基于显微CT的构造煤渗流孔精细表征

利用显微CT技术对重庆市中梁山南矿构造煤的渗流孔进行了精细定量表征。研究发现：构造煤孔隙直径一般小于10 μm,但不同类型构造煤的孔隙分布特征有着明显差别。随着构造变形的增强,煤的孔隙数量、面孔隙度逐渐增大。原生-碎裂煤的孔隙以原生孔为主;碎裂煤脆性破坏加剧,角砾孔增加;碎粒煤碎粒孔和微裂隙发育,平均孔径加大;鳞片煤受到强烈剪切作用,煤颗粒在脆性破碎的基础上,同时具有韧性变形特征,包括局部揉皱和粉末状糜棱质,充填部分孔隙,造成平均孔径下降。构造煤孔隙三维建模表明,随着应力作用的增强,构造煤的孔隙度、孔比表面积、孔体积及最大连通孔隙团不断增高。     

岩体裂隙分维数与岩体强度的相关性研究

以岩体裂隙分布的分形规律为基础,采用数值计算方法,研究了岩体的单轴抗压强度与岩体裂隙分维数D的关系.结果表明,岩体的单轴抗压强度的对数值与岩体裂隙分维数D呈负线性关系.此结论对岩体工程的设计、施工以及稳定性的评判具有指导意义.     

褐煤煤层自燃火灾发展进程中孔隙结构演化特征

为深入研究煤层自燃火灾发展进程中热解干馏区煤孔隙结构的演化对自燃火灾发展和蔓延的影响,以褐煤为研究对象,应用压汞法分别对300～600 ℃常规热解和600 ℃高温蒸气热解条件下热解固体产物的孔隙结构参数进行了测定和分析,计算不同热解温度下的孔隙分形维数,比较了两种不同的热解方式下固体产物的孔隙特性。研究结果表明：① 常规热解过程中,褐煤的总孔隙体积和孔隙率的变化严格受热解温度的控制,而且孔隙结构始终是向着有利于改善煤体渗透性能的方向发展的,进而促进自燃火灾的发展;② 常规热解条件下,随着热解温度的升高,褐煤孔隙比表面积明显下降,对热解气体的吸附性能降低,使这些气体更容易沿着孔裂隙通道离开热解干馏区而到达自燃火源位置;③ 对于水分含量比较高的褐煤,煤体温度的升高使煤中水分蒸发而形成高温蒸气热解的条件,与常规热解相比,煤体孔隙率更大,渗透性能更强;④ 经过高温蒸气热解后,褐煤孔隙拓扑结构较常规热解变得更加均匀化,孔隙表面也更加光滑,更有利于热解气体的流动。     

基于煤粉堵塞的煤体解堵试验研究

采用气-液-固三相驱替模拟系统,开展了煤样封堵及反向注水、气驱替煤粉解堵煤样的系列室内实验,探讨了不同封堵压力及解堵介质、压力下煤样渗透率的变化特征。结果表明：煤样封堵过程中液相渗透率随时间呈对数衰减规律;达到平衡时间随着封堵压力的提高呈现衰减的趋势;煤粉颗粒沉积在渗流入口端堵塞煤样的孔裂隙通道,是引起煤样渗透率下降的主要原因;当解堵介质为水：反向注水压力等于封堵压力时煤样最终液相渗透率低于封堵前的数值,反向注水压力大于封堵压力时煤样液相渗透率会在一定的时间段内有小幅度提高,而且反向注水压力越大,液相渗透率上升的反应速度越快,煤样的最终液相渗透率与封堵完成后相当;当解堵介质为气：反向注气压力大于或等于封堵压力时能够完全解堵污染煤样：煤样的气相渗透率变化曲线为类“S”型曲线且全过程气相渗流经历了线性增长阶段、指数增长阶段、稳定阶段;少量小粒径低密度悬浮煤粉颗粒产出促进了渗透率的缓慢提高;密度相对较大的下沉颗粒产出是煤样快速完成解堵的主要原因;反向注气压力越高,解堵速度越快且反向注气压力越接近封堵压力解堵速度对压力变化的敏感性越高;反向注气解堵污染煤样的能力强于反向注水,水、气体分子性质的...     

岩体动力破坏的最小能量原理

根据岩体动力破坏实际释放的能量远大于诱发能量这一事实，在较详细论证岩体非均质、各向异性、应力状态不同，其破坏方式和消耗能量也有差异的基础上，提出了岩体动力破坏的最小能量原理：即岩体动力破坏真正需要消耗的总是单向应力状态的破坏能量。还介绍了此类事件的几个事例，及其对防护工程与地下工程的重要意义。     

注热强化煤层气抽采的试验研究及工业应用

煤层气作为煤层中主要的清洁能源,其高效抽采和利用,将有利于提高资源利用率和保障煤矿安全生产。然而,甲烷的强吸附性和煤层的低渗透性,导致煤层气的采收率特别低。基于能量守恒方程,完善了注热强化煤层气抽采的理论,在实验室和煤矿井下分别进行了注热强化煤层气抽采的试验,研究了不同条件下甲烷的解吸规律和注热对煤层气抽采的促进作用。室内试验结果表明,注水解吸、自然解吸和注热解吸3种条件下的煤样终态解吸率分别为12%、37%和81%。定量计算结果表明,自然解吸和注水解吸后的注热强化解吸,分别可以增加46%和68%的解吸率,证明了注热具有强化甲烷解吸以及解除水锁效应的作用。阳泉矿区现场试验结果表明,注热方法不仅可以提高煤层气的抽采率,还可以缩短煤层气的抽采时间。注热方法可以将煤层气的浓度和日产气量分别提高10倍和100倍,其中最大煤层气浓度和最大日均产气量分别为98%和123 m3/d。8号注热钻孔的有效注热半径超过5 m,并且注热后的抽采阶段是煤层气高效抽采时间段。研究结果可为注热强化煤层气抽采的现场应用和煤矿井下局部瓦斯的防治提供参考。     

煤吸附解吸甲烷细观结构变形试验研究

利用扫描电镜与CT扫描相结合的方法,通过对直径为8.5 mm的细观煤样进行不同压力下的吸附解吸甲烷试验,研究其内部细观结构的变形规律。研究表明,煤样是煤基质中含有少量黏土矿物质的天然非均质岩体;吸附解吸甲烷过程中,煤的细观结构变形分为膨胀变形(密度减小)与挤压变形(密度增大)。低吸附压力下,含黏土矿物质区域急剧膨胀,对邻近煤基质形成局部挤压,细观变形程度明显,压力升高后膨胀变形增强,挤压变形减弱;不含黏土矿物质的煤基质区域变形程度较低,近似于均匀变形。解吸后,煤不同区域的变形恢复能力与其非均匀程度有关,非均匀性越强,其变形恢复能力越差。     

巷旁深切缝对顶部岩层应力控制作用研究

当煤层顶板中存在1层或者数层坚硬岩层时,随着工作面采高的增加,侧向岩层应力集中范围增大,导致护巷煤柱宽度增大。为了减小护巷煤柱宽度,提出顶板切缝减小护巷煤柱宽度的技术原理。采用相似模拟和数值模拟实验,对巷旁顶板不同切缝深度的岩层应力传递控制作用进行了系统的研究,揭示了切缝深度对岩层破裂和顶板下沉的影响。结果表明:随着切缝深度的增加,煤柱上方岩层应力逐渐减小,层位越高,应力越小;工作面侧向采空区顶板下沉量增大,采空区岩层应力逐渐增加,层位越高,应力越大;煤柱上方10,20 m岩层应力峰值、峰值点距切缝边缘距离与切缝深度呈非线性反比关系;采空区上方10,20 m岩层应力与切缝深度呈指数关系,说明深度切缝可以有效控制岩层应力分布、应力峰值及峰值点距切缝边缘的距离。