设计阶段是科学确定煤矿生产能力的重要关口,从根本上影响或决定着矿井的生产规模、安全保障及对生态环境的影响程度。现行的煤矿设计生产能力计算时仅以储量备用系数进行调节,具有一定的随意性和盲目性。在科学采矿与科学产能研究成果的基础上,提出了煤矿设计科学产能指数的概念。以煤炭资源勘探程度、资源禀赋条件、开采机械化水平、绿色开采...
针对我国煤矿'三下'压煤量大、村庄搬迁困难,长壁充填开采投资大、地质条件适应性差、采充相互干扰等问题,通过理论分析、室内试验、数值模拟和现场实测等手段,提出了短壁矸石胶结充填技术,研究了材料配比、支巷参数、围岩应力场演化和地表变形规律,主要结论如下:(1)充填浆料最佳配比为1∶1.5∶4,与矸石1∶2混合后充填支巷;(2)基于极限强度理论...
以崔家寨E13103工作面为研究背景,运用力学分析、数值模拟、现场实测等方法,对垂直、斜交、平行3种不同类型的小煤窑巷道破坏形式进行研究,掌握了小煤窑破坏区内全工作面应力分布规律;并针对不同类型的小煤窑巷道,建立了系统的过破坏区的开采工艺,尤其对于贯穿于工作面的4条平行空巷,采用'摆动调斜'的方式回采工作面;通过研究支架-围岩稳定性,建...
针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明:浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,...
为揭示特厚煤层综放工作面侧向支承压力演化机理,以塔山矿8206工作面为工程背景,通过相似材料试验、数值模拟及理论力学分析,建立采空区端部覆岩运动模型,对采空区稳定前后端部结构特征及侧向支承压力演化规律进行研究。结果表明:采空区稳定前低位关键层以悬臂梁结构存在,高位关键层形成砌体梁结构,侧向支承压力峰值达41.6 MPa,影响范围68 m;采...
为研究采动诱发断层损伤滑移演化规律,结合现场微震监测,引入断层损伤变量作为评价断层滑移失稳的指标。并运用正交模拟试验,对断层损伤变量影响因素进行敏感性分析。研究表明:工作面开采影响下断层损伤滑移分为断层损伤起裂、断层扩展贯通、断层滑移错动3个阶段。随工作面靠近断层,断层损伤变量呈逐渐增大趋势。断层损伤变量受开采因素、断层因...
从分析层状顶板离层特征和顶板离层观测的原理入手,结合现场观测结果,认为两基点离层指示仪的深浅基点应分别设置在与巷道顶板锚索锚杆上端头同一水平位置;各类回采巷道在经受工作面采动影响时,安设深基点的顶板岩层都将产生位移,因此,对锚杆锚索支护巷道进行顶板离层观测的同时,还必须开展巷道顶板下沉量观测,只有把这2种观测结果结合起来,才能...
井下工作面由于推进速度的不同导致覆岩对顶板的加载速率不同,使得顶板岩层表现出不同的抗拉强度,因此加载速率影响岩石抗拉强度的机理对于掌握不同推进速度下的采场矿压显现规律至关重要。通过对覆岩运移规律的分析首先定义了2种加载速率,即外力加载速率和位移加载速率;然后通过室内岩石力学实验掌握了加载速率越大岩石抗拉强度越大的规律;接着...
低强度岩石峰后蠕变特性复杂,在实验室通过RLW-2000型三轴流变仪,对2种加载速率9个红砂岩样进行峰后增量加载单轴蠕变试验,分析岩样峰后不同应力水平与不同加载速率下瞬时应变与蠕变应变特征,确定瞬时强度与峰后蠕变破坏强度关系,探讨不同阶段红砂岩样破坏失稳基本形态。结果表明:在相同应力加载条件下,加载速率越大,瞬时应变变化越小,衰减蠕变...
为阐明电化学作用下电极材质对泥岩物性变化的影响规律,以新生代煤系泥岩为对象,运用物理模拟方法,研究低压直流电场作用下电极为铜、铁和铝时的电极腐蚀特征与新生矿物表征,电流变化与电流降低率,模型不同区域岩样电阻率和强度特征,并探讨了电阻率与强度的内在联系。结果表明:不同材质电极阳极均在酸性环境下发生金属氧化反应,电极被腐蚀生成新...
以重庆地区砂岩的三轴压缩试验应力-应变曲线为基准,完成了二维颗粒流PFC2d数值砂岩试样的细观参数标定。针对0.520 MPa围压下数值砂岩在双轴试验中的宏观力学响应,从试样内部位移、3种类型裂纹（总裂纹、拉裂纹和剪裂纹）的数目演化和角度分布等细观层面进行了解释。研究结果表明:PFC2d数值试样能代表物理砂岩的主要宏观力学特性;试验过程中,试...
微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、...
通过分析煤岩破坏过程电位响应特征,并根据电位与变形破坏之间的关系,建立了煤岩损伤破坏与电位信号的耦合关系。研究表明:煤岩在受载破坏过程中电位信号与破裂损伤有较好对应关系。在受载前期,煤岩损伤变形较少,微破裂发育较为缓慢,产生的电位信号较少,较为稳定。受载后期,煤岩损伤破坏不断加剧,电位信号不断增加。当载荷突变时,煤岩破坏显著,...
为了研究岩石相似材料的损伤特性和损伤时空演化规律,利用自主研发的YYW-Ⅱ应变控制式无侧限压缩仪及PCIE-8型声发射(AE)监测系统,监测了岩石相似材料试样在单轴压缩过程中的应力应变变化和AE事件活动,建立了基于AE事件累计数的单轴压缩岩石相似材料损伤模型,进一步分析了岩石相似材料在单轴压缩过程中的损伤发展阶段,研究了单轴压缩下岩石相似...
流场分布不均常造成采场上覆岩层瓦斯易富集、抽采区域难划分及采空区后方火灾难治理等问题,而上覆岩层在垮落期间的孔隙率分布特征是导致流场分布不均的主要因素之一。根据内蒙古某矿的浅埋煤层的地质资料,利用PFC2D(Particle Flow Code)的黏结颗粒模型(Bonded Particle Model,BPM),借助弹性模量(90组试验)、泊松比(90组试验)、抗压强度(80组试...
针对'三软'煤层综采工作面卸压瓦斯治理问题,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟实验研究了工作面受采动影响后采场覆岩运移规律。同时,采用现场仰斜注水钻孔法和高位钻孔瓦斯抽采浓度监测法对实验结果进行验证。结果表明:在相似材料模拟实验中,对观测面刷白后,能更加清晰地观测到裂隙发育情况;相似材料模拟和UDEC模拟结果基本吻合,垮落带和断裂带...
针对煤矿开采过程中垂直应力集中及水平应力卸载所引起的岩体变形破坏和渗透特性等问题,运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以急倾斜煤层顶板砂岩为研究对象,开展不同静水压力条件下,砂岩定轴压卸围压瓦斯三轴渗流试验,研究应力集中状态对砂岩卸围压破坏过程中变形规律及渗流特性的影响。得出的主要结论有:岩样屈服阶段存在...
为了提高煤层顺层钻孔瓦斯抽采效率,有效抽采半径的确定是关键。基于各向异性煤层瓦斯渗透率测试结果,建立了煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了不同钻孔方位时瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了钻孔方位对抽采效果的影响。研究结果表明:煤层面割理和端割理方向渗透率均大于垂直层理方向渗透率;钻孔有效抽采半径随抽采时间增...
为了准确预测煤层回采工作面瓦斯富集区情况,基于矿井无线电波透视理论,对瓦斯压力与无线电波透视曲线变化关系进行了物理试验,并根据井下回采工作面实际情况进行了煤层瓦斯富集区的无线电波曲线变化特征的正演模拟,探讨了无线电波透视探测瓦斯富集区的曲线特征,并在煤矿井下进行试验。研究得出,煤层瓦斯压力与无线电波透视衰减曲线呈现一致性变...
利用自主研发的声场作用下煤层气渗流实验系统,实验研究了声场对煤储层渗流特性的影响。实验得出:不加声场下,煤体的渗透率随有效应力比、有效体应力的增加呈先减小后增大的趋势,渗透率初始快速降低,然后趋于平缓,最后增大;有效应力比恒定时,煤体的渗透率随有效体应力的增大而减小,最后趋于平缓;声场作用下煤体的渗透率大于无声场下,渗透率随声...
为了探索干冰作为煤层井下低温冷冻取样方法制冷剂的可行性和掌握冷冻取样过程煤的温度变化规律,以型煤为研究对象,使用自主设计的模拟测试装置,分别开展了不同瓦斯压力条件下干冰直接冷冻、干冰加不同量乙醇助冷(干冰-乙醇)冷冻型煤的低温冷冻试验。试验结果表明:干冰可以用作冷冻取样方法的制冷剂,干冰直接冷冻和干冰-乙醇冷冻均对型煤有较好...
利用可视化搅拌式瓦斯水合分离实验装置,开展了4种驱动力下3种瓦斯气样水合分离实验,获得了水合分离速率、回收率、分配系数等目标参数。结果表明:驱动力由1 MPa提升至4 MPa的过程中,3种气样的水合分离速率分别由1.394×10-6,1.162×10-6,0.943×10-6m3/min递增至1.55×10-6,1.564×10-6,1.609×10-6m3/min;CH4分离浓度分别由85.89%,77.15%,71.15%递增...
搭建了双室型乏风预热催化氧化实验装置,实验研究了空速、氧化床入口温度、入口甲烷体积分数对其氧化特性的影响规律。结果表明:试验装置能够实现自维持稳定运行,转化率均大于92%,且具有良好的对称性;随空速的增大,甲烷转化率变化较小,空速大于7 100 h-1后,转化率下降;有效反应长度随空速的增大而增大,且增大的速率逐渐加快;随入口温度的升高,甲...
高溜井卸矿过程中产生的冲击气流是卸矿硐室及其附近巷道产尘的主要原因,本文采用考虑气固两相间双向耦合作用及颗粒间碰撞作用的密相DPM模型进行模拟,对气相和颗粒相分别采用欧拉法和拉格朗日法建立控制方程,数值模拟研究高溜井卸矿时冲击气流产生及其与各影响因素之间的关系。计算结果表明:冲击风速随卸矿流量的增加而增加,但其增幅随卸矿流量...
统计分析了国内外不同煤阶和地区的煤储层渗透率数据,显示国外相同煤阶煤储层的渗透率要比我国高12个数量级,且我国不同煤阶煤储层渗透率整体上差异不大。研究表明,煤储层的渗透性主要受现今地应力强度和构造史及与其伴随的流体活动史决定的煤体结构、割理发育程度和割理充填状况等因素控制,高应力、复杂煤体结构和割理充填,是中国低渗透煤储层...
准噶尔盆地腹部白家海凸起深部煤层气测试取得了较高产气量,通过分析该区煤层气试采情况,结合钻孔岩芯含气量测试、等温吸附试验及煤岩煤质分析化验数据,确定准噶尔盆地深部煤层气以游离气为主,吸附气次之,计算出游离气量占总气量的53.9%。并通过反推等温吸附曲线,发现解吸曲线平缓,排水降压12 MPa以上,仅解吸3~4 m3甲烷,解吸难度大,而游离气产...
我国多数煤系气地区成藏致密,层间呈叠置状,单层开发难度较大且经济效益不显著,于是提出开发适用于煤系气多气共采的技术尤为必要。从共采的角度分析,共采技术分为同压力体系共采和同井筒分压力体系共采两类。对目前油气田常用的同井筒分压共采技术进行了总结和分类,分别从抽油泵、井下管柱及排采方式的不同对现有分压共采技术现状进行了归类整...
韩城区块煤层受多期构造破坏影响,煤体结构复杂,目前对煤体结构分布规律认识不足。为此,利用岩芯资料、测井信息等对煤体结构进行了测井评价识别,并研究了煤体结构分布规律,在此基础上分析了不同煤体结构的压裂效果。结果表明:煤体结构测井响应的敏感因子主要是井径和自然伽马;山西组5号煤层煤体结构以碎粒煤和碎裂煤为主;压裂射孔时,减少碎粒煤...
以沁水盆地中部及南部的煤系地层的泥页岩取芯为研究对象,重点剖析了石炭系太原组及二叠系山西组两套主力产气层位,分别从烃源岩、岩石学性质、储层物性及其影响因素等方面进行分析。研究表明,沁水盆地泥页岩样品生烃潜力较好,样品总有机碳含量在厚层泥岩发育段具有较高值,有机质成熟度指标Ro在1.33%~2.17%,已达到生气窗,有机质显微组分以腐泥组...
针对采煤工作面深孔注水渗流理论方面仍存在不足,在分析了工作面应力分布状态及其对煤层注水特性影响的基础上,基于渗流力学理论对煤层注水非线性渗流方程进行简化与求解,通过分析其解的特性研究了注水压头、渗流速度、注水流量等的时空演化规律,并通过工作面注水实例对本文所得理论进行了验证。研究结果表明:深孔注水区域内的煤体处于卸载破坏...
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