摘要：坡态控制参数的确定是露天开采设计的重要环节,为明确各参数发生波动时边坡稳定性和剥离量的变化程度,以广东省某矿山为研究对象,对露天矿山边坡结构设计中的台阶高度h、安全平台宽度l_(1)、清扫平台宽度l_(2)和台阶坡面角α四个坡态控制参数影响因子进行敏感性分析。采用极限平衡法计算了108组不同坡态控制参数下边坡的稳定性系数,通过相关系数矩阵以及多元线性回归建模,进一步结合基于剥离量的经济效益计算,定义了综合效益权重δ_(i),并以此定量分析了各坡态控制参数因子对边坡稳定性与经济效益的影响程度。结果表明:综合效益权重排序为α≫h>l_(1)>l_(2),当设计方案稳定性系数不满足安全系数时应优先增大清扫平台的宽度与安全平台的宽度,反之则应该优先考虑增大台阶坡的面角,并据此原则确定了最优方案为台阶坡面角70°、台阶高度12 m、安全平台宽度6 m、清扫平台14 m。

摘要：为提升岩石剪切渗流试验系统中辐射渗流剪切盒的流体密封性能,基于自主研发的新型岩石剪切渗流试验装置提出3种辐射渗流密封装置的结构设计方案:密封圈横向预压缩密封、硅胶垫法向压缩密封以及密封圈法向预压缩密封,并分别对其进行大变形数值模拟和试验验证。结果表明:(1)密封圈横向预压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小无关,而与岩样上端面平整度和平行度密切相关,流体密封压力较为稳定,密封水压力在0.72 MPa上下波动;(2)硅胶垫法向压缩密封的密封效果与施加的法向荷载大小呈正相关,在法向荷载允许范围内密封垫客观上具有密封压力阈值,在3.3 MPa法向荷载作用下密封水压力最大值可达到1.62 MPa;(3)密封圈法向预压缩密封既具备硅胶垫法向压缩密封的优点,还克服了硅胶垫密封性能依赖法向荷载大小的缺陷,可在较低的法向荷载状态下实现相对较好的密封效果,最大密封压力可达到2.45 MPa。数值仿真结果表明,对于密封圈法向预压缩密封,扩大密封圈直径并不能明显提高密封性能,而改变密封圈材料对密封性能影响较大。研究结果可为突破目前剪切渗流试验设备5 MPa水压力密封的极限及优化剪切盒密封装置结构设计提供了理论参考和研发借鉴。

摘要：为了考察水力挠动措施对软煤及砂岩的卸压增透效果,克服采取高压注水进行煤层瓦斯增浓提效的盲目性。采用自行设计改造的"真三轴水力挠动-瓦斯渗流实验装置"对正方体砂岩及松软煤样试件进行了水力挠动实验。根据泵注压力实时演化曲线分析掌握了2种试件注水过程中裂隙发育、延展规律:泵注过程中砂岩试件经历压裂—多次压裂—完全破裂,最终被高压水完全压裂,其内部裂隙得到充分扩张、衍生,最终相互贯通的裂隙网形成;相反,软煤样试件则经过压裂—压实—闭合,最终被压实闭缝,内部裂隙网络未能展开连通。基于挠动前后渗透率分析对比的基础上实验验证了水力挠动措施对2种试件的适用性:挠动后砂岩试件的渗透率成百倍增加,而软煤试件的渗透能力几乎丧失。与模拟实验相对应,在试验井松软煤层及顶板砂岩中分别布置钻孔进行高压水挠动,措施后采用相关指标对挠动后的瓦斯抽采效果进行了考察:砂岩挠动钻孔措施后的抽采流量、浓度及纯量大幅增加,衰减系数急剧下降;而煤层挠动钻孔相应指标则呈相反趋势。实验结果及现场工程实践均表明:水力挠动作用下砂岩内部发生脆性变形,持续高水压作用下裂隙较好地发育、延展、贯通,较发育的网络系统形成,为下部煤体瓦斯解吸、扩散和运移提供了畅通的流动通道。相反,尽管挠动初期松软煤体内部出现裂隙,但随着注水持续,煤体发生塑性变形,水与煤体形成的煤泥堵塞了天然及人造裂缝(隙),软煤逐渐被压实,瓦斯流动性弱化,渗透性降低。研究成果表明转移挠动对象松软煤体至其坚硬顶板是松软煤层卸压增透的有效途径之一,应用于不适宜采用水力挠动的低透气性突出煤层有望取得较理想的瓦斯治理效果。