煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原理与方法,以解决矿区深部井下充填的技术难题。根据宁东基地任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿及淮北矿区地质条件和充填目的,分别提出超前钻孔注充低位充填方案、关键层非典型特征条件下多离层梯级注浆方案和煤基固废协同利用关键技术,综合矿山固废处置与利用、深部煤炭资源开发利用、地表沉陷控制、生态环境保护等优势,形成煤电化基地大宗固废协同利用与绿色开采模式,为煤炭开采高质量化和环境低损伤化提供参考。

冲击载荷下煤样动力学响应特性与损伤本构模型

为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射能、透射能、吸收能、耗能密度与应变率呈一次函数关系,耗能占比与应变率呈指数型函数关系,且均保持正相关。基于经典朱-王-唐模型、Weibull分布、Drucker-Prager准则,建立了考虑煤样损伤与黏滞性特征的动态统计损伤本构模型,并对本构模型的准确性与普适性进行了验证。该模型能够较好地描述煤样冲击动态力学行为,为动载影响下深地煤炭安全开采提供了基础研究。

循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究

为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。

多源煤基固废胶结充填体力学及变形破坏特征试验研究

【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB单轴抗压强度的影响因素和交互作用,建立了基于交互作用的抗压强度影响因素四维空间可视化模型,结合CBSWCB的声发射及微观结构特征,阐明了单轴压缩条件下的力学演化特征及宏观变形破坏规律,从微观角度进一步论证了CBSWCB承载过程中水化反应机理及宏细观联系。【结果和结论】试验结果表明:(1)单轴抗压强度的主要影响因素是质量分数,而炉底渣掺量的影响程度最小。(2)单轴压缩下CBSWCB的宏观变形破坏由塑性、弱劈裂破坏逐渐向脆性、剪切破坏转化。(3) CBSWCB试件声发射参数演化可以分为上升期、平静期、活跃期、稳定期,声发射累计振铃计数曲线呈现明显的“阶梯状”增长,累计振铃计数在上升期和平稳期内缓慢增加,在活跃期急剧增加,在稳定期逐渐趋于平缓。(4)水泥掺量偏低以及多源煤基固废充填材料属性差异导致水化反应程度有限,水化产物数量较少是CBSWCB单轴抗压强度普遍偏低的主要原因。研究结果可为多源煤基固废用于充填开采提供一定参考依据。

煤岩瓦斯复合动力灾害监测预警与防控技术研究进展

煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键。提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治“四面体”理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控4个层面概述煤岩瓦斯复合动力灾害研究进展。总结了以能量释放主体、初始瓦斯压力、载荷条件为主的复合动力灾害类型划分依据;梳理了理论分析尺度和实验室尺度下的复合动力灾害机理研究进展,发现应力路径、微裂纹动态演化和煤岩赋存地质因素临界指标是致灾机理研究的关键;概述了以前期灾害前兆信息判识、中期灾害前兆信息采集、后期灾害一体化监测预警为主线的复合动力灾害监测预警技术研究进展;揭示了复合动力灾害消能减灾一体化防控技术和多尺度分源防控关键技术科学内涵。在此基础上针对两淮矿区灾害特点,提出了深部强动载条件下复合动力灾害智能判识与预警方法和分区协同防控方法。基于当前研究进展,提出了煤岩瓦斯复合动力灾害研究亟待解决的问题,助力实现深部煤炭安全、精准、高效开采。

远距离下保护层开采卸压增透效应及瓦斯抽采方案

针对深部远距离下保护层开采后上覆被保护层卸压及瓦斯治理难的问题,以朱仙庄煤矿Ⅲ1031工作面工程条件为背景,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了远距离下保护层开采过程中覆岩的应力演化规律、变形破坏特征和卸压增透效果。结果表明:保护层开采,产生延伸至被保护层的纵贯式穿层裂隙,基本顶发生平均步距15 m左右的周期破断,煤层压力先减小,采空区中部重新压实后,应力开始逐渐恢复;在围岩内形成应力增高区域,而应力在向采空区中部演化时,则以近似于弧状的应力递减圈形态发育。因煤层采动在采空区两侧形成离层裂隙发育区,为瓦斯流动提供通道,被保护层也因此得到卸压,其卸压率达到0.91,增透率增幅为5%~20%,被保护层出现明显卸压增透效应。为解决保护层开采后瓦斯需卸压抽采的问题,设计了穿层钻孔、顺层钻孔、高位钻孔配合拦截钻孔和采空区埋管的瓦斯抽采方案。

PCCA和PCCB基因变异导致的丙酸血症3家系遗传学分析

目的:探讨丙酸血症(PA)家系的临床特征及基因变异,明确其遗传病因。方法:收集3个PA患者家系的临床资料,对患者进行全外显子测序,对患者及其父母就候选变异行Sanger测序验证。ACMG评估变异基因的致病性。结果:患者1表现为以扩张型心肌病为首发症状的晚发型PA,患儿2和3分别表现为以喂养困难和“反应差、喂养困难、嗜睡”为首发症状的早发型PA。Sanger测序验证结果显示:患者1 PCCB基因c.647T>C及c.184-2A>G复合杂合变异,其中c.647T>C为新发变异,来源于其母亲,c.184-2A>G来源于其父亲;患儿2 PCCB基因c.838dup及c.1357dup复合杂合变异,c.838dup来源于其父亲,c.1357dup来源于其母亲;患儿3 PCCA基因c.1288C>T及外显子8~19缺失复合杂合变异,c.1288C>T来源于其父亲,外显子8~19缺失为新发变异。结论:PCCB基因c.647T>C及c.184-2A>G复合杂合变异、c.838dup及c.1357dup复合杂合变异、PCCA基因c.1288C>T及外显子8~19缺失复合杂合变异分别是3个家系患PA的遗传学病因。

综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究

为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。

量化活动干预结合健康教育在肝癌手术患者中的应用效果

目的探讨量化活动干预结合健康教育在肝癌手术患者中的应用效果。方法根据干预方式的不同将106例肝癌手术患者分为观察组和对照组,每组53例,对照组患者采取常规干预,观察组患者在对照组的基础上采取量化活动干预结合健康教育。比较两组患者的术后恢复指标、疾病不确定感[Mishel疾病不确定感量表(MUIS)]、感知压力[压力感知量表(PSS)]、生活质量[健康调查简表(SF-36)]及术后并发症发生情况。结果观察组患者首次肛门排气时间、首次下床活动时间及住院时间均明显短于对照组,差异均有统计学意义(P﹤0.01)。干预后,两组患者MUIS各维度评分均低于本组干预前,PSS各维度评分均高于本组干预前,观察组患者MUIS各维度评分均低于对照组,PSS各维度评分均高于对照组,差异均有统计学意义(P﹤0.05)。干预后,两组患者SF-36评分均高于本组干预前,观察组患者SF-36评分高于对照组,差异均有统计学意义(P﹤0.05)。观察组患者的术后并发症总发生率低于对照组,差异有统计学意义(P﹤0.05)。结论量化活动干预结合健康教育可降低肝癌手术患者的疾病不确定感和感知压力,促进患者术后康复,提高生活质量,降低并发症发生率。

安徽省关闭煤矿资源调查及其综合利用研究

【目的】在煤炭资源持续高强度开发与能源供给侧结构性改革的背景下,安徽省关闭了一批资源枯竭、产能落后的煤矿,而关闭煤矿仍赋存有地下空间、遗煤、瓦斯、矿井水、土地与基础设施设备等资源,开展关闭煤矿资源再利用具有现实的工程价值和经济效益。【方法】统计自2013年以来安徽省59座关闭煤矿基础信息和再利用现状,分析关闭煤矿分布特征、遗留资源与再利用潜力;构建安徽省关闭煤矿数据库与WebGIS云平台,实现关闭煤矿信息查询分析与可视化;以潘一矿与石台煤矿为例,分别介绍遗留瓦斯抽采与半地下抽水蓄能的关闭煤矿再利用方案。【结果和结论】结果表明:安徽省关闭煤矿主要集中分布在两淮矿区,部分关闭煤矿关闭时间较短、遗留资源丰富、产权隶属清晰,再利用潜力较大;潘一关闭煤矿综合使用封闭墙压管抽采、原抽采钻孔抽采和地面钻井抽采的立体化遗留瓦斯抽采技术,实施关闭煤矿采空区“排水-抽采-利用”的一体化工程,3年内累计抽采瓦斯量4 840万m^(3)、发电8 590万kW·h、直接经济效益5 120万元,同时保障了相邻矿井的安全生产;石台关闭煤矿拟建设半地下抽水蓄能电站,地下空间可提供有效库容30万m^(3)、装机容量35 MW。案例分析表明安徽省部分关闭煤矿资源再利用在技术经济上具有合理性,但仍需开展进一步深入研究。

淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σ_(h,max)>σ_(v)>σ_(h,min),具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15~20 m范围内瓦斯含量由13.5 m^(3)/t降至最大9.11 m^(3)/t、最小6.92 m^(3)/t,平均7.92 m^(3)/t,约10 m范围均降至8 m^(3)/t以下。最后,采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果,气井抽采10 a累计产气约272.08×10^(4)m^(3),水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m^(3)/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明,煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

基于RSM-BBD的多源煤基固废胶结体配比及性能研究

本工作采用响应面法(RSM)Box-Behnken Design(BBD)模式对脱硫石膏、气化细渣和炉底渣等多源煤基固废进行配比优选,并研究了最优配比胶结体的力学性能、孔隙结构、热稳定性、微观结构等特性。结果表明:(1)气化细渣掺量对胶结体的1 d强度影响最大,脱硫石膏掺量对胶结体3 d和7 d强度影响最大,两种固废的交互作用对胶结体早期强度影响最显著,表现为负效应;在粉煤灰与矸石质量比为0.4∶1和质量浓度为80%的条件下,获得脱硫石膏、气化细渣和炉底渣的最优质量比为0.2∶0.1∶0.1,并分析了最优配比胶结体的压缩变形和破坏特征。(2)研究了胶结体的微观特性:胶结体内存在密集细颈型封闭孔隙,孔直径范围在5~3.7×10^(5) nm,微孔较少,以中、大孔为主;胶结体在55~65℃和90~120℃区间出现游离水和结晶水的吸热脱水反应,在600~700℃区间出现结构水、羟基水的脱除和水化产物的分解,在800℃累计失重约8%。(3)煤基固废胶结体的水化反应以水泥为主,固废之间未发生化学反应,水化产物为少量短杆状钙矾石相和薄层绒状C-S-H凝胶;钙矾石中少量Al^(3+)被Si^(4+)取代,少量SO_(4)^(2-)被CO_(3)^(2-)取代。

正态分布矸石侧限压缩特征与声发射特征研究

为研究矸石集料的承载力学特征及声发射特征规律,通过采用岩石力学伺服加载系统和声发射系统对矸石集料进行侧限压缩试验和声发射信息采集,考虑采空区破碎矸石粒径分布特征和受力状态,以平均级配矸石集料为对比,研究正态分布矸石集料在不同轴向应力加载过程中的应力应变关系、声发射能量、粒径级配和分形维数的变化。结果表明:矸石集料应力应变曲线呈指数函数关系,正态分布矸石集料在承载过程中产生的应变更大;较平均级配,正态分布矸石集料先发生大范围破碎现象,且频率更高,分布更均匀,但其最高声发射能量小于平均级配;分形维数与加载应力呈对数函数关系,正态分布矸石集料分形维数增长率高于平均级配,具有更大的跨度区间。

近20年国内中学物理科学本质研究现状和展望

科学本质作为物理核心素养“科学态度与责任”的第一要素,近年来已成为中学物理教育研究的重点课题.运用文献计量法和内容分析法,对近20年国内中学物理科学本质的研究论文进行分析.研究结果表明:科学本质相关文献发文量总体呈上升趋势;科学本质内涵界定与评价量表开发逐步注重本土化,但研究依旧不够深入;教科书研究以高中阶段人教版教科书为主,呈现出不均衡现象;科学本质显性教学备受重视,教学模式主要采用HPS模式,教学设计聚焦于力学与电磁学领域;科学本质评价研究关注教师与学生科学本质观水平的问卷调查,评价内容与方式较为单一.

基于光纤光栅传感技术的深部巷道围岩状态精准表征

巷道围岩的变形和破坏是制约煤炭安全、高效生产的主要因素之一,精准的巷道围岩变形和破坏监测对确保煤炭资源安全开采具有重要意义,但传统监测技术难以满足目前巷道围岩精确监测的要求。为探索巷道围岩监测新的方法,针对采动影响下深部巷道围岩变形精准表征难题,结合淮北矿区杨柳煤矿1034工作面回采巷道工程地质条件,利用准分布式光纤光栅(FBG)传感技术,开展工作面回采过程中的巷道深浅部围岩动态变形特征实验研究。研究结果表明:回风巷两帮光纤应变变化存在较大差异,实体煤侧沿水平方向发生拉伸变形,煤柱侧因采动影响局部产生压缩变形且实体煤侧变形量是煤柱侧的两倍;随着工作面逐渐靠近监测位置,巷道围岩变形预演剧烈。工作面回采超前支承压力对于巷道围岩深部的影响越来越弱,围岩产生的应变也越来越小,应变峰值集中在孔深3~4 m;光纤光栅的应变分布与地层岩性相互对应,在弹性模量较小、岩性较软的泥岩中,光纤处于拉伸状态应变值较大,在弹性模量较大、硬度较高的细砂岩中,光纤处于压缩状态应变值较小。准分布式光纤传感技术能够实现在工作面回采过程中巷道围岩变形全过程监测,为深部巷道变形破坏的精准表征提供依据。研究成果可为后续巷道围岩状态感知提供参考与借鉴。

基于优化克里金插值的煤层模型构建研究

为了建立精细化的地质模型,从而实现地质透明与开采工作的科学规划,进行基于优化克里金插值构建煤层模型的研究,揭露了煤层的厚度分布走向与煤炭发热量差异。首先,通过区域化变量生成原理获得具有规律性和随机性的二维区域化变量随机场作为模拟煤层地质条件的数据集合,并依据其变异系数的高低来表征不同的地质条件,提升了验证插值方法效果的数据质量;其次,引入蚁群-粒子群算法(ACO-PSO)对普通克里金进行优化,克服空间变异性对插值方法的影响,提高了方法的精度与鲁棒性;再次,分别以区域化随机变量数据集合与淮北杨柳煤矿10号煤层钻孔勘探的实测煤层厚度和发热量作为原始数据,对普通克里金与优化克里金插值方法进行误差对比;最后,利用优化方法建立块体模型并且结合井田边界、工作面边界线和巷道信息等约束条件构建10号煤层的煤层模型。误差对比实验结果表明:在四类变异性由低到高的区域化变量数据集中,优化方法的均方根误差分别降低了35.4%、18.4%、20.4%和15.8%;依托10号煤层的254个见煤钻孔实测煤层厚度与发热量数据的估值内推对比中,同样是优化方法的误差更低。研究结果证明,在煤层模型构建工作中,优化克里金插值方法的效果较好且应用场景更广。

考虑闭坑后抽水蓄能的露天矿边坡稳定性分析

由于经济、环境及相关政策影响,我国废弃矿井数量与日俱增,将关停的废弃露天矿重新设计改造成抽水蓄能电站可以提高储能能力、调节地区电网负荷、提高电力系统的稳定性和可靠性,并推动废弃矿区生态修复和资源型城市转型。以抚顺市西露天矿作为研究对象,通过对我国废弃矿井及新能源分布现状的阐释,结合辽宁省电网调峰现状,论证西露天矿抽水蓄能电站建设的必要性;根据西露天矿相关工程背景及地质勘探结果,对西露天矿抽水蓄能电站上下水库选址设计和输水系统工程布置进行研究;抽水蓄能电站的建设会改变废弃矿坑的水位,从而影响矿坑的边坡稳定性。构建西露天矿下水库剖面模型并将其导入Geo-studio软件中,采用极限平衡法结合稳态渗流场分析−395 m、−350 m、−250 m水位下考虑水力效应的矿坑边坡稳定性。研究结果表明:抚顺市西露天矿抽水蓄能电站建设在技术上可行,在经济上合理,可以很好地满足辽宁省电网调峰调频需求,缓解电网运行压力大等问题;拟定西露天矿抽水蓄能电站装机容量为1200 MW,满发小时数为5 h,矿坑东侧区域为下水库,南花园湖为上水库,且上下水库的调节库容大致相等。输水线路布置在西露天矿坑南侧的花岗片麻岩内部;西露天矿坑边坡潜在的滑移风险可能发生在特定水位下的几个区域。为保证抽水蓄能电站投入使用后的库岸边坡稳定性,还需要采取进一步的防渗加固工作。

构筑物下覆岩离层注浆控制地表变形模拟试验研究

为掌握离层注浆开采控制地表变形的规律,以数值模拟与相似模拟相结合研究了采空区形变及应力变化和覆岩运移演化规律,并进行现场工程试验。研究结果表明:(1)在离层注浆作用下,顶板压力增加,采空区被压实,采空区应力无明显变化;(2)离层上方关键层应力受到向上的注浆压力作用,内部应力在短距离范围内出现下降,随着向上远离离层,注浆压力作用影响下降,在巨大覆岩压力作用下,岩层向下的压力有所增加;(3)塑性区发育高度在离层注浆后基本不再向上扩展,转而变为横向扩展,关键层上方由于注浆充填作用未出现明显大面积破坏。由此可见,关键层下方离层空间注浆充填,对于关键层上方的岩层起到了很好的保护作用;(4)注浆区域的关键层及其上覆岩层下沉量较小,而注浆层位下方岩层和未注浆区域的岩层下沉量普遍明显较大,表明离层注浆对控制关键层及其上覆岩层的运移发挥了良好的作用。

关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能发展战略研究

在双碳战略目标牵引下,中国深化能源革命,目前已成为世界上最大的可再生能源发电国。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但在生态红线与地形等因素约束下,传统抽水蓄能电站选址难题亟须解决。同时,煤炭去产能过程中形成了大量的关闭/废弃矿井与资源枯竭型城市。本研究详细概述了中国抽水蓄能电站的发展现状,分析了关闭/废弃矿井与抽水蓄能结合后对水资源压力的缓解与温室气体减排等环境效益。基于关闭/废弃矿井抽水蓄能电站不同模式,对关闭/废弃矿井抽水蓄能应用潜力展开了分析,最后提出中国废弃矿井抽水蓄能发展战略,并展望了关闭/废弃矿井+储能的多元产业愿景。

饱和煤样力学及损伤特征的加载速率微观作用机制研究

为探究煤层注水防冲解危后,工作面推进速率是否会对煤矿井下安全、高效生产造成二次影响,开展了不同加载速率下干燥及饱和煤样的单轴压缩试验,探究了饱和煤样的峰值强度、声发射能量及声发射的RA值与AF值、断口形貌、分形维数以及冲击倾向性特征的加载速率效应,揭示了饱和煤样损伤破坏特征的加载速率微观作用机制。研究表明:随加载速率增大,干燥及饱和煤样峰值强度先减小后增大,加载速率0.01 mm/s为导致强度转折的临界加载速率。不同加载速率下饱和煤样宏观破坏模式均为以剪切破坏为主的拉-剪复合破坏,最大声发射能量值先减小后增大,在临界加载速率时达到最小值。饱和煤样微观剪切裂隙占比先减小后增大,在临界加载速率达到极小值。饱和煤样破裂断口形貌由长槽状裂隙向完全不规则裂隙过渡,临界加载速率是大量不规则裂隙开始出现的转折点。随加载速率增大,饱和煤样破碎的小粒径煤屑质量占比减小,大粒径煤屑质量占比增大;干燥及饱和煤样分形维数均逐渐减小,拟合曲线满足幂函数规律,且饱和煤样较干燥煤样分形维数增大。随加载速率增大,干燥及饱和煤样的KE均存在先减小后增大的规律,在临界加载速率达到极小值。煤层注水对工作面冲击地压的抑制作用要高于加载速率对工作面的诱冲作用。在临界加载速率之前,随加载速率增大,饱水煤样微裂隙内部孔隙水压力增幅较小,贡献刚度小,竞争力较弱,而裂纹扩展速率增幅较快,竞争力较强;之后孔隙水压力增幅较大,贡献刚度增大,竞争力较强,而裂纹扩展速率相对增幅较慢,竞争力较弱。不同加载速率饱和煤样在孔隙水压力和裂纹扩展速率2个因素的相互竞争下,导致其力学及损伤特征规律呈现非线性特征。