摘要：运用相似模拟试验和分形几何理论,研究了受采动影响的回采巷道围岩裂隙产生-扩展-贯通-破坏的演化规律。巷道两帮围岩裂隙呈弧形向巷帮深处扩展,并按幂函数规律衰减;两帮顶板裂隙呈二次曲线演化规律;巷道上方顶板裂隙主要集中在巷帮上方。用裂隙密度分形维数定量描述了巷道围岩裂隙的分布和演化。研究结果有利于了解巷道围岩内部破裂的发生与发展规律,为选择巷道锚固方案和优化锚固设计参数提供了依据。

摘要：根据路天煤矿二采区1604工作面煤层赋存条件,运用1∶25的大比例物理模拟试验,定量研究了浅埋深煤层裂隙组数及其与工作面方位匹配对顶煤放出率的影响规律。研究结果表明:①顶煤放出率随裂隙组数的增加呈线性规律提高。与无裂隙煤体相比,含有单组、双组和三组裂隙的煤体,顶煤放出率分别提高18%,26%和35%。②单组裂隙时,随着裂隙方位与工作面夹角的增大,顶煤放出率呈线性规律降低。裂隙与工作面平行时,顶煤放出率最高,为70%。③双组裂隙时,随着次裂隙方位与工作面夹角的增大,顶煤放出率呈线性规律降低。主裂隙垂直、次裂隙平行于工作面时,顶煤放出率最高,为79%。④三组裂隙时,随着次次裂隙与工作面夹角的增大,顶煤放出率呈线性规律降低。主裂隙垂直、次裂隙斜交、次次裂隙平行于工作面时,顶煤放出率最高,为86%。将研究结果应用于1604工作面,取得了显著的经济效益,为具有相同条件的煤矿合理设计工作面的推进方向提供了参考依据。

摘要：针对较小煤岩试件单轴抗压强度的测定和破坏规律研究的不足,设计针对φ5mm×10mm的微小试件单轴试验的微型试验机,对煤岩破坏过程中的裂纹扩展规律及破坏机制进行研究。该试验机主要由预应力装置、主加载应力装置、试件腔和液压传输系统组成,与现有试验机相比,有如下特点:(1)能够在煤岩试件加载过程中,与三维显微CT耦合使用,观测内部裂纹裂缝的产生、发展和对试件破坏的影响;(2)可以绘制出与普通试验机相类似的煤岩全应力–应变曲线,通过尺度效应换算系数a得出任意大小煤岩试件的单轴抗压强度,并且能够如实反映微型煤岩试件加载过程中的各个变形阶段;(3)与之前对煤岩破坏研究的数值模拟方法相结合并比较其结果的异同点,得出的结论可以深化煤岩破坏规律的相关理论。装置操作性和便携性较强,为了使其应用范围进一步扩大,还将对各部件进行改进,提高加载装置的刚度和加载对试件产生的最大应变值,使其能够测定更高强度的岩石试件。初步的试验结果证实试验机研究的可行性,试验机的研制弥补普通试验机和大型试验机对煤岩破坏规律研究的不足,对岩石力学学科的发展起到一定的推动作用。

摘要：为了研究高压水作用后的煤层瓦斯解吸特性,依据地面水力压裂煤层抽采煤层气的方案和工艺,设计一系列含瓦斯煤体注水后的解吸特性试验,说明实际状态下的含瓦斯煤体在受到高压水的长期作用后解吸能力及规律的变化。试验装置采用自主研制的吸附-注水-解吸成套设备,分阶段地进行吸附、高压注水和解吸试验,对于不同煤种同等吸附压力下、相同煤种不同吸附压力下的块状原煤进行自然解吸和不同压力下的高压注水解吸试验,以获得不同条件下试验煤体的瓦斯解吸规律。结果表明:(1)在相同吸附平衡压力下,试验用1-1#贫煤的自然解吸率为56.17%,略高于试验用2-1#无烟煤的51.50%,与矿井实际的条件相同;(2)水对含瓦斯煤体的解吸特性影响较大,等压注水后的1-1#,1-2#和2-1#煤体的瓦斯解吸率分别为40.15%,47.17%和27.09%,只有自然解吸时的50%～70%,无烟煤的影响最大,较高瓦斯吸附压力下的贫煤影响最小;(3)随着注水压力的增加,最终解吸率逐渐呈非线性的规律衰减,在注水压力达到一定极值后解吸率会保持稳定;(4)解吸的时间效应与注水有关,自然解吸在较快时间内可以达到平衡,而注水后的解吸达到平衡的时间有不同程度的增加。

摘要：随着煤炭资源的大规模开发,大型设备进入煤矿井下,修筑特大断面硐室已必不可少,随之而来的深部层状碎裂煤岩体所具有的特殊工程地质问题更加突出。棋盘井煤矿井底特大断面换装硐室(跨度9.9 m、高9.45 m)处于硐室密集区的层状碎裂围岩中,可供类比工程很少,施工难度很大。针对其围岩特点,采用三维小模型分析施工顺序、高边墙破坏规律和支护单元的功效,用三维大模型真实再现施工过程,反映围岩空间动态变化情况;优选出最优施工方案及块段施工合理错距;理论分析得出高边墙围岩潜在破坏机制不尽相同,水平应力释放是高边墙产生片帮、剥落的主要原因,并提出承载墙的概念。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。

摘要：煤岩流体电动作用在地下资源开采中的工程应用逐渐增多,如强化油气采收、井巷软岩加固和矿山导流增注等。但是工程设计与参数选取的盲目性折射出该方面理论的滞后。从介质运移特性、宏观物性和结构变化3个方面综述煤岩流体电动作用的研究进展,指出新形势下存在的主要问题:介质传输过程不清晰、多场耦合规律未开展、宏观物性的微结构响应机制不明确、表面吸附流体的界面调控理念未形成,阐明煤岩流体电动作用的理论基础——双电层理论。在此基础上,提出煤岩流体电动力学的概念,即煤岩气液离子等多相介质在电场作用下的运动规律及其与外界的相互作用,构建以双电层理论为核心、以"电渗、电泳与电迁移"等电动特性为内含、以外界物化场为环境的理论框架,凝练煤岩流体电动力学理论的5个主要研究方向,阐述4个关键技术。该理论适用于比表面积较大的煤岩多孔介质,如煤、页岩、泥岩等,为地下尤其是深部资源开采中涉及固液气运移的问题解决(如煤层注水困难、煤粉堵塞伤害、瓦斯解吸缓慢、膨胀软岩支护困难、胶体充填排水缓慢、煤矸石重金属污染等)提供了一种新的行之有效的方法和科学指导,也为深部地电场作用下煤岩流体动力灾害的发生机制揭示提供了新的思路。

摘要：为了研究块裂煤体在不同储水状态下的吸附特性差异,选用潞安余吾煤矿的贫煤和阳煤开元煤矿的无烟煤并加工成Φ100 mm×150 mm的大块圆柱体煤样,保留了煤体原有的裂隙,基于吸附动力学理论,采用自主研制的吸附-注水成套实验系统,针对两煤种设计了6种不同含水率下的瓦斯吸附特性实验,并对同等初始条件下的定容吸附速率进行了研究。结果表明:水分作用下,对于相同初始压力下的定容吸附,1号和2号煤样干燥时的吸附速率分别是饱和含水时的16倍和22倍,吸附量分别是饱和含水时的5倍和32倍,通过孔隙测定结果,证实1号煤样具有更为发育的孔隙裂隙通道;关于终态吸附量随含水率的增加而降低的趋势,1号煤样是非线性的,但2号煤样呈现较好的线性衰减。

摘要：甲烷(CH_4)在煤体中的流动包含"渗流—扩散—吸附/解吸"3个环节,相比粉状煤,采用块状煤体进行CH_4吸附/解吸实验能够更有效地表征煤层中气体的流动状态。为此,依托渭北煤田韩城矿区煤样,利用自行设计的块煤吸附/解吸实验装置,研究了低压下块状同体积原生结构煤、碎裂煤和糜棱煤的CH_4等温吸附/解吸特性;采用显微CT和扫描电镜分析了3种煤样的孔裂隙结构和显微构造,探讨了煤体结构对CH_4吸附/解吸的影响。结果表明:不同煤体结构煤的CH_4吸附/解吸特性有显著差异。结构致密的原生结构煤,孔隙度较低,导致CH_4吸附/解吸平衡时间长,吸附量低,解吸率低;相比原生结构煤,脆性变形碎裂煤张裂隙发育且相互贯通,孔隙度变大,连通性好,导致CH_4吸附/解吸平衡时间变短,吸附量升高,解吸率增大;韧性变形糜棱煤孔隙数量虽增多,但裂隙被揉皱闭合,形成孤立分布的孔隙结构,渗透性变差,导致CH_4吸附/解吸平衡时间最短,解吸速率最快,说明大多数CH_4仅吸附在块煤内构造变形作用下形成的粒间孔隙中。可知,碎裂煤储层是煤层气开发的有利区域;而致密原生结构煤和糜棱煤储层可尝试通过多尺度压裂、注热等技术手段实施储层改造以增加煤体裂隙通道,达到气井增产增效的目的。

摘要：花岗岩在高温高压环境下会产生热破裂,强度减小,断裂韧度降低。研究不同温度条件下冲击回转凿岩规律具有重要意义,可以为设计地热开采的新型钻探方法提供理论依据。利用中国矿业大学的"20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机"、大尺寸(φ200 mm×400 mm)花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击旋转破岩规律。得出以下结论:①在高围压状态下,随着温度升高,花岗岩的强度逐渐降低,冲击旋转钻进速度随之逐渐增大;②在高围压状态,冲击旋转破岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低,凿岩效率明显提高;③在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗基本随着钻压的增大而减小。

摘要：介绍了薄层状碎裂顶板综采切眼采用螺纹钢锚杆-金属网-钢筋焊接梯子梁-锚索-槽钢梁等进行联合锚固的地质力学条件、围岩特征和施工方式,提出了该条件下锚周材料的选择原则和选择结果。运用以巷道围岩稳定性分类为基础的工程类比设计方法和以地质力学条件为基础的数值计算设计方法,给出了薄层状碎裂顶板综采切眼锚固参数的确定方法与结果。对顶板离层的监测结果表明:(1)采用的锚固方式和锚固参数能够有效地控制薄层状碎裂顶扳综采切眼的顶板变形与漏冒顶;(2)在巷道掘出后20d内,顶板岩层处于剧烈活动期,20d后趋于稳定;(3)初次掘巷后,顶板岩层的下沉量以锚杆锚固范围内的顶板下沉量为主;(4)二次扩巷后,顶板岩层所产生的下沉量以锚索锚固范围内的顶板下沉量为主;(5)联合锚固技术取得了显著的经济和社会效益。