摘要：为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,借助动态气压监测与声发射检测手段,研究了煤岩体裂缝形态、气压曲线及能量释放规律。结果表明:水耦合作用显著提高了高压空气的能量利用率,使试块产生的水平及竖直裂缝长度明显大于空气耦合时;水耦合时试块的破裂面无碎屑出现,而空气耦合时试块破裂面出现了较多碎屑;随着钻孔不耦合系数的增大,试块裂缝长度呈现先增大后减小的趋势,当钻孔不耦合系数为2.0时,裂缝长度达到峰值,此时试块产生的裂缝网络最为丰富;致裂过程的气压曲线呈现起裂、扩展和贯通三个阶段,水耦合作用时的气压峰值均大于空气耦合作用时的气压峰值;声发射信号主要集中在扩展阶段,水耦合作用时声发射信号响应更为剧烈,且以多簇形式出现,而空气耦合作用时则以单簇形式出现;当钻孔不耦合系数为2.0时,声发射累积能量和累积事件数均达到峰值。

摘要：基于围岩强度参数衰减规律的室内试验结果,对FLAC3D应变软化模型进行了二次开发,以现场实测矿压显现规律作为已知特征值,反演了岩体力学参数。分析了深部巷道钻孔卸压机理,提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标,初步将卸压程度分为非充分卸压、充分卸压和过度卸压3类,系统研究了卸压钻孔参数(长度、直径和间排距)对深部巷道围岩稳定性的动态作用规律,提出了影响卸压效果的各关键参数的确定方法,完善了钻孔卸压技术体系。工程应用效果表明,采用卸压钻孔参数确定方法设计的卸压方案,围岩控制效果显著,且该方法简单易行。

摘要：为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分析不同地应力、初始渗透率、储层压力和温度等深部特征参数以及不同埋深条件下煤层气抽采的储层参数和产气演化规律。结果表明:渗透率变化为地应力增加、温度降低和煤层气解吸引起的煤基质收缩效应与储层压力降低引起的煤基质膨胀效应的综合竞争结果;随着煤层气和水被采出,储层温度降低和煤层气解吸占主导,储层渗透率升高;地应力对深部储层渗透率比例的变化起着主要作用,初始渗透率对产气速率起着控制作用;当煤层埋深小于临界埋深时,产气量随埋深逐渐增加,达到临界埋深后,产气量随埋深逐渐降低;低渗透率是制约埋深超千米的气井高产的关键。

摘要：针对特厚煤层回采巷道围岩破坏严重的问题,以义马煤田千秋矿21141工作面运输巷为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了回采巷道塑性区形态特征及其在采动应力作用下的演化规律。结果表明:①塑性区形态特征取决于双向载荷比值,不同的应力条件下,圆形巷道围岩塑性区呈圆形、椭圆形或蝶形分布。②受工作面回采的影响,特厚煤层回采巷道区域主应力场的大小和方向将发生改变。随着到工作面距离的增大,最大主应力沿回采巷道轴向先急剧增大后逐渐减小,在距离工作面处15 m达到峰值,最大主应力与x轴夹角则逐渐增大并接近于竖直方向,最小主应力也呈先增大后缓慢减小,峰值位置在距离工作面约25 m处。③在采动应力作用下,工作面前方回采巷道塑性区形态特征会发生变化。随着到工作面距离的减小,回采巷道两肩角处塑性区不断向深部扩展,其形态由不规则逐渐演化成蝶形,塑性区蝶叶方向会随着最大主应力的变化而发生偏转。研究成果可为特厚煤层开采方案设计、回采巷道支护参数确定等提供理论依据。

摘要：以煤矿瓦斯抽采注浆封孔实践为背景,针对现有爆破阀无法满足新型注浆封孔器需要的现状,研制了1种新型爆破阀,明晰了爆破片的破坏机制,并通过实验室试验优选了该新型爆破阀的关键参数。设计的定值爆破阀具备定值开启的功能,同时能够有效的防止浆液回流。针对设计的拱形爆破片展开有限元分析,发现爆破片一般在已经固定的边缘发生破坏,并且高径比越大其损伤越显著,这表明随着爆破片的变形,爆破片越发趋于破坏。实验室试验表明:爆破压力随着垫片直径增大而降低,随着铝箔厚度而升高;此外,3种不同厚度的铝箔片的爆破系数Kb值并不为同一定值,而是随着铝箔的厚度增加而增大。

摘要：某煤铝共生矿的煤层近似平行赋存于铝土层之上,且二者倾角小、厚度薄,实现该矿煤铝共生缓倾斜薄矿床安全高效开采的难点在于瓦斯处理、开采工艺协调以及煤岩层稳定性控制。首先提出了先煤层后铝土层、先铝土层后煤层、煤层铝土层交替、煤层铝土分层诱导协同4种开采模式;然后结合该煤铝共生矿床的实际开采技术条件,从瓦斯处理、通风、排水等方面对比分析了4种开采模式的优缺点,认为煤层距离铝土层较近时采用分层诱导协同开采模式最合理。基于该矿床的实际工程地质条件,提出了煤铝共生缓倾斜薄矿床分层诱导协同开采底盘漏斗出矿开采方案,并对采场结构、回采工艺、采场通风、协同开采顺序等进行了设计。以设计的方案为载体,再次对4种开采模式进行了分析,认为分层诱导协同开采方案不仅经济效益最佳,而且可确保开采过程中人员、设备的安全。

摘要：为揭示层理构造对煤体裂隙演化与瓦斯渗流特性的影响机制,优化基于层理构造的瓦斯抽采设计,保障煤矿安全高效生产,利用RFPA2D-Flow软件,在煤体中预制斜交、垂直和平行层理裂隙面的基础上,分别对不同层理煤体的裂隙演化特征、声发射分布规律及瓦斯渗流压力场进行模拟研究,并与试验结果对比。结果表明:不同层理煤样均以剪切破坏为主,但最终破坏形态有明显差别;斜交层理煤样在3条预制层理的中间1条处破坏最明显,而垂直、平行层理煤样的抗压/拉破坏主要在预制层理裂隙面两端和周围;不同层理煤样的瓦斯渗流压力场梯度曲线均在裂隙出现的区域有明显变化,且呈波浪状分布;斜交层理煤样的模拟结果与试验结果基本吻合,验证了模拟的有效性。

摘要：基于相似模拟试验对地质研究的重要性,以石英砂、石灰和石膏为配比原料,通过正交设计与极差分析结合的方法,以砂胶比、灰膏比、养护天数作为控制因素,研究了各个因素对相似材料力学参数敏感性影响。结果表明:砂胶比对材料密度的影响要大于灰膏比对密度的影响;抗压强度随着砂胶比增大会显著降低,随着灰膏比增大会缓慢降低,养护天数对抗压强度的影响则介于两者之间,且随着时间增加强度趋于稳定。通过对试验结果进行多元线性回归分析,确定相似配比材料试验方程,并以养护天数对大致确定的配比材料进行调整,做出最合理的相似材料。

摘要：为了研究瓦斯涌出导致采动煤体蠕变失稳的问题,应用非线性模型理论和线性叠加原理,建立了动载荷条件下的非线性蠕变方程来模拟含瓦斯煤体失稳过程。结果显示:新蠕变方程能够很好地描述瓦斯涌出过程中含瓦斯煤体蠕变失稳过程;当应力接近屈服应力时,仅需一个较小的动载荷就可以使煤体在较短时间内失稳。这对煤矿煤与瓦斯突出防治具有一定的参考意义。

摘要：为了研究相似材料配比试验中单轴抗压强度的影响因素,通过π值法构建无量纲模型的方法,研究了单轴抗压强度与配比总量、砂量、石灰量、石膏量及养护天数之间的关系。结果表明:使用Matlab对以单轴抗压强度为控制因素的无量纲模型处理分析,在剔除独立π项和协变量(养护天数)后,所得的对数函数模型可以较为准确的计算出单轴抗压强度,函数相关系数接近1,标准误差也控制在3%左右。经验证,模型预测结果和实测值有很好的一致性,无量纲模型在配比试验参数的研究方面具有其合理性。