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静态膨胀剂在突出煤体中致裂效果的实验分析

煤炭技术 2015年第1期34卷 153-155页

作者：任建伟谢雄刚朱云仓贵州大学矿业学院贵阳550025 贵州大学复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025 贵州大学贵州省优势矿产资源高效利用实验室贵阳550025

针对静态膨胀生裂技术问题,通过参考文献的实测数据和理论推导,得出静态膨胀剂可以膨胀裂开我国突出煤层。建立实验模型测试静态膨胀剂在突出煤体中的致裂效果。此次实验测试中,水泥槽实验模型突出煤体发生了裂隙发育、裂隙传播和裂隙... 详细信息

针对静态膨胀生裂技术问题,通过参考文献的实测数据和理论推导,得出静态膨胀剂可以膨胀裂开我国突出煤层。建立实验模型测试静态膨胀剂在突出煤体中的致裂效果。此次实验测试中,水泥槽实验模型突出煤体发生了裂隙发育、裂隙传播和裂隙扩展贯通3个明显变化过程。

关键词：膨胀生裂实验研究水泥槽实验模型致裂效果

不同冷冲击作用下高温花岗岩损伤演化与致裂效果分析

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不同冷冲击作用下高温花岗岩损伤演化与致裂效果分析

作者：侯新西安科技大学

学位级别：硕士

温度对岩石所造成的热损伤影响显著,如:深部矿井降温、隧道火灾喷水灭火、地热抽采等均面临高温岩石冷冲击诱发损伤开裂问题。因此,开展大温差作用对高温岩石冷冲击损伤致裂研究,具有重要的研究价值与指导作用。目前,相关研究主要集中... 详细信息

温度对岩石所造成的热损伤影响显著,如:深部矿井降温、隧道火灾喷水灭火、地热抽采等均面临高温岩石冷冲击诱发损伤开裂问题。因此,开展大温差作用对高温岩石冷冲击损伤致裂研究,具有重要的研究价值与指导作用。目前,相关研究主要集中于高温岩石损伤及开裂方面,而围绕冷冲击后高温岩石损伤演化与致裂效果的研究相对较少。因此,本文采用理论分析、冷冲击试验及数值计算等研究手段,以高温花岗岩为研究对象,开展不同冷冲击作用对高温花岗岩致裂效果研究,通过对比不同冷冲击作用后高温岩样物理力学性能差异特性,藉此探究裂纹演化形态及致裂机理。主要研究工作如下:（1）不同冷冲击条件下含孔花岗岩温变及致裂效果分析;以含孔花岗岩作为对象,研究不同冷冲击前后,花岗岩开裂状况、裂纹形态等变化,并分析冷冲击过程中花岗岩温度变化规律。基于数码电子显微镜对花岗岩经历不同冷冲击作用后细观结构变化分析,开展裂纹开裂形态、延展方式等量化统计分析,探寻冷冲击作用诱发显著致裂变化的温度阈值,进而明确冷冲击作用诱发高温花岗岩致裂演化的普遍性规律。（2）冷冲击诱发高温花岗岩致裂演化数值模拟分析;基于室内试验测试结果,通过建立数值模型对不同冷冲击后高温花岗岩致裂模拟,利用RFPA数值模拟程序对不同冷冲击作用下含孔花岗岩致裂过程及效果进行模拟分析。并分析了模拟与试验结果的偏差。（3）不同冷冲击条件下高温花岗岩损伤演化特性分析;对不同冷冲击后的花岗岩开展波速及视电阻参数测试,明确因不同冷冲击作用产生的差异性规律,并结合单轴压缩与声发射检测试验,得到花岗岩在不同冷冲击后的力学参数变化特征,归纳总结不同冷冲击条件下高温花岗岩力学损伤演化特性。（4）将试验结果与理论分析相结合,立足岩石矿物学等范畴,从热力学、矿物学等角度出发,探究了不同冷冲击作用所造成的花岗岩致裂演化机制与力学损伤机理,揭示了冷冲击对花岗岩从细观损伤发展到宏观力学破坏的内在关联。

关键词：高温花岗岩冷冲击 RFPA 性能演化致裂效果力学损伤

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高压电脉冲水压致裂煤体效果试验研究

煤炭科学技术 2017年第9期45卷 133-138页

作者：鲍先凯武晋文杨东伟黄春辉段东明太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 中北大学理学院山西太原030051

为了研究高压电脉冲水压对煤体产生裂缝的作用效果,制作了力学特征接近真实煤层的煤样试件,试验前首先在原煤试件中钻取煤样,利用CT进行扫描观察原煤试件中的裂缝分布情况,然后在实验室三轴刚性压力室内进行水中高压脉冲放电,试验完成... 详细信息

为了研究高压电脉冲水压对煤体产生裂缝的作用效果,制作了力学特征接近真实煤层的煤样试件,试验前首先在原煤试件中钻取煤样,利用CT进行扫描观察原煤试件中的裂缝分布情况,然后在实验室三轴刚性压力室内进行水中高压脉冲放电,试验完成后再次进行CT切片扫描,对比相同水压条件下高静水压力和高压电脉冲水压对煤样产生裂缝的效果。研究发现:原煤试件取样完整,无振动和破坏,无明显的原生裂隙分布;在3 MPa静水压力作用下,煤样钻孔及周边并未产生新的裂隙;而在3 MPa静水压力+10 k V高压放电的情况下,煤样钻孔及周边有一些长短不一、形状各异的新生裂隙产生,证明了相同水压条件下高压电脉冲对煤层致裂增透效果优于单纯静水压。

关键词：煤层气水激波水压致裂致裂效果

较低功率微波辐射坚硬石灰岩损伤路径优化研究

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采矿与安全工程学报 2022年第5期39卷 1021-1032,1040页

作者：陈登红王智鹏袁永强汤允迎陈冉安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031

坚硬的石灰岩吸波能力较弱,在较低功率下开展微波辐射损伤路径优化及致裂效果分析对低能耗高效率破岩具有重要的意义。采用较低功率(P=1.4 kW)微波辐射石灰岩表面最高温度至100、200、250和300℃,分析其峰值强度、弹性模量、应变等力学... 详细信息

坚硬的石灰岩吸波能力较弱,在较低功率下开展微波辐射损伤路径优化及致裂效果分析对低能耗高效率破岩具有重要的意义。采用较低功率(P=1.4 kW)微波辐射石灰岩表面最高温度至100、200、250和300℃,分析其峰值强度、弹性模量、应变等力学参数以及质量、P波波速及微观结构随升温的变化规律。结果表明:平均单轴抗压强度为129 MPa的石灰岩试样辐射不同温度后弹性模量、变形模量随作用温度升高而下降,应变随作用温度升高先增加后减小最后再增加,质量损失和强度折损由快趋缓的“拐点”分别为200和250℃。宏观和微观观测表明试件表面裂纹与内部熔融区域都在表面温度为200℃时出现,进一步设定表面温度200℃为关键温度节点,开展恒定功率辐射至不同温度(路径1)、差异功率辐射到相同温度(路径2)、恒定功率辐射不同温度后水冷处理(路径3)3种损伤路径的微波辐射实验,得到损伤效果依次为:路径3>路径1>路径2,最后通过数值模拟和切片观察验证表面温度200℃后的破坏类型为熔融破裂且有双点沟通型破坏,研究成果为较弱吸波能力坚硬岩石的损伤路径优化及低能耗高效率破岩提供了借鉴与参考。

关键词：岩石力学较低功率微波辐射坚硬石灰岩损伤路径致裂效果

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岩石微波可照射性评价方法及评价系统研发

岩石微波可照射性评价方法及评价系统研发

作者：侯宇杰西安理工大学

学位级别：硕士

微波辅助破岩技术已成为TBM掘进长大隧道研究热点,新型的“微波照射+机械破岩”相结合技术能极大提高掘进效率、降低刀盘磨损率。岩石矿物成分、原生裂隙等岩石自身因素及围岩压力等环境因素是影响岩石微波照射效果的重要因素。为探究... 详细信息

微波辅助破岩技术已成为TBM掘进长大隧道研究热点,新型的“微波照射+机械破岩”相结合技术能极大提高掘进效率、降低刀盘磨损率。岩石矿物成分、原生裂隙等岩石自身因素及围岩压力等环境因素是影响岩石微波照射效果的重要因素。为探究矿物成分、原生裂隙、围岩压力等可量化分析客观因素对微波照射岩石弱化效果影响程度及基于此研发一款岩石微波可照射性评价系统。本文以控制变量法为准则,利用离散元软件P FC(Particle Flow Code)分别对不同相对强吸波矿物含量、不同原生裂隙参数、不同围岩压力大小的六种代表性岩石进行微波照射数值模拟,研究相对强吸波矿物含量、原生裂隙角度、长度、密度、围岩压力大小对微波照射岩石裂纹扩展规律及致裂效果影响程度,及对微波照射前后力学性能、TBM刀具磨损的影响规律,最后利用HTML+CSS+JavaS cript构建了岩石微波可照射性评价系统平台,本文主要研究成果如下:(1)微波照射岩石过程中,裂纹萌生的部位位于相对强吸波矿物与其他矿物交界处且易发生在矿物微波敏感性差异剧烈处,内部颗粒间接触以拉破坏为主,压破坏次之,断裂形式主要为穿晶裂纹,相对强吸波矿物周围产生沿晶裂纹后会转向扩展从而与岩石内部其他位置裂纹寻找最短路径互连,在互连路径上其扩展行为会致裂沿途其他矿物进而产生大量穿晶裂纹,并围绕相对强吸波矿物形成贯通裂隙网络;照射后较照射前各岩石试样产生损伤增加、单轴压缩试验峰值强度和弹性模量降低显著、应力-应变曲线起伏态势增强、峰值发生点提前且前移幅度变大、试样塑性阶段越发明显且韧性增强;经照射试样强度对应TBM刀具磨损量与相对强吸波矿物含量具有线性或二次函数关系,良好的函数关系使得在实际工程中可根据岩石的矿物成分来预测判断岩石的微波照射效果。(2)原生裂隙的倾角、长度、密度对微波照射岩石裂纹产生的影响,主要体现在不同倾角、长度、密度裂隙对裂纹的产生、扩展及互连路径具有不同的局部影响效果,在局部区域切断原贯通路径的形成或者原生裂隙与微波照射岩石产生次生裂纹形成长裂隙增加损伤度;裂隙的倾角、长度、密度的增加,使得照射后较照射前岩石试样整体应力-应变曲线起伏态势越发增强、峰值前应力-应变曲线斜率有所降低、压密阶段开始显现且越发显著、峰后起伏程度及频率高于峰前、峰值强度降低显著、试样塑性阶段越发明显、韧性增强;经照射试样强度对应TBM刀具磨损量与原生裂隙角度、长度、密度具有线性或二次函数关系,良好的函数关系使得在实际工程中可根据岩石的原生裂隙情况来预测判断岩石的微波照射效果。(3)围岩压力对裂纹的产生具有抑制效果,降低微波照射产生裂纹数,减小及缩短微波照射产生裂纹汇聚形成的裂隙宽度及长度,显著影响岩石各部位内部及交界处的断裂率,并且各围岩压力条件下微波照射裂纹生长规律相似程度较高,降低微波照射岩石弱化效果;照射前岩石双轴压缩破坏模式表现为X状共轭斜面剪切破坏,照射后岩石双轴压缩破坏模式表现为在微波照射产生裂纹基础上进行扩展连续形成的带网状显著断裂破坏转变为X状共轭斜面剪切破坏;照射后应力-应变曲线较照射前存在压密阶段,峰值前非线性变化阶段明显增加,峰值强度发生点皆有所提前,峰后应变阶段皆有所延后;经照射试样强度对应TBM刀具磨损量与围岩压力具有良好线性函数关系,良好的函数关系使得在实际工程中可根据岩石所处围岩压力环境来预测判断岩石的微波照射效果。(4)利用层次分析法建立了逻辑严密的岩石微波可照射性评价分级标准及评价体系,计算得出了各层级不同影响因子的权重值,建立了岩石微波可照射性评价计算准则;利用HTML、CSS、JavaScript编写构建了登录界面、参数输入界面、结果输出界面,并建立了严密的运行逻辑、完善了网页的跳转、参数计算等细节,最终形成了岩石可微波照射性评价系统平台。

关键词：微波照射岩石强吸波矿物原生裂隙围岩压力致裂效果可照射性评价

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煤层液态CO_(2)增渗技术研究

山东煤炭科技 2023年第7期41卷 132-135页

作者：崔瑞清高宏烨山西三元煤业股份有限公司山西长治046002 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110016 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

针对低渗透高瓦斯煤层,为了提高瓦斯抽采效率,利用模拟软件分析了液态CO_(2)致裂器间距对致裂效果的影响,并进行了现场试验。结果表明:煤岩致裂效果与致裂器的布置间距成正相关,最佳致裂器布置间距为3 m;瓦斯流量自然衰减系数气爆后由0.... 详细信息

针对低渗透高瓦斯煤层,为了提高瓦斯抽采效率,利用模拟软件分析了液态CO_(2)致裂器间距对致裂效果的影响,并进行了现场试验。结果表明:煤岩致裂效果与致裂器的布置间距成正相关,最佳致裂器布置间距为3 m;瓦斯流量自然衰减系数气爆后由0.0386 d^(-1)降低至0.00912 d^(-1),瓦斯流量衰减降幅达到76.37%,证明气爆对煤层瓦斯抽采的持续时间有延长作用。

关键词：抽采效率致裂器间距现场试验致裂效果

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水中高压脉冲放电致裂岩体实验研究

爆破 2020年第1期37卷 94-101页

作者：秦爽赵金昌卞德存太原理工大学矿业工程学院太原030024

在以煤层气井脉冲放电致裂增渗为工程背景,对在耦合静水压下煤岩体受到脉冲放电冲击波致裂机理分析,采用混凝土试样代替煤岩体,使用自我研发设计的可以改变静水压和试样三轴围压的实验装置,对混凝土试样在不同地应力(0~8 MPa)、静水压(0... 详细信息

在以煤层气井脉冲放电致裂增渗为工程背景,对在耦合静水压下煤岩体受到脉冲放电冲击波致裂机理分析,采用混凝土试样代替煤岩体,使用自我研发设计的可以改变静水压和试样三轴围压的实验装置,对混凝土试样在不同地应力(0~8 MPa)、静水压(0~2 MPa)、放电参数(10 kV或14 kV)下进行了脉冲放电致裂实验,研究地应力、静水压、放电参数对混凝土试样裂纹延展方向和长度的影响规律。研究表明:地应力抑制裂纹的产生及扩展,裂纹方向为垂直于最小主应力方向;静水压不影响裂纹的延展方向,静水压增大可以加快裂纹的延展速度和长度;高电压下裂纹扩展长度及贯通效果较好,高电压下裂纹长度有所增加。在实际的应用中,可以提高设备的放电电压增加对煤岩体致裂效果。

关键词：脉冲放电冲击波静水压致裂效果

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定向水力致裂坚硬顶板的现场试验研究

煤炭工程 2009年第12期41卷 73-75页

作者：杜涛涛窦林名陆菜平杨建武贺虎江衡中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 大同煤业集团有限责任公司山西大同037003

依据断裂力学理论,建立了裂纹尖端扩展力学模型,获得了尖端起裂的临界应力及其影响因素,包括垂直应力、水平应力、岩石的断裂韧度、初始裂缝的倾角与直径、注水压力等。研究结果表明:应力达到裂缝尖端起裂的临界应力时,尖端开始起裂扩... 详细信息

依据断裂力学理论,建立了裂纹尖端扩展力学模型,获得了尖端起裂的临界应力及其影响因素,包括垂直应力、水平应力、岩石的断裂韧度、初始裂缝的倾角与直径、注水压力等。研究结果表明:应力达到裂缝尖端起裂的临界应力时,尖端开始起裂扩展。通过坚硬顶板定向水力致裂工业性试验,获得了初始裂缝和注水压力是决定定向水力致裂坚硬顶板效果的关键因素。

关键词：坚硬顶板定向水力致裂致裂效果

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煤层气井水力压裂及对煤层顶底板的影响研究

矿业安全与环保 2012年第5期39卷 32-35页

作者：宋志敏任建刚张子戌刘高峰河南理工大学资源环境学院河南焦作454003 河南工程学院资源与环境工程系河南郑州451191

为了确保煤矿安全高效生产,研究区采用地面煤层气井水力压裂增透工艺增强瓦斯抽采效果。运用基于滤失效应下的水力压裂预测模型评价了水力压裂效果,除受地质条件影响较大的2口井效果较差外,其余7口井基本达到设计要求。考察了S2205胶带... 详细信息

为了确保煤矿安全高效生产,研究区采用地面煤层气井水力压裂增透工艺增强瓦斯抽采效果。运用基于滤失效应下的水力压裂预测模型评价了水力压裂效果,除受地质条件影响较大的2口井效果较差外,其余7口井基本达到设计要求。考察了S2205胶带运输巷24个钻场瓦斯抽采量,考察结果表明,压裂区瓦斯抽采量是未压裂区的2～4倍。压裂裂缝虽延伸到顶底板,但对巷道支护、上下含水层和煤层不产生影响。

关键词：煤层气水力压裂致裂效果顶底板影响评价