为了探索浅埋煤层群开采减缓煤柱集中压力并实现地表均匀沉降和地表裂缝耦合控制,通过物理模拟和数值计算揭示了煤层群开采中不同区段煤柱错距的间隔岩层破断规律、煤柱集中应力分布规律、覆岩和地表裂缝发育规律及地表沉降规律,掌握了不同区段煤柱错距与煤柱应力集中及覆岩裂隙演化的关系。研究得出,根据煤层间岩层的破断规律,确定合理的上下煤...
为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明：（1）理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°-71.0°,实验模拟破断角为50°-70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具...
冲击矿压机理复杂,影响因素众多,不同区域内冲击矿压影响因素种类及其权重往往存在差异。为提高冲击危险性评价的准确性与针对性,提出一种基于区域划分与主控因素辨识的冲击危险性评价方法。以砚北煤矿250204工作面为研究对象,该工作面受特厚煤层、褶曲构造、采掘干扰、煤层倾角、开采深度等因素综合影响,存在严重冲击矿压威胁。研究结果表明：...
为了掌握巷道（隧道）围岩在开挖卸荷条件下的变形规律及破坏机制,实现对巷道开挖卸荷过程中真实加、卸载过程的模拟,采用具有自主知识产权的巷道围岩开挖卸荷模型试验系统,对高强石膏材料制作的小型围岩试件（厚壁圆筒：高290 mm、外径200 mm、内径100 mm）进行了巷道开挖瞬态、缓慢卸荷以及破坏的模拟试验。试验过程中采集到围岩试件轴向和切...
为了探索切顶卸压无煤柱自成巷开采与常规留煤柱开采应力分布的区别,以国内外首个切顶卸压无煤柱自成巷开采工业性试验为工程背景,运用FLAC3D数值模拟软件建立了大煤柱开采,小煤柱开采Ⅰ（相邻工作面回采巷道未掘）,小煤柱开采Ⅱ（相邻工作面回采巷道已掘）,无煤柱开采4种不同开采方式的数值计算模型,并对其应力分布特征进行了模拟和对比分析。...
为了研究切缝药包微差爆破孔间裂纹的动态力学行为特征,采用新型数字激光动态焦散线测试系统进行4组微差起爆实验。研究结果表明：随着延迟时间的增长先爆炮孔产生的裂纹长度依次增加,其受应力波作用前的扩展距离占总距离的比例依次增高,裂纹的贯通点逐渐靠近后爆炮孔,呈＂牵手＂状分布;应力波正压区的压缩作用和负压区的拉伸作用分别能够降低和...
层理构造普遍存在于煤矿地下矿柱岩体中,对其稳定性造成一定的威胁。通过含层理及均质岩石试件单轴压缩实验和CT层析扫描测试,分析了含层理岩石破坏特征,损伤演化过程中的声发射参数特征、能量耗散与传递规律,根据改进后的Duncan模型建立基于声发射、能量耗散参数的单轴损伤破坏模型。结果表明：均质岩石试件整体失稳的主要原因为纵向拉伸破坏,...
为了拓展电荷信号综合分析手段,进一步提高电荷感应方法的煤岩体冲击地压预测准确性,将室内物理试验和理论分析相结合开展煤岩受载破坏电荷信号监测试验,基于煤岩破裂电荷信号产生机制和傅里叶变换方法获得了不同受载阶段电荷信号时-频域特征及其变化规律,并设计数字滤波器进行电荷信号降噪处理。研究结果表明：电荷时-频域信号幅值与煤岩受载变...
基于水溶液为纯净水和1 mol/L NaCl煤系泥岩的电化学改性对比试验,结合岩样的液氮吸附、单轴压缩和扫描电镜能谱分析结果,研究了电化学作用下泥岩孔隙和力学强度的变化规律。研究结果表明：电极及导线的电化学腐蚀主要发生在阳极,且水溶液为1 mol/L NaCl时的腐蚀程度强于纯净水;相比自然样,电化学作用后岩样阴阳极区域比表面积累积和孔容累积均...
为分析一种奥陶系沉积岩在单轴压缩条件下岩石的裂隙扩展规律,利用应力加载系统和VIC-3D观测系统等试验系统,并采用数字图像相关方法研究了单轴压缩下岩石表面裂隙扩展过程中应变场的变化特征。试验结果表明：在加载过程中,通过VIC-3D观测系统可得到整个加载过程中的全场应变演化规律,其中岩石表面数字散斑云图的高应变区不断增加,相应地岩石在...
通过试验对均布加载条件下矢跨比为0.26的钢管混凝土圆形支架拱顶弧段和左右帮段变形进行了监测,并结合ABAQUS对钢管混凝土抗弯过程进行全过程仿真三维数值模拟分析。同时通过内嵌一种无厚度黏聚力粘结单元的混凝土损伤模型,从微观方面更为准确地展示了钢管混凝土短柱,以及核心混凝土试件受压破坏过程中产生的裂纹扩展和剥落程度。结果表明：随...
充填料浆配合比的选择直接决定了充填体的强度及运行成本。根据两种骨料混合堆积密实度试验,得到废石风砂最优配比。利用Design-Expert软件中的Box-Behnken中心组合试验设计及响应面法（RSM）研究了料浆质量分数、水泥用量和骨料配比对充填体不同龄期内无侧限抗压强度的影响规律,建立了以粗骨料胶结体3,7,28 d强度为响应值的三元二次回归模型,并...
近年来,温室气体减排及利用已成为全球化低碳经济发展的关键问题。化石燃料（煤、石油、天然气等）燃烧以及矿产开采活动所排放的有毒有害气体严重污染大气环境。与此同时,这些气体又是重要的工业生产原料,因此有必要捕捉这些污染气体,并加以分离和再利用。为克服传统有机溶剂和碱液吸收法存在的污染、腐蚀等问题,有＂液体分子筛＂之称的离子液...
为了研究承压条件下含瓦斯煤的解吸-扩散特性,建立了受载煤体瓦斯扩散系数的动态演化模型,并采用单孔模型和双孔模型计算了粒度0.25-0.5,0.5-1和1-2 mm煤样在0-12 MPa轴向压力条件下的瓦斯扩散系数。实验结果表明：双孔模型计算结果与实验数据相关性系数均稳定在99.5%以上,拟合效果优于单孔模型,其中,宏观有效扩散系数在10-^-4s-^-1数量级上,高...
针对含瓦斯煤岩在高应力环境下易发生松散破坏的问题,考虑煤体的多孔介质特征,研究了含瓦斯煤岩受应力扰动影响下的变形破坏规律。首先,基于逾渗理论提出了含瓦斯煤体的逾渗破坏概念,它的实质是含瓦斯煤岩发生逾渗行为后导致瓦斯突出使煤体失稳破坏过程中发生的一种动力破坏现象。然后通过理论分析了逾渗破坏分布区域并给出了逾渗破坏概率P∞的...
煤瓦斯吸附规律及其数学表征是进行煤层瓦斯含量评估、煤层气产出预测、突出危险性判别的理论基础。在理论描述煤瓦斯吸附时,经典菲克扩散模型仅考虑了吸附瓦斯量的变化,忽略了煤基质孔隙空间内的游离瓦斯,并且煤的孔隙尺度分布广泛,不同尺度孔隙中气体流动机制应有差异,因此仅采用菲克扩散解释瓦斯吸附行为可能不够有效。为对煤瓦斯非线性吸附...
瓦斯渗流速度及温度响应能反映出受载煤体内部结构和能量的变化,可以作为煤与瓦斯突出预警信号。以型煤为研究对象,利用自主研发的含瓦斯煤受载破坏试验系统测定了三轴加载条件下煤体的瓦斯渗流速度及温度联合响应规律,分析了加载速率对瓦斯渗流速度和温度影响效应,建立了瓦斯渗流速度及温度与突出煤失稳破坏之间的关系。实验结果表明：（1）在...
针对煤矿回风巷大量低浓度瓦斯排入大气层,造成资源浪费及环境污染现状,设计及制造了低浓度瓦斯富集涡流塔,并进行了离析态和非离析态试验,同时采用数值模拟与物理试验结果进行对比。结果表明：离析态时涡流塔内稳定瓦斯体积分数从下至中（上）逐渐升高（从0.50%增至0.70%）,表明弱涡流场离析状态下瓦斯富集效果较为明显;非离析态时涡流塔中（上...
煤层气藏的水文地质条件是控制煤层气运移、散失、分布和富集的重要因素之一。以西山煤田古交矿区为研究对象,分析产出水离子浓度、水质水型、矿化度和煤层含气量分布特征,结合地下水动力场分布特征,划分区域水文地质单元,并讨论不同单元内含气量分布特征及地质控制机理。结果表明：（1）该区煤层气井产出水离子以Na^＋,HCO3^-为主,水型主要为Na...
基于液固两相流理论建立煤层液流渗流数学模型,并给出描述煤岩产气通道流动状态的偏微分方程和煤层液流携粉运移特征的数学模型,依据数值求解结果分析产气通道中的液流压力和流速以及煤粉随液流运移的浓度分布情况。结果表明,煤储层近井区域液流高流速状态使得通道液流中的含煤粉量达到最高值,排采初期较大的排液量和压差波动使得其煤粉产出较多...
通过XRD、扫描电镜及力学强度测试等实验对龙马溪组页岩的物理力学性质进行分析,并采用真三轴压裂改造模拟器开展水平井水力压裂物理模拟实验,探究射孔参数及页岩物理力学性质对裂缝形态的影响规律。实验结果表明：（1）具有3种不同射孔类型的试样,在压裂后主要形成4种水力裂缝的形态模式,其中组合型射孔对于复杂裂缝的形成具有一定的促进作用。...
以TTI煤层的二维三分量各向异性弹性波方程为基础,推导Lebedev网格的有限差分格式,对不同裂隙参数的TTI介质进行数值模拟,分析裂隙参数对地震波场的影响,建立3层介质模型,获得不同裂隙密度和裂隙填充物的理论模型,正演得到煤层的AVO记录。通过对模拟结果的分析可知：（1）当煤层介质为干裂隙时,纵波的速度各向异性对裂隙反应敏感,当煤层介质为含...
传统的煤层AVA分析基于各向同性理论,而煤层通常表现为厚度小、互层分布、低速和低密度的特点,使得含煤地层呈现为各向异性,因此各向同性理论难以描述含煤地层的地震响应特征。为了能更准确的获得含煤地层的多波地震响应,基于各向异性理论和长波长理论,将含煤地层等效为具有垂直对称轴的横向各向同性介质,根据煤层总厚度与含煤地层总厚度的比值...
褶皱构造是影响韩城矿区煤炭开采并控制瓦斯富集的地质因素之一。研究韩城矿区褶皱构造的几何学特征,揭示其形成演化机理,有助于深化对矿区地质构造发育规律的认识,有效地指导煤矿安全高效生产。在地质分析基础上应用趋势分析、平衡剖面分析和古构造应力-应变场数值反演等方法,对韩城矿区的纵弯褶皱进行了系统的构造解析。研究结果表明,印支期韩...
煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与研究方法,讨论了相关的关键科学问题。分析认为,岩层破断与表土层形变过程尤其是基岩与松散层接触面的应力-应变...
针对胜利褐煤亲水性强、可浮性差的特点,从降低表面亲水性入手,采用2-乙基己醇、2-辛酮和苯乙酸甲酯对普通柴油油泡进行了改性,通过诱导时间对改性油泡的黏附性能进行了表征,借助傅里叶变换红外光谱技术分析了表面活性剂的吸附位点,并通过计算基团电负性进行了药剂吸附方式的分析,丰富了低阶煤油泡浮选的基础理论。实验结果表明：2-乙基己醇和2-...
为探究2-羟乙基三甲基氯化铵（LHDJ）抑制蒙脱石水化膨胀的机理,基于密度泛函理论的方法研究了干态和湿态环境中LHDJ在蒙脱石表面的吸附机理。结果表明,干态环境下,LHDJ在蒙脱石001表面和层间都能稳定吸附,但LHDJ在Na-001表面吸附主要是静电作用,在None-001表面和层间的吸附是氢键和静电引力的共同作用,钠离子的存在并不利于LHDJ吸附在蒙脱石001...
在一台600 MW的北京巴威W型（B＆W）火焰锅炉上采用了新型燃烧系统,在原始燃烧系统的基础上调整了二次风配比并且引入了燃尽（SOFA）风,该系统在大幅降低NOx排放的同时能保证飞灰含碳量不会明显增加。研究目标是通过数值模拟的方法评估新型燃烧系统在不同SOFA风率和不同SOFA位置时的整体燃烧性能。为了更加准确的计算飞灰含碳量,采用了CBK焦炭燃...
采用热重分析仪和固定床反应器,对典型新疆煤（和丰煤）的单段热解（定义为过程1）和不同温度停留的分段热解过程进行了较详细研究。结果发现不同热解过程的煤样总失重率差异较小。不同温度段停留时均导致焦油产率下降和气体产率增加。与仅在350℃停留30 min（过程2）相比,继续于450℃（过程3）停留使得焦油产率进一步下降15.42%,且此温度区间的...
利用电子万能试验机对4种典型煤种的煤块进行单轴压缩破碎实验,并用高速摄像仪记录破碎过程中煤块表面结构演化的图像,对破碎特性和细观力学特性演变开展研究。结果表明,单轴应力载荷下煤块呈现出以沿纵向主裂隙劈裂破坏为主的组合破坏形式。同煤种煤块的力学特性呈现出较明显的各向异性,这是由于煤块内部孔隙、裂隙等缺陷分布的不均匀性;不同煤...
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