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煤岩组合体冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第4期6卷 19-29页

作者：李利萍胡学锦潘一山李明会辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036

为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象,在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能... 详细信息

为揭示煤岩组合体冲击倾向性程度对超低摩擦型冲击地压的影响机制,以不同冲击倾向性煤岩组合体为研究对象,在对煤岩组合试件进行冲击倾向性测定的基础上,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以发生超低摩擦效应时的水平位移、动能、摩擦力为指标,探究煤岩组合体冲击倾向性与垂直应力波扰动频率、扰动振幅之间的关系特征。研究结果表明:(1)受扰动频率影响,弱、强冲击倾向煤岩组合体易发生超低摩擦效应的频率显著影响区分别为2.0~3.0,2.5~3.5 Hz,且随着冲击倾向性程度的增强,频率显著影响区逐渐右移。(2)相比于弱冲击倾向性煤岩组合体,强冲击倾向性煤岩组合体发生超低摩擦效应时水平位移、动能和摩擦力降幅较大,煤块易发生超低摩擦滑动。(3)随着煤岩组合体剩余能量指数的增大,冲击倾向性程度逐渐增强,动能呈指数规律增大,煤块越易发生超低摩擦滑动。研究结果可为超低摩擦型冲击地压的预测和防治提供参考。

关键词：煤岩组合体冲击倾向性剩余能量指数煤岩界面超低摩擦型冲击地压

碎软煤层韧性破坏-渗流耦合本构关系及其间接压裂工程验证

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煤炭学报 2021年第3期46卷 924-936页

作者：李浩梁卫国李国富白建平王建美武鹏飞太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 山西能源学院山西晋中030600 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048026

间接压裂是提高碎软低渗煤层地面井煤层气产量的新技术之一,其成功与否的关键在于顶板水力裂缝能否有效穿透煤岩界面并进入煤层,核心要素是碎软低渗煤层的韧性破坏与渗流耦合响应特征。将二维问题的Park-Paulino-Roesler势能函数扩展到... 详细信息

间接压裂是提高碎软低渗煤层地面井煤层气产量的新技术之一,其成功与否的关键在于顶板水力裂缝能否有效穿透煤岩界面并进入煤层,核心要素是碎软低渗煤层的韧性破坏与渗流耦合响应特征。将二维问题的Park-Paulino-Roesler势能函数扩展到三维应力空间,结合立方定律,得到煤结构面的韧性断裂-裂缝切向渗流关系;构建煤基质塑性变形与拉、压损伤的Helmholtz自由能表达式,结合达西定律,导出煤基质在塑性变形、张拉损伤变量影响下的渗透系数(或滤失系数)表达式。在数值计算中,将煤基质与结构面的力学属性分别赋予实体单元和零厚度的黏聚力单元,通过共享节点的方式连接并由此实现2者间的应力-渗流耦合。采用断裂力学实验识别材料参数,结合水力压裂实验验证碎软煤层的韧性破坏-渗流(DF-S)耦合本构方程组的合理性。在此基础上,模拟研究了多因素影响下水力裂缝从顶板向煤层延伸的过程,包括水平井和界面的间距D,竖向与最小水平地应力之差Δσ,煤岩界面摩擦因数f_(c,r)。结果表明:(1)DF-S本构方程组可以较好地反映间接压裂过程中碎软煤层的韧性破坏-渗流耦合响应特征;(2)煤岩界面会在很大程度上阻碍水力裂缝扩展,其机理在于水力压裂引起煤岩界面处煤结构面的韧性断裂、煤基质的塑性损伤、压裂液滤失引发的水力能量耗散,导致实际用于水力裂缝扩展的弹性能(或裂缝表面能)最低只占到水力能量的2%;(3)数值模拟条件下,水力裂缝穿透煤岩界面的临界f_(c,r)与D呈正相关,与Δσ呈负相关关系。D对临界f_(c,r)的影响更大,将D控制在1 m之内有望使18%~30%的水力能量用于水力裂缝扩展,提高间接压裂煤层技术的成功率。水力裂缝穿透碎软煤层与顶板界面的临界条件成果在山西晋城矿区赵庄矿得到应用,实现碎软煤层地面井煤层气增产,为煤层间接压裂方程设计提供了理论支撑。

关键词：碎软低渗煤层耦合本构关系间接压裂煤岩界面临界条件

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基于VMD的多相介质超声回波检测技术

煤炭学报 2018年第10期43卷 2944-2950页

作者：李力施万发魏伟中南大学机电工程学院湖南长沙410083 高性能复杂制造国家重点实验室(中南大学) 湖南长沙410083

提取多相介质中有效超声回波信号是实现煤岩界面识别的关键技术。利用超声波探测煤岩介质所获取的回波信噪比低且为非平稳、非线性信号,难以有效准确的获取煤岩界面的回波波形,进而无法有效判断煤岩分界面。传统的小波分析手段需要根据... 详细信息

提取多相介质中有效超声回波信号是实现煤岩界面识别的关键技术。利用超声波探测煤岩介质所获取的回波信噪比低且为非平稳、非线性信号,难以有效准确的获取煤岩界面的回波波形,进而无法有效判断煤岩分界面。传统的小波分析手段需要根据信号特点选取特定的小波基,EMD,EEMD等自适应信号分解方法存在模态混叠及虚假分量等现象。提出利用VMD(变分模态分解)分析超声回波信号的组成成分,准确获取煤岩界面的首次回波的波形与时间,以达到识别不同介质界面和判断介质相关参数的目的。模拟仿真及实验表明,VMD可实现更优化的信号分解效果,实现对煤岩界面首波波形和首波时间的检测,达到准确识别以煤岩介质为代表的多相介质分界面的目的。

关键词：煤岩界面超声检测信号分解 VMD

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基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

煤田地质与勘探 2022年第1期50卷 128-135页

作者：蒋必辞程建远李萍刘文明余俊辉吴国庆煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采... 详细信息

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式:回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用,基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始地质模型相比,局部信息刻画更精细,顶、底界面及煤厚与实际数据误差分别小于0.57、0.54、0.30 m。结果表明:钻孔雷达能高精度探测煤厚与顶、底界面,可实现透明工作面的构建。

关键词：钻孔雷达透明工作面顺层孔煤岩界面