不同温度-冲击载荷下煤的渗透率演化规律研究

为了探究不同温度-冲击载荷复合场下煤孔压裂后渗透率变化规律,基于分形理论和经典模型,分析极限冲击载荷和温度引起煤的静态应变和动态应变,推导复合场煤的渗透率模型,利用不同温度-冲击载荷下冲击-压裂渗流实验,了解煤孔压裂时渗透率随温度和冲击载荷变化规律情况。结果表明:当压力<1.0 MPa时,受温度-冲击载荷影响,渗透通道变窄,煤渗透率随冲击载荷升高逐渐降低,随温度升高逐渐下降并趋于平缓;当1.0 MPa≤压力<10.0 MPa时,受冲击载荷作用,导致渗透通道变宽、数量增多,渗透率随冲击载荷增加呈近似指数上升趋势;当压力≥10.0 MPa时,冲击载荷达到极限抗压载荷,煤发生压裂破碎,冲击能量释放,裂隙结构稳定,致使渗透率趋于稳定;复合场作用下,煤孔冲击压裂经过敏感温度渗透和敏感冲击载荷渗透2个阶段;新模型计算数值与试验值基本相同,较好呈现不同温度-冲击载荷下煤孔压裂渗透率变化规律;煤孔压裂煤在较小冲击载荷作用下,渗透率降低,产生滑脱效应;冲击载荷达到煤极限抗拉载荷后,煤内部发生径向和环向破裂,滑脱效应减弱,渗透率增加。

特制浆改善边坡裂隙岩体力学性质和控制技术

为了研究含裂隙岩体边坡滑移特征和控制方法,以含裂隙岩体边坡为研究对象,采用FLAC3D软件模拟了边坡滑移特征;通过岩体力学试验,研究了不同温度对岩体强度的影响以及特制浆改善岩体力学特征;提出了“锚杆+锚索+锚喷+注浆”联合加固控制技术,结合现场试验,验证控制技术可行性。研究结果表明:边坡岩体由上向下沿滑坡面发生破坏,形成上下应力集中区,为重点控制区;具有减水性、黏结性和抗高温性试剂A的浆体促进加固岩体结构耦合,同时阻碍岩体强度随温度升高而衰减特性,抗衰减性提高2倍;效果试验中,边坡岩体最大位移值为64.9mm,锚固力保持70 k N以上。

冲击压裂下钻孔极限力学行为规律研究与应用

为了研究冲击载荷压裂作用下孔壁受力特征,采用理论分析和试验方法开展不同冲击载荷下孔壁力学行为研究,推导出裂隙的体积应变方程,获得不同冲击载荷下孔壁强度、应变和渗透性变化规律;通过现场抽采实践,探究不同冲击载荷影响钻孔抽采的影响。结果表明:对比p<1.0 MPa试验曲线,当1.0 MPa≤p<10.0 MPa时,试件最大强度降低38.5%,最大应变增加19.5%,最大应变率增加43.4%,试件横、纵裂隙发育,形成径向和环向的裂隙网,渗透通道和数量增加,渗透率呈线性上升;当p≥10.0 MPa时,试件发生冲击破裂,冲击载荷释放,裂隙发育稳定,渗透率趋于稳定;当p=5.0 MPa的钻孔瓦斯抽采时效性是p=0.5 MPa和p=15.0 MPa的2.0倍和3.0倍,初始抽采量是其他两种的1.2倍和2.4倍,在介于极限抗拉载荷和极限抗压载荷之间的冲击载荷作用下,钻孔具有较高透气性和较好稳定性,表现出了高渗透性、高时效性的抽采特征。

急倾斜松软帮巷道非对称变形规律及控制技术

为了探究松软煤巷变形规律和控制技术,以深部梯形煤巷为研究对象,通过Flac-3D软件模拟不同帮煤厚度下巷道变形,揭示了1.0 m、2.5 m和8.0 m煤厚下巷道变形特征;通过耦合支护模型分析,提出了“锚+喷+注+W型钢带”耦合支护技术,并结合数值模拟和现场巷道试验,验证耦合支护技术可行性,研究结果表明:巷道变形量与煤层厚度呈正比例特征;软帮巷道变形呈现非对称性变形特征;模拟耦合支护巷道最大水平移近量减少91.6%,左侧底板最大移近量减少95.8%,最大水平移近量减少88.7%,现场试验中巷道最大变形量为40 mm,被动支护锚固力处于80~85 kN,说明了耦合支护改善了松软帮结构,补偿了抵抗强度,实现强度耦合、锚固力耦合和能量耦合,松软帮煤巷得到有效的控制,为深部松软煤巷支护提供技术参考。

急倾斜厚煤层回采巷道联合支护技术

为解决急倾斜厚煤层回采巷道支护困难,基于大安山煤矿急倾斜煤层赋存特征,通过理论分析和数值模拟分析了+550水平2槽煤层巷道应力场和位移场分布规律,巷道表现出左帮和顶板变形量大,软帮上角应力集中问题.针对上述特征,提出了强化关键部位的锚网索加钢带联合支护方案,通过现场试验验证了方案的可行性.结果表明:采用锚网索加钢带支护方案后,巷道整变形量较小,各监测点巷道两帮移近量最大值为8 cm,围岩表面无破碎或突出现象,实现了急倾斜厚煤层回采巷道的有效控制.

改善松软煤层抽采孔砂岩孔壁力学行为研究

为了探究高温条件下,深部煤层瓦斯抽采钻孔孔壁砂岩力学行为和提高瓦斯抽采效率,以恒大煤矿1366工作面穿层瓦斯抽采钻孔岩孔段砂岩为研究对象,进行不同温度处理下砂岩的三轴压缩试验和不同载荷流变-渗透试验及应用膨胀水泥浆技术钻孔抽采试验。试验结果表明:高温导致试样裂隙发育,极限抵抗强度降低,结构膨胀,裂隙面积增大,渗透性增大,岩孔段残存瓦斯含量增大;膨胀水泥浆充砂岩裂隙,增强了抗塌保护层,缩小了瓦斯残余区,提高了煤层瓦斯抽采体积分数。

水泥浆改善高温状态砂岩力学行为研究

为研究高温状态砂岩力学特征和水泥浆对高温状态砂岩力学性质的影响,对高温状态砂岩和水泥浆处理后高温砂岩进行单轴压缩试验。试验结果表明:随温度升高,试样表现为裂隙发育,脆弱区范围增大,全程应力-应变曲线时间短,最大应变值减小趋势,极限抵抗强度降低;水泥浆浸泡过的高温砂岩相比高温状态砂岩,裂隙密度减小,结构密度增大,应变趋势减缓,形成极限破坏时间较长最大应变值增大,说明水泥浆改善了高温砂岩变弱趋势,为未来绿色矿山边坡稳定治理提供参考。

深部煤层底板软岩巷道支护方案研究及应用

为解决深部矿井巷道受高应力、高温度特殊环境影响发生蠕变现象导致巷道失稳的问题。采用蠕变试验得出软岩的力学性质,采用FLAC3D模拟深部巷道锚杆+锚索+W钢带初次支护和金属支架二次支护联合支护下巷道应力场和位移变化,模拟改良支护方案的可行性;现场监测结果表明:深部矿井巷道采用联合支护后,巷道两帮与顶板得到了稳定控制,软底破坏程度大幅降低,确保巷道能够长期稳定可靠。