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煤岩变形亚失稳阶段特征识别研究

煤岩变形亚失稳阶段特征识别研究

作者：朱晨利北方工业大学

学位级别：硕士

煤岩亚失稳阶段是煤岩变形破坏过程中的重要阶段,将亚失稳阶段作为煤岩破坏短临预报研究阶段,可以为由于煤岩体变形导致的冲击地压灾害预报预警提供可靠的理论依据。针对煤岩亚失稳阶段特征识别问题,论文采用数字散斑相关方法及声发射... 详细信息

煤岩亚失稳阶段是煤岩变形破坏过程中的重要阶段,将亚失稳阶段作为煤岩破坏短临预报研究阶段,可以为由于煤岩体变形导致的冲击地压灾害预报预警提供可靠的理论依据。针对煤岩亚失稳阶段特征识别问题,论文采用数字散斑相关方法及声发射技术作为监测手段,开展单轴压缩加载下煤岩变形亚失稳阶段特征研究,分析煤岩变形演化阶段特征以及变形演化阶段声发射特征,得到变形场参量以及声发射参量,结合提出的亚失稳阶段综合指标识别方法,分别对煤岩亚失稳阶段进行识别。此外,通过对现场微震数据展开分析,进一步将煤岩亚失稳识别方法引入煤矿微震监测预警系统,对实现冲击地压灾害的有效防治具有重要的实际意义。在煤岩变形阶段演化特征研究方面,通过开展煤岩单轴压缩试验结合数字散斑相关方法,研究煤岩变形演化特征。在煤岩变形场演化过程研究基础上,提出了非均匀性指标对煤岩变形阶段进行划分;从变形演化角度,对局部化带的迁跃现象及特征、局部化带空间非均匀滑动特征、能量累积和释放波动演化特征,亚失稳阶段的裂纹扩展及交汇特征、震中迁移、滑动“趋同化”特征、静力向动力转换特征、局部和整体协同的能量演化特征、形变波动传播特征,以及失稳阶段的衍生裂纹形成和局部破裂弹射特征等煤岩变形特征异同性进行了总结;开展煤岩变形破坏演化机制研究,提出局部化带跳跃、能量波动演化、滑动趋同化以及形变波传播等煤岩变形破坏机制。在煤岩变形演化阶段的声发射特征研究方面,以声发射为监测手段,研究煤岩变形演化阶段声发射特征。通过开展声发射时空强参数研究,提出了全波形提取方法和声发射空间聚集性参数,并完成了程序编写,得到煤岩变形演化阶段的声发射定位点的分布趋势与局部化带的时空演化具有一致性的特征;通过声发射时频域参数分析,提出了声发射波形畸变率分析指标,认为声发射事件越密集的变形阶段,波形畸变率高值分布越多;从变形演化角度,分析煤岩变形阶段声发射特征,总结了声发射事件率峰前激增、声发射空间聚集性、声发射震源机制解等特征规律。在煤岩亚失稳阶段特征识别研究方面,首先根据煤岩变形局部化特点,采用塑性梯度理论,建立煤岩亚失稳阶段力学模型,探讨煤岩亚失稳影响因素,以局部化带等效刚度作为亚失稳阶段变形场识别指标,通过分析认为局部化带发生滑动变形是试件发生失稳破坏的必要条件,煤岩亚失稳阶段与局部化带等效刚度有关。建立了煤岩变形亚失稳阶段声发射指标识别体系,并通过综合指标识别煤岩亚失稳阶段特征,得到了较好的结果。在对煤岩亚失稳识别现场应用方面,对现场某煤矿工作面采集到的微震事件按顶板、底板和煤层进行分类提取,并对微震监测数据时频域参数、时空强参数和破裂类型等展开分析,通过提出的亚失稳阶段综合指标识别方法进行判别,为矿区灾害防治提供参考,并将此方法引入煤矿微震监测预警系统,最终实现矿山微震的实时监控及预测。

关键词：煤岩变形亚失稳数字散斑相关方法声发射

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煤岩变形力学特性及其对渗透性的控制

煤炭学报 2012年第8期37卷 1342-1347页

作者：孟召平王保玉谢晓彤薛彦东杜星原中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司山西晋城048006

通过煤岩力学试验研究了煤岩物理力学性质和煤岩全应力-应变过程中的渗透规律。研究结果表明:煤的力学强度相对煤层顶底板岩石具有低强度、低弹性模量和高泊松比特性,易于产生塑性变形;在全应力-应变过程中具有明显应变软化现象的煤样,... 详细信息

通过煤岩力学试验研究了煤岩物理力学性质和煤岩全应力-应变过程中的渗透规律。研究结果表明:煤的力学强度相对煤层顶底板岩石具有低强度、低弹性模量和高泊松比特性,易于产生塑性变形;在全应力-应变过程中具有明显应变软化现象的煤样,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,煤岩体积被压缩,煤岩渗透率随应力的增大而略有降低或渗透率变化不大;在煤岩的弹性极限后,随着应力的增加,煤岩进入裂纹扩展阶段,煤岩体积应变由压缩转为膨胀,煤岩渗透率先是缓慢增加然后随着裂隙的扩展而急剧增大;在煤岩峰值强度后的应变软化阶段煤岩渗透率达到极大值,然后均急剧降低,峰后煤岩的渗透率普遍大于峰前。在全应力-应变过程中应变软化现象不明显或者具有应变硬化现象的煤样,煤岩全应力-应变过程中最大渗透率主要发生峰值前的塑性变形阶段,在煤岩峰值强度后的应变硬化阶段,随着煤岩应力的增大,煤岩渗透率减小,峰后煤岩的渗透率普遍小于峰前。

关键词：煤岩变形力学特性渗透性全应力-应变

煤岩变形及破裂电磁辐射信号的R/S统计规律

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中国矿业大学学报 1998年第4期27卷 349-351页

作者：王恩元何学秋刘贞堂中国矿业大学采矿工程系

对煤岩变形及破裂电磁辐射（ＥＭＥ）信号进行了赫斯特（Ｒ／Ｓ）统计分析．研究结果表明，电磁辐射信号符合赫斯特统计规律，说明在受载煤岩的变形及破裂过程中，电磁辐射信号基本呈现逐渐增强的趋势，这对于预测预报煤岩灾害动力现象... 详细信息

对煤岩变形及破裂电磁辐射（ＥＭＥ）信号进行了赫斯特（Ｒ／Ｓ）统计分析．研究结果表明，电磁辐射信号符合赫斯特统计规律，说明在受载煤岩的变形及破裂过程中，电磁辐射信号基本呈现逐渐增强的趋势，这对于预测预报煤岩灾害动力现象具有重要意义．

关键词：电磁辐射 R/S统计规律赫斯特指数煤岩变形

鄂尔多斯盆地煤岩变形与煤储层特性关系的实验研究

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地质学报 2008年第10期82卷 1335-1340页

作者：杨光刘俊来吉林大学地球科学学院长春130061 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083

本文开展了在25～150℃和25～100MPa同时升温和升压条件下,鄂尔多斯盆地中煤阶煤岩变形实验研究。结果表明,25℃/25MPa条件下煤岩强度显著低于其他温度和压力条件下煤岩的强度。在实验变形条件下,煤岩主体的变形表现以破裂与微破裂作用... 详细信息

本文开展了在25～150℃和25～100MPa同时升温和升压条件下,鄂尔多斯盆地中煤阶煤岩变形实验研究。结果表明,25℃/25MPa条件下煤岩强度显著低于其他温度和压力条件下煤岩的强度。在实验变形条件下,煤岩主体的变形表现以破裂与微破裂作用为主。不同温度和压力条件下的煤岩变形特点表现出一定的差异。随着温度和压力的降低,煤岩样品破裂的延伸逐渐减小,破裂发育的透入性逐渐升高。变形煤岩样品中破裂的发育往往定向性较强,发育相对较为均匀。随着应变的增加,破裂多扩展为较大的规模。伴随天然煤降温、降压过程,导致煤岩从韧性向脆性的转变,在转变的早期和中期,大量煤层气将解吸储集于尚未贯通的密集微裂隙内,随着温压的缓慢降低,煤岩储集性和渗透性在变好,较为适宜煤层气的运移与保存。而在转变的后期,煤岩形成贯穿性破裂系,造成煤层气的散失,可能成为演化程度和孔隙度低的煤岩吸附煤层气能力弱的主要原因。

关键词：煤岩变形实验变形力学性质煤储层物性

煤层气产出过程中气-水两相流与煤岩变形耦合数学模型研究

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水文地质工程地质 2001年第1期28卷 1-3页

作者：林良俊马凤山中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

气 -水二相流和煤岩变形耦合作用是煤层气产出过程中一种复杂的物理现象 ,为准确描述这一现象 ,本文建立了气 -水二相流和煤岩变形的微分方程 ,并用有限元分别将它们进行离散化 ,然后讨论了煤岩变形模型和气

关键词：煤层气气-水二相流煤岩变形耦合作用数学模型有限元

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开挖引起的煤岩变形损伤及界面破裂数值模拟

开挖引起的煤岩变形损伤及界面破裂数值模拟

作者：侯雪沈阳工业大学

学位级别：硕士

为了提高煤层开采的有效性,安全性和经济性,通过模拟煤层倾角对煤层和上部岩体界面在开挖扰动载荷作用下的变形损伤演化的影响,研究了煤层变形损伤及界面软弱层系统破坏的机理,为瓦斯渗流和瓦斯突出灾难的机理分析打下了基础。本文应用... 详细信息

为了提高煤层开采的有效性,安全性和经济性,通过模拟煤层倾角对煤层和上部岩体界面在开挖扰动载荷作用下的变形损伤演化的影响,研究了煤层变形损伤及界面软弱层系统破坏的机理,为瓦斯渗流和瓦斯突出灾难的机理分析打下了基础。本文应用ABAQUS进行数值模拟,计算中采用了Drucker-Prager作为煤岩的屈服条件,Traction-Separate Law作为界面单元的损伤判定标准,将混凝土损伤本构应用到煤层损伤分析中。得到主要结论如下： (1)四种倾角模型最大与最小主应力值分别位于采空区左下方底板内和右上方顶板中,与水平煤层明显不同;垂直应力集中区范围不断转移扩大到下部底板;工作面前方的剪应力逐渐向前蔓延形成应力更高的集中带。 (2)沿煤层走向采空区顶板岩层出现弯曲下沉的特征,呈现不对称偏态漏斗型;上层顶板左右端以及煤层的开采面附近都出现较大偏向右侧的水平位移;煤层倾角越大,竖向位移越大。 (3)在扰动载荷作用下,界面刚度逐渐降低,采空区附近单元甚至产生失效,随着界面损伤的扩散,导致了周围结构的裂隙和缺陷的产生 (4)靠近工作面的煤层中裂纹受到较大张应力,致使裂纹扩展到周边介质,煤岩中出现损伤甚至失效,倾角越大,损伤越早出现,并且短时间单元达到失效。

关键词：煤岩变形界面单元数值模拟损伤倾斜煤层

下保护层开采上覆煤岩变形与卸压瓦斯抽采研究

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下保护层开采上覆煤岩变形与卸压瓦斯抽采研究

作者：刘宝安安徽理工大学

学位级别：硕士

本文基于煤岩变形与瓦斯运移理论，综合运用理论分析、计算机数值模拟、实验室相似材料模拟及现场工业性试验等多种研究方法，对下保护层开采上覆煤岩应力分布、被保护层卸压变形规律及地面钻井卸压瓦斯抽采问题进行了系统研究。得出了... 详细信息

本文基于煤岩变形与瓦斯运移理论，综合运用理论分析、计算机数值模拟、实验室相似材料模拟及现场工业性试验等多种研究方法，对下保护层开采上覆煤岩应力分布、被保护层卸压变形规律及地面钻井卸压瓦斯抽采问题进行了系统研究。得出了下保护层开采被保护层应力分布、卸压范围、变形规律及地面钻井卸压瓦斯抽采效果;下保护层开采后对被保护层可以充分卸压，卸压保护角为500左右;被保护层沿走向被划分为“5个区”，即：压缩区、卸压膨胀区、卸压膨胀稳定区、卸压膨胀区、压缩区。下保护层采动影响下，被保护层瓦斯压力由原始4.5MPa，降低到0.6MPa，煤层透气性系数变为采动前原始透气性系数的1820倍，被保护层得到了充分卸压。地面瓦斯钻井可以对采动影响区卸压瓦斯进行长时间、有效地预抽采。本文研究成果对有突出危险的煤层开采和区域性消突具有普遍指导意义和参考价值。

关键词：下保护层开采瓦斯抽采煤岩变形裂隙分布卸压效果