摘要：岩块间胶结结构的破坏是陷落柱诱发煤矿突水事故的重要因素之一。为研究胶结破碎煤岩体在三轴承压下的渗流稳定性,分别制作10组含有不同级配结构的煤样,利用自主设计的三轴渗流试验系统对胶结破碎煤岩体的渗透率k、非Darcy流β因子和失稳临界值进行试验测定。结果表明:1)不同Talbot指数n所对应的胶结破碎煤岩体孔隙结构不同,承压变形时其渗透率与有效应力满足函数关系:k=aebσc,说明快速压密阶段主要影响的是初始孔隙率,后续结构重调整阶段骨架颗粒发生了剥落、破碎;2)当渗透率k下降到10^-10m^2以下、或非Darcy流β增加到106 m^-1时,都会引起渗流系统失稳,说明两者数量级的改变可诱发β因子突变到负值,其符号的变化可作为煤岩体渗流失稳的临界条件;3)高应力水平状态下,60%的级配结构在渗流过程中均出现失稳阶段,说明渗流参数是否满足βk2<3.90×10^-12m^3,可作为预测煤矿突水事故的重要依据。

摘要：针对在上煤层开采条件下,被保护层开采时,采动覆岩经历二次缷压后瓦斯涌出量大、上煤层采空区高浓瓦斯下渗等关键问题,以铜川下石节煤矿为工程背景,采用理论计算及实验室相似模拟研究。研究在上煤层开采条件下,被保护层开采时覆岩裂隙演化规律、裂隙带发育高度、二次充分缷压后工作面瓦斯大量涌出规律、瓦斯治理方案设计及效果考察分析;在综合分析工作面瓦斯参数后,创新性的提出了近距离下煤层开采缷压瓦斯治理措施:由于保护层和被保护层夹层间距过小以及巷道局限性,本文创新性地提出利用回风顺槽70 m宽度的煤柱,在煤柱里面开设钻场,施工大直径定向钻孔到复合采空区进行缷压瓦斯抽采。考察缷压瓦斯治理效果分析表明,工作面回风流及支架间瓦斯浓度均在0.3%以下,保证了工作面的安全高效回采。

摘要：针对当前煤矿井下传统瓦斯传感器检测范围小、使用寿命短的问题,设计并制作了一种基于Helmholtz共振原理的声学瓦斯传感器。基于声波共振原理,建立瓦斯体积分数与共振频率之间的声学模型,设计制作波导管及双孔空心球共振器;同时采用LabVIEW软件,开发虚拟声学瓦斯检测系统,从而完成声学瓦斯传感器设计。利用传感器开展不同体积分数瓦斯测定实验室试验,结果表明:设计的传感器实现了大量程瓦斯体积分数检测,提高了瓦斯检测精度。

摘要：为了得到应力和温度对采空区破碎煤岩体渗透特性及压实特性的影响,通过自主设计的渗透系统以分级加载的方式对破碎煤样进行渗流试验,得到考虑温度的压实破碎煤体的本构模型。结果表明:渗透率随温度变化总体呈上升趋势,在采空区遗煤自燃的过程中,随着温度的升高,煤体内部细观结构发生变化,颗粒的堆积变得更为松散,从而导致破碎煤体的渗透率增大;破碎煤体孔隙度随着轴向应力的升高呈负指数下降趋势,孔隙度和碎涨系数都随着温度的升高而升高,125℃对应的碎涨系数比25℃对应的碎涨系数大0.03;压实变形过程中破碎煤体的割线模量Es和切向模量Et均随应变的增加而升高,且在相同应变条件下,温度越高破碎煤体的Es和Et越低。通过对在应力σi作用下破碎样的割线模量与温度的关系进行拟合,建立了考虑温度的压实破碎煤体的本构关系。