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复合顶板锚杆力学特征分析

中国矿业 2021年第8期30卷 125-132页

作者：王建伟展勤建瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 太原理工大学山西太原030024 广东石油化工学院广东茂名525000

由于各分层间物理性能差异化分布,复合顶板内锚杆力学特征存在其独特的复杂性,但相关文献却较为鲜见。本文建立、推导了复合顶板内锚杆力学模型,进行了锚固段内锚杆的力学特征分析,有效预测了巷道两侧及顶板内的锚杆位移,为提高巷道支... 详细信息

由于各分层间物理性能差异化分布,复合顶板内锚杆力学特征存在其独特的复杂性,但相关文献却较为鲜见。本文建立、推导了复合顶板内锚杆力学模型,进行了锚固段内锚杆的力学特征分析,有效预测了巷道两侧及顶板内的锚杆位移,为提高巷道支护效果提供支撑,研究手段及结论为复合顶板内锚杆的力学特征分析及支护设计提供一种有效的新途径。本文借鉴桩基础平衡理论的研究成果,通过理论推导、工程案例的MATLAB解析计算及FLAC 3D模拟对比分析,验证了复合顶板内锚杆力学模型的正确性。研究结果表明:复合顶板内锚杆位移、轴力及胶结面上切应力分布形式为分段的指数函数,分段边界为分层交界面位置,轴力在此出现拐点,切应力在此突变;切应力主要出现在两个位置:其一为自由段与锚固段的交界处附近(端锚形式),或为锚杆根部(全锚),其二为剪切模量相对较大的分层下边界位置;随着分层剪切模量增大,其内锚杆胶结面上切应力增大,自上边界至下边界方向,响应程度逐渐增强,同时其他分层内切应力逐渐减小,相对于该分层距离愈大,减小的幅值及幅度愈小。

关键词：复合顶板力学模型数值模拟锚杆轴力分布形态

近距离煤层下行开采覆岩破坏规律及岩质边坡稳定性研究

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近距离煤层下行开采覆岩破坏规律及岩质边坡稳定性研究

作者：张绍雨重庆大学

学位级别：硕士

中国是世界最大的煤炭产出地,煤炭在我国能源生产结构中占据重要比重。随着社会经济飞速发展,煤矿开采技术也达到了新的高度。与此同时,在复杂地质环境中进行煤矿开采时,其安全与稳定性也遇到了新的挑战。煤层开采通常伴随周期性的矿压... 详细信息

中国是世界最大的煤炭产出地,煤炭在我国能源生产结构中占据重要比重。随着社会经济飞速发展,煤矿开采技术也达到了新的高度。与此同时,在复杂地质环境中进行煤矿开采时,其安全与稳定性也遇到了新的挑战。煤层开采通常伴随周期性的矿压显现、顶板断裂等现象,采动裂隙场通常是瓦斯运移及地下水渗流的优势通道;采动过程中由裂隙发育扩展贯通形成滑动面是特大滑坡事故频发的重要原因之一。鉴于此,本文基于国家重点研发计划项目(岩溶山区地下采动环境下特大滑坡形成机制),以贵州市纳雍县普洒煤田为工程背景,建立近距离煤层下行式开采实验模型,(1)通过相似模拟试验,分析了采动覆岩破坏特征,并运用离散元软件对不同采高条件采动覆岩破坏规律进行研究;(2)通过相似模拟试验,研究了坡体裂隙演化特征;根据实地调研结果,建立沿坡脚坡顶发育的深大平行裂隙采动概化模型,研究了裂隙平行间距、垂直间距及倾角等因素对边坡稳定性的影响,主要研究成果及结论如下:(1)结合地勘资料及实地考察,分析了纳雍县地质灾害情况,对灰岩开展了基本物理力学性质试验,获取了基本物理力学参数。(2)基于相似理论开展了近距离煤层下行式开采的室内模型试验。研究表明:随工作面推进破断角呈减小—增大—减小—稳定的变化,中部压实区内离层裂隙呈发育—扩展—闭合的变化过程,采动裂隙场整体呈梯形状分布,并贯穿发育至坡趾地表处,与实际调研结果吻合;采区应力集中区及卸压区应力变化过程可分为:应力集中程度激增(卸压区域增大)—应力集中程度缓增(卸压区应力恢复/卸压区域减小)的变化趋势,下部煤层开采对上部煤层底板应力场有较大的影响。开采完成时,坡体覆岩位移总体呈现对称台阶式分布,坡体平行裂隙岩桥受采动影响最终贯穿发育并扩展至边坡表面。(3)运用通用离散元软件(UDEC)开展了不同采高条件下覆岩破坏规律的研究。结果表明:应力集中区应力峰值及卸压区应力恢复水平与采高成正相关,覆岩位移随采高增大而增大,但最大位移影响高度均为超过关键层,随采高增大,破断裂隙发育更为充分,同时离层裂隙闭合也更为充分。(4)运用通用离散元软件(UDEC)开展了沿坡脚坡顶发育的深大平行裂隙对边坡稳定性影响的研究。结果表明:采动作用下深大平行裂隙的分布特征对边坡的破坏模式有较大影响,当裂隙贯穿发育时,坡体以裂上部裂隙—岩桥—下部裂隙为滑动面发生整体滑动破坏,当下部裂隙扩展发育至坡面时,边坡呈局部破坏。

关键词：煤层开采模型试验 UDEC数值模拟覆岩破坏规律边坡稳定性

加卸载条件下含瓦斯煤能量演化规律及瓦斯运移致灾机理研究

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加卸载条件下含瓦斯煤能量演化规律及瓦斯运移致灾机理研究

作者：施绍威重庆大学

学位级别：硕士

随着资源不断被开发利用,向深部延伸开采成了必然选择。然而,进入深部开采以后,深部工程灾害频频发生。其中,煤与瓦斯突出是深部工程中最为严重的灾害之一,它的发生机理难以掌握,预测和控制的难度较大,而且突出的“阀值”始终无法量化... 详细信息

随着资源不断被开发利用,向深部延伸开采成了必然选择。然而,进入深部开采以后,深部工程灾害频频发生。其中,煤与瓦斯突出是深部工程中最为严重的灾害之一,它的发生机理难以掌握,预测和控制的难度较大,而且突出的“阀值”始终无法量化。煤体能量演化以及瓦斯运移规律对突出具有重大影响,因此本文利用重庆大学航空航天学院“MTS拉压弯扭实验设备”和煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室“THM-2型含瓦斯煤热流固耦合试验系统”对含瓦斯煤进行能量演化和渗流试验研究,深入分析煤体能量演化规律、瓦斯运移规律及煤与瓦斯突出机理。研究结果表明:(1)含瓦斯煤能量的演化具有普适性,能量的演化与应力路径无关,随着应力的增长能量以二次函数形式增长,煤的能量演化具有典型的非线性特征。其中总输入能密度增长速率最大,弹性能密度次之,且十分接近于总输入能密度的增长速率,耗散能密度增长速率最小。(2)应力路径对渗透率具有显著的影响,渗透率随应力的增加呈指数形式减小,而煤样的卸载渗透率随加卸载循环次数的增加而增大。地应力主要通过控制煤体的孔隙和裂缝系统影响瓦斯在煤层中运移难易程度以及流动方向,其中最大支承压力点是控制瓦斯气体运移方向的分界点。(3)根据采场支承压力的分布特征可将采煤工作面围岩体的能量分为能量耗散释放区、能量增高区和能量稳定存储区;在煤矿开采过程中,煤壁前方的支承压力是造成能量集聚的重要因素,应力增高区是防治煤岩体动力灾害的重点区域。基于能量守恒原理建立的煤与瓦斯突出能量判据具有一定的工程实践指导作用。(4)基于试验结果渗透率随有效应力的演化规律,建立的瓦斯运移致灾关键结构,该结构可分为7个部分。在结构IV、V和VII透气性较差的情况下,结构I、VI诱导结构II发生失稳破坏,致使结构III高能瓦斯煤岩克服结构II的阻力向结构I发生突出。该结构更直接的突显出了煤与瓦斯突出的力学作用机理。(5)从瓦斯运移特性和关键结构可将煤与瓦斯突出因素定义为突出基础因素、关键因素和诱导因素。基础因素使煤体强度劣化,关键因素使煤岩体处于一种临界力学平衡状态,诱导因素打破了这种平衡状态并诱导突出。(6)基于瓦斯运移致灾关键结构建立了煤与瓦斯突出力学判据,该判据应证了煤与瓦斯突出是个多因素作用的力学过程。判定指标I≥1时,煤层具有突出危险性;当I＜1时,则不利于突出的发生。

关键词：能量演化瓦斯运移致灾结构煤与瓦斯突出能量和力学判据

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大采深厚煤层综采工作面矿压规律研究

河北煤炭 2011年第4期 1-3页

作者：张玉明田志超刘业娇闫鑫煤炭科学研究总院重庆研究院四川重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室四川重庆400037 内蒙古科技大学工程力学系内蒙古包头014010 内蒙古科技大学矿业学院内蒙古包头014010

由于煤炭是不可再生资源,随着科学技术的发展,使得煤炭的开采逐渐转向深部开采,文章就是以石壕煤矿的综采工作面为研究背景,通过对有冲击危险的综采工作面进行现场矿压观测,总结分析了大采深厚煤层的矿压显现规律、顶底板活动规律及来... 详细信息

由于煤炭是不可再生资源,随着科学技术的发展,使得煤炭的开采逐渐转向深部开采,文章就是以石壕煤矿的综采工作面为研究背景,通过对有冲击危险的综采工作面进行现场矿压观测,总结分析了大采深厚煤层的矿压显现规律、顶底板活动规律及来压机理,对同等条件下类似地质条件的生产具有重要的理论和实践意义。

关键词：大采深厚煤层来压规律

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煤层开采“固-气”耦合相似材料特性分析

西安科技大学学报 2020年第4期40卷 580-588页

作者：赵鹏翔康新朋李树刚刘俊贾永勇索亮何永琛西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室陕西西安710054 新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所新疆乌鲁木齐830000 新疆煤及煤层气工程技术研究中心新疆乌鲁木齐830000 中煤科工集团重庆研究院重庆400037 四川交通职业技术学院道路与桥梁工程系成都四川611130

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的“固-气”耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂... 详细信息

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的“固-气”耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂,并对这种原材料组合在不同配比条件下制作试件的力学及渗透性影响因素开展试验研究,以此为依据开展“固-气”耦合物理相似模拟试验,揭示不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律。结果表明:最终确定的材料配比组合能够满足岩石力学性能的要求,较原始固相相似模拟材料及“固-气”耦合相似材料PSO(Paraffin石蜡,Sand砂子,Oil油),其渗透速度平均分别下降91.61%及68.29%;通过对新型材料制作出的试件开展力学及渗透特性影响因素试验并进行非线性回归拟合,得出相应变化趋势的拟合方程,同时得到不同淀粉含量对试件抗压强度及渗透性影响趋势的拟合方程。开展二维煤层开采物理相似模拟试验,得到采动覆岩裂隙演化及不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律,为进一步开展煤与瓦斯共采多场耦合物理相似模拟试验提供理论依据。

关键词： “固-气”耦合相似材料物理相似模拟实验渗透率瓦斯浓度

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煤矿瓦斯煤尘爆炸的动力学特性研究进展

工程爆破 2023年第1期29卷 30-39页

作者：司荣军牛宜辉王磊黄子超贾泉升中煤科工集团重庆研究院有限公司火灾爆炸防治研究分院重庆400037 重庆科技学院安全工程学院重庆401331

随着煤炭科技的不断发展,瓦斯煤尘爆炸灾害已成为制约煤炭高效智能化开采的重要因素,严重威胁煤矿的安全生产过程。为了明确瓦斯煤尘爆炸的最新研究进展,为煤矿智能化发展提供有力的安全保障,通过文献研究,从3个方面综合论述了近些年国... 详细信息

随着煤炭科技的不断发展,瓦斯煤尘爆炸灾害已成为制约煤炭高效智能化开采的重要因素,严重威胁煤矿的安全生产过程。为了明确瓦斯煤尘爆炸的最新研究进展,为煤矿智能化发展提供有力的安全保障,通过文献研究,从3个方面综合论述了近些年国内外对瓦斯煤尘爆炸的动力学特性研究现状及发展趋势。一是瓦斯煤尘爆炸火焰生成机理研究。二是瓦斯煤尘爆炸火焰演化规律研究。三是瓦斯煤尘爆炸传播关键表征技术。后续研究过程中,应继续深入开展瓦斯爆炸对沉积煤尘诱导机制的研究工作,分析瓦斯爆炸冲击波的扬尘机理以及压力波和火焰作用下的煤尘粒子运动并参与反应的过程,探明不同瓦斯爆炸强度条件下的扬尘区域及煤尘参与爆炸的范围,并建立高精度瓦斯煤尘爆炸反演模型,实现瓦斯煤尘爆炸灾害的有效控制。

关键词：瓦斯煤尘爆炸爆炸机理传播特性爆炸超压

柱状煤心瓦斯径向多尺度动态表观扩散模型与实验

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煤矿安全 2022年第8期53卷 13-19页

作者：李志强王海屿陈啸郝晓强李鹏飞河南理工大学煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心河南焦作454000

为了提高长钻孔瓦斯含量测定的准确性,进行了φ50 mm×100 mm柱状煤心径向和1~3mm颗粒煤球向瓦斯解吸流动实验。实验结果表明:常系数扩散模型不能准确描述柱状煤心瓦斯的径向流动全过程;90 min前,实验值大于理论值;90 min后,实验值小于... 详细信息

为了提高长钻孔瓦斯含量测定的准确性,进行了φ50 mm×100 mm柱状煤心径向和1~3mm颗粒煤球向瓦斯解吸流动实验。实验结果表明:常系数扩散模型不能准确描述柱状煤心瓦斯的径向流动全过程;90 min前,实验值大于理论值;90 min后,实验值小于理论值,这种现象是由于煤体的多尺度孔隙结构引起的。进而提出了柱状煤心瓦斯径向多尺度动态表观扩散系数新模型。计算表明:新的径向动态表观扩散模型能精确描述瓦斯在柱状煤心中的表观扩散;相同时间内柱状煤的径向解吸比率远小于颗粒煤球向解吸比例,损失量较小;因而,进行长钻孔长时间测定瓦斯含量时,柱状煤心比颗粒煤更有优势。

关键词：瓦斯解吸扩散系数动态模型多尺度动态衰减

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一种井下煤层渗透率直接测定仪

煤矿安全 2017年第12期48卷 90-93页

作者：闫本正陶云奇王峰河南能源化工集团研究院有限公司河南郑州450046 河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心河南郑州450046

研发了一种井下煤层渗透率直接测定仪器,可实现煤层渗透率的井下直接测定;仪器及配套器材主要包括封孔装置及导气管路、充气装置、煤层渗透率测定仪及导流管组件等。通过重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室对该装置进行了校准... 详细信息

研发了一种井下煤层渗透率直接测定仪器,可实现煤层渗透率的井下直接测定;仪器及配套器材主要包括封孔装置及导气管路、充气装置、煤层渗透率测定仪及导流管组件等。通过重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室对该装置进行了校准鉴定,并利用该装置对煤层渗透率进行现场测定,测试结果表明:该装置能够实现井下现场直接测定煤层渗透率,避免了因取样的偶然性和样芯制作过程中的破坏造成的实验室测量结果失真,测试结果具有准确性和客观性。

关键词：煤层渗透率煤层瓦斯测定装置直接测定瓦斯抽采

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重庆市煤炭学会联合主办国际学术研讨会议

重庆市煤炭学会联合主办国际学术研讨会议