含瓦斯煤体弹性波传播规律研究

以Biot的饱和流体多孔隙介质弹性波传播理论为基础,考虑到游离态瓦斯和吸附态瓦斯对煤体的力学变形特性存在较大差异,将含瓦斯煤体分为无吸附相模型和吸附相模型,并对含瓦斯煤体的弹性波传播规律进行了研究。研究结果表明:无吸附相模型的弹性波速度随着瓦斯压力的增加略有下降,与单相介质煤相比相差不大;吸附相模型的弹性波速度随着瓦斯压力的增加下降趋势明显,表现出明显的双相介质特征。     

再生火源现象的煤炭地下气化模型实验研究

煤矿外因火灾发生与煤炭地下气化点火过程具有很大的相似性,两者皆会发生再生火源现象。实践证明,再生火源是煤炭地下气化的正常点火和煤矿火灾控制的一个重要影响因素。通过对煤炭地下气化点火过程进行模型试验台研究,通过对其温度场、浓度场进行监测,全面探索了再生火源的发生规律,发现再生火源是由烟气拥塞和烟气加热共同作用产生。在此基础上,提出了预防煤矿外因火灾及煤炭地下气化点火过程中再生火源产生的一些可行性措施。     

岩石类材料摩擦局部化损伤本构关系研究

基于损伤弱化与摩擦强化的思想,利用弹簧、胶结杆、滑片组成细观子链D,并引入剪切带宽度,建立了摩擦局部化损伤本构关系.在本构关系的应力-应变曲线上,随剪切带宽度的增加,硬化模量和峰值强度降低.对比已有的应变梯度理论发现,在细观层次上局部化失稳表现为剪切滑动旋转机制,摩擦滑动效应与已有的应变梯度效应具有物理等效性.各种加载条件下的应力-应变曲线形态表明,局部化带宽度的变化对应了各种通过作用于微观键而影响岩石力学性质因素的变化,如温度、加载速率、颗粒尺寸、气体在岩石内表面的吸附作用等.因此,摩擦局部化损伤本构关系适用于更为复杂的工程地质条件.     

层滑构造的形成机理及其在煤矿安全中的意义

研究表明,层滑构造是煤系地层断块相对滑动的结果,其力学本质是煤层由于其低强度而充当了煤系地层构造作用下的剪切带而发生破坏,煤层越厚,剪切带宽度越大,越易破坏,从而形成了选层性特征,文章以淮南煤田潘三矿为例进行了说明。     

煤层气井水力压裂压力曲线分析模型及应用

为了确定煤层气井水力压裂裂缝参数,应用连续性方程建立了基于动态滤失系数的压力曲线分析模型.采用有效应力原理研究了有效应力影响下渗透率和孔隙度的变化对动态滤失系数的影响,应用压力曲线分析模型对使用不同黏度压裂液的煤层气井进行了研究.结果表明:综合滤失系数随有效应力减少量增大呈指数形式增加;天然裂隙闭合以前,煤储层的滤失与压力相关,拟合压力的求取应在天然裂隙闭合以后;随着压裂液黏度的增加,裂缝的半翼缝长和压裂液效率增加,裂缝宽度减少,但压裂液效率增加缓慢;煤储层表现出压裂液的高滤失和低效率特征,动态滤失系数为原始值的22.65倍,压裂液的效率仅有13.1％,计算结果与煤储层压裂易形成短宽裂缝的理论相一致.     

煤炭地下气化过程中Pb和As的迁移特性

通过实验室地下气化模型实验,研究了褐煤及其气化灰渣中Pb和As的含量及其分布,探讨了其在气化过程中的迁移和富集特性.结果表明,两种元素在气化灰渣中都有一定含量的分布,只是迁移规律不同.Pb在气化过程中易富集在灰渣中,而As是挥发性元素,在灰渣中的含量较少.但在三个气化反应区两种元素又有大致相同的分布规律,即温度最低的干馏干燥区两种元素含量均最高.     

两体岩石结构冲击失稳破坏的数值模拟

两体结构是冲击地压和煤与瓦斯突出的基本结构,采用FLAC3D模拟软件中的硬化软化模型,较为全面地探讨了各力学几何参数对两体岩石结构破坏的影响.首先,利用塑性剪切应变等值线图,模拟首次呈现了两体结构冲击失稳过程中的弹性回跳和应变局部化现象.模拟结果表明,强度差异是发生冲击失稳破坏的必要条件,硬体变形模量的增加使其冲击能量减弱.其次,模拟研究了一体两介质和两体结构单轴压缩失稳破坏的区别,发现增加界面强度可以减缓两体结构的冲击性.最后,不同的高度比及高径比的模拟表明,两体岩石结构的冲击失稳只在一定的高径比范围内发生(硬体＞ 0.05,软体＞0.5),且在相同的软体高度下,动态破坏时间随高度比的增加而减小,即破坏的突然性增加.     

厚煤层开采地表裂缝形成机理与危害性分析

结合8104工作面上方观测线的实测资料及其地质采矿条件,揭示了其地表裂缝发育过程,指出8104工作面下平巷上方地表没有产生明显裂缝的原因是8104和8103工作面间的护巷煤柱被压垮;走向方向地表裂缝发育周期规律与直接顶的周期破断规律基本一致;上平巷上方倾向观测线附近地表裂缝在压缩变形区发育比较明显;8104工作面覆岩显著特点为厚基岩薄松散层,厚硬基岩对采动引起的应力应变传递有较强的消弱作用,能够有效的减缓应力应变的释放,进而减缓地表裂缝与台阶下沉的剧烈发生.根据该矿区的地质采矿条件,针对矿区人们的生产和生活方面,研究分析了地表裂缝带来的主要危害,即容易衍生地质灾害、给矿井的安全生产造成威胁以及危害矿区生态环境.     

基于随机动态模型的矿井瓦斯涌出量预测研究

为了对矿井瓦斯涌出量进行预测,基于灰色系统和时间序列分析的基本理论,建立了矿井瓦斯涌出量预测的随机动态模型,并将该模型应用到某矿瓦斯涌出量预测分析中.实例应用表明,随机动态模型在矿井瓦斯涌出量预测方面是有效的,预测结果正确可靠,反映出了矿井瓦斯涌出量的发展态势.     

岩体裂隙尺度对其变形与破坏的控制作用

通过白砂岩预制裂纹样的三维声发射监测试验, 采用声发射波形的空间能量分布确定岩石裂隙扩展方向, 研究了单轴压缩下白砂岩的裂隙演化特征;运用短时傅里叶变换(STFT)获取各通道波形的能量谱, 以能量最小通道到能量最大通道的方向表示微裂隙方向, 以能量大小表征裂隙长度, 得到微裂隙声发射矢量。研究表明: 白砂岩的裂隙扩展以平行于主应力方向和理论共轭剪切面方向为主, 在初始压密段和弹性段, 以某一方向裂隙为主导;从裂隙变形段开始, 3个方向上的裂隙占比开始逐渐趋同, 在峰前软化段趋于30%;声发射矢量沿主破裂面集聚分布, 且在峰前软化段形成贯穿岩样的剪切带, 是较为可靠的岩石破坏临界前兆。