煤岩摩擦过程中表面电位及其变化规律,初步探讨了煤岩摩擦表面电位变化机理。结果表明：煤岩摩擦过程中有表面电位产生,并且与载荷有较好的对应关系。煤岩摩擦过程分别经历了静摩擦阶段和动摩擦阶段,且动摩擦阶段的表面电位信号强于静摩擦阶段。岩石摩擦过程表面电位信号基本呈正负双向突变,摩擦面两侧表面电位极性相反,具有对称性;煤样摩擦过程表面电位信号基本呈单向突变,摩擦面两侧表面电位极性对称不显著。煤岩摩擦引起表面电位发生变化可由摩擦起电、热电子发射和场致电子发射等机制解释。     

综采放顶煤开采过程煤矸识别研究

基于岩层与煤层中存在的自然γ射线具有显著差异的特性 ,提出了用自然γ射线方法解决综采放顶煤开采放煤过程煤矸识别问题 ;分析了煤矿煤岩中自然γ射线分布特征及该方法的适用性 ;探讨了动态煤矸分界监测可行性和顶煤落放规律对煤矸识别的影响     

煤层瓦斯抽采过程中煤岩变形的物理模拟实验

利用自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟实验系统,研究了抽采过程中煤体内不同位置变形演化规律,探讨了抽采位置、地应力和气体压力对抽采过程中煤体变形的影响。结果表明：煤体变形受地应力、抽采位置、时间和煤层气体压力等因素的共同影响,且抽采初期的煤体变形速率较大;煤体σ1方向的变形普遍大于σ2和σ3方向的变形,σ3方向的变形与煤体所受的地应力大小σ3呈正比;由于最先产生变形的煤体引起的泊松效应限制了距离抽采位置较远煤体的变形量,所以距离抽采位置越近,抽采过程中煤体变形速率和最终变形量越大;煤层中的气体压力越大,煤体变形速率越快,在气体压力降低并趋于稳定后,煤体变形达到一个稳定状态。