基于开采高度对工作面覆岩裂隙演化影响的钻孔瓦斯抽采研究

采动覆岩裂隙演化规律对层间瓦斯运移起主导作用,研究覆岩裂隙发育分布规律对于提高瓦斯抽采效率至关重要。以甘肃省魏家地矿西2107综采工作面为工程背景,采用UDEC模拟软件建立不同采高的数值模型,利用分形几何理论分析了工作面覆岩近场裂隙演化与不同开采高度的关系,确定了钻孔瓦斯抽采最优工作面高度,并通过理论经验公式、覆岩裂隙窥视情况与现场瓦斯抽采结果对其验证。结果表明:采动裂隙总数随着采高增大而增大,但不同阶段增大的幅度皆不相同,覆岩裂隙不断向覆岩四周呈“伞状”发育;不同开采高度的工作面覆岩近场裂隙均经历产生、扩张贯通、压实稳定的3个阶段,且采高越大,压实区范围越小,适当增加采高,有助于提高覆岩瓦斯抽采效果;当采高选择4 m时,顶板裂隙在位于10 m与40 m位置处的裂隙发育密度与范围均明显大于其他区域,该区域与布置高、低巷双位一体的协同抽采巷最佳位置相一致。

基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价

以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定了排土场土壤肥力恢复力各影响因素的权重。结果表明,评价体系准则层中土壤保肥能力权重最大(0.5477),其次分别是土壤保水能力(0.1980)、土壤生物活性(0.1408)和土壤结构稳定性(0.1135),因素层有机质F1权重最高(0.1162);根据现场抽样,已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平,整体来看土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,土壤恢复力的主要因素是土壤保肥能力,特别是土壤有机质含量。土壤肥力恢复力模型为提高排土场土壤质量、加快土壤重构、促进土壤生态系统恢复提供治理思路。

新型高分子抑尘剂对岩性颗粒物的抑制特性研究

为减轻综掘工作面粉尘逸散对巷道环境的污染以及人员、设备造成的损伤,以济宁市金桥煤矿西翼轨道巷为工程背景,以可吸入粉尘为研究对象,研发一种以表面活性剂为关键骨架、以无机盐和高分子黏附剂为辅助材料的强润湿性、强黏结性的环保型化学抑尘剂。现场验证结果表明,该抑尘剂对于岩性颗粒物具有较好的捕捉能力,能有效降低巷道内可吸入粉尘浓度。

基于统计学模型的矿区粉尘污染特征及影响因素的定量分析

针对露天矿粉尘无秩序排放引发的生态环境退化问题,选取河曲露天煤矿粉尘产生区域为研究靶区,利用粉尘监测体系获取靶区TSP、PM10、PM2.5及环境指标数据,结合粉尘浓度对不同粒径粉尘分布差异性进行对比分析,引入空气质量浓度分指数法、Pearson关联矩阵分析法和灰色关联法对靶区内核心污染物、不同粒径粉尘内在关联性及环境指标与粉尘浓度的关联度进行深入探讨,基于单变量、多元线性和主成分得分-多元线性回归分析法对粒子变迁演化规律及环境指标对微粉尘权重的影响规律进行定量解析,同时运用均值误差法对MLR和PCA-MLR模型预测的精确度进行验证。结果表明:(1)区域1(采掘场)和3(煤场)不同粒径粉尘浓度均存在超过现行标准二级限值的情况,区域2(交通干道)仅存在超过一级限值的情况。(2)不同区域粉尘污染能力的强弱与IAQI评估结果一致,均为区域1>3>2;当不同区域TSP浓度一致时,域内粉尘污染能力的强弱顺序转变为区域2>3>1,且各区域核心污染物均为PM2.5。(3)不同区域粉尘浓度线性关系较为显著。(4)不同区域MLR模型演算出的多元线性方程的拟合度排序规律与粉尘浓度Pearson关联度趋于一致,且多变量拟合度优于单变量拟合度,结合MRE法检验出不同区域MLR模型预测精度区域3(3.02%)>2(9.46%)>1(10.75%)。(5)区域1中TSP和PM10与气压呈强正相关,PM2.5与相对湿度呈强负相关;区域2中各粒径粉尘均与温度和风速呈强负相关;区域3中仅与温度呈强负相关。(6)微粉尘权重与环境指标的PCA-MLR模型相对于直接MLR模型,预测精确度提高了56.63%和13.41%。

深部放顶煤开采下煤层应力场-渗流场耦合演化特征

为了研究高应力区煤体在放顶煤开采方式下的应力场-渗流场的耦合演化规律,以横观各向同性下的火柴棍模型为基础,构建了由煤基质和裂隙组成的弹性系统,建立了三向应力条件下煤体渗透率演化规律模型,并结合采场应力场空间分布规律,构建煤层增透率空间分布模型。在改变围压、轴压和气体压力的条件下,将渗透率模型和室内试验结果对比,并将增透率空间分布模型与顺层抽采钻场的瓦斯抽采相关数据对比分析,结果表明:煤体渗透率随载荷与气体压力的增加而减小,并呈指数型;渗透率模型可以较好地定量描述煤体渗透率在加卸载条件下的变化,与多组试验数据的相关系数和拟合优度均大于0.9;增透率空间分布随距离增大呈指数下降,可分成4个阶段:原岩稳定阶段、增压降低阶段、卸压增加阶段、破坏稳定阶段;根据增透率模型和现场数据对比,煤层在卸压增加阶段和破坏稳定阶段处于增透状态,煤层增透范围Lr=55.62 m;煤层增透率模型可以较好地描述煤层增透率的空间分布规律,其与现场数据的相关系数和拟合优度均大于0.96。

新文科背景下经济与管理专业实验教学内容改革的研究与实践

本研究探讨了新文科背景下经济与管理专业实验教学内容改革的研究与实践。通过分析当前经济与管理专业实验教学存在的问题和新文科的背景,提出了相应的改革方案。研究发现,新文科背景下,学生对实验教学的需求和期望发生了变化,需要教师在教学的过程中更加注重实践操作和跨学科的综合能力培养。基于这一发现,我们提出了针对性的实验教学内容改革方案,并在实际教学中进行了实践。研究结果表明,新文科背景下的经济与管理专业实验教学内容改革对学生的实际能力提升有显著影响,为今后类似专业实验教学提供了有益的经验和启示。

构造煤结构缺陷对硫化氢吸附及扩散特性的影响

探究构造煤结构缺陷对煤中H_(2)S吸附和扩散特性的影响效应,对于理解和改善煤矿安全具有重要意义。通过分子模拟技术,构建了初始芳香片层(CS)模型、边界类(SW)缺陷模型、单空位(SV)缺陷模型、双空位(DV)缺陷模型和多空位(MV1和MV2)缺陷模型,研究了缺陷构型对H_(2)S吸附和扩散的影响。结果表明:H_(2)S吸附量与煤体孔隙率呈正相关,不同构型中H_(2)S饱和吸附量存在差异,在DV缺陷构型中最大,在CS构型中最小,且CS构型中吸附的H_(2)S分子分布均匀,缺陷构型中H_(2)S分子优先吸附在对应的缺陷位置周围,煤体结构缺陷的存在更有利于H_(2)S的吸附。在温度为298.15 K,308.15 K和318.15 K条件下,H_(2)S在不同缺陷构型中的扩散系数和扩散活化能均大于在CS构型中的扩散系数和扩散活化能,H_(2)S在不同缺陷构型煤中更容易扩散。

冲击扰动下岩石蠕变损伤演化与失稳诱发机制

为研究冲击扰动下岩石的蠕变损伤机理,基于复杂应力下的蠕变方程模型,同时考虑煤岩材料的非均质性,结合Weibull分布构建能够描述煤岩蠕变全过程的蠕变损伤本构模型,并进行参数的敏感性分析。进一步分析了不同初始蠕变应力下受到不同扰动能量时冲击扰动对煤岩蠕变破坏的影响。对复合煤岩体蠕变过程中受冲击扰动破坏进行了模拟分析,讨论不同初始角度煤岩体下蠕变损伤的失稳诱发机制。结果表明:基于复杂应力下的蠕变模型,考虑煤岩介质弹性模量和强度的非均质性建立的蠕变损伤本构模型能够较好地描述煤岩3阶段蠕变特性;蠕变模型中参数A、m0和n0对煤岩的蠕变特性的影响主要表现为其值越大,煤岩越易发生加速蠕变破坏;当蠕变加载时,随轴向加载应力的增大,瞬时的弹性应变会明显增大;当蠕变应力相同时,冲击荷载越大,煤岩越易发生蠕变,从而越易发生破坏;当冲击荷载相同时,随蠕变应力的增大,煤岩的破坏时间也会明显减小;对于复合煤岩体,蠕变初始阶段进行冲击时应变率出现了明显增加,当蠕变处于稳定阶段再次冲击时应变率幅值较小,最终复合煤岩体发生加速蠕变直至失稳。随着节理角度的增加,蠕变时间先减小后增大,其中节理角度为90°时煤岩体蠕变时间最长,达到75 h。

温度对砂岩损伤影响试验研究

以砂岩试件为研究对象,研究该批试件高温前后的均匀性、高温后的超声波传播规律及孔隙率变化规律。通过研究高温后砂岩的超声波速变化、孔隙率变化规律,得到了温度对砂岩损伤的影响规律。结果表明,除温度为200℃时,超声波速略有升高外,随着砂岩经历温度的升高,超声波在其内部的传播速度逐渐降低,孔隙率随经历温度的升高而逐渐变大;这两个事实都说明砂岩经历高温后内部产生了损伤。建立了超声波速与损伤因子的关系,并且得到该砂岩随经历温度的升高损伤因子逐渐增大的规律。

预制裂隙岩石裂纹扩展规律的研究进展与思考

预制裂隙岩石裂纹扩展规律研究是从细观、宏观角度了解和掌握岩石破坏机理的一条重要途径,由此开展的研究拓宽了人们对岩石的已知认识,围绕其开展的相关研究也是目前业内研究的热点和难点之一。在现有研究方法的基础之上,从介绍预制裂隙岩石试样的制备入手,分别对常见岩石及类岩石材料的预制裂隙形式及其适用条件、预制裂隙岩石裂纹扩展规律的常用研究手段及其优缺点、预制裂隙岩石裂纹扩展规律的研究进展等方面进行了详细的介绍,并通过对前人取得的成果进行对比和思考,指出了预制裂隙岩石裂纹扩展规律这一研究领域仍需着力研究的方向。

采空区瓦斯体积分数区域分布三维实测装置研制与应用

为掌握采空区高瓦斯体积分数区域空间分布范围,自主研发了一种采空区瓦斯体积分数区域分布三维实测装置,其主要由采气头、采气管、瓦斯流量监测装置、集气装置和瓦斯体积分数检测仪组成,可实现对采空区不同空间区域内瓦斯体积分数的三维实测,并成功将该装置运用于现场,对Y型通风靠近留巷侧采空区瓦斯空间分布进行了三维实测。现场实测结果表明:分段留巷Y型通风条件下,近留巷侧采空区在一定空间范围内出现瓦斯集聚现象,其空间范围为沿工作面倾斜方向距沿空留巷30～45 m,沿留巷延伸方向距工作面35～55 m,垂直煤层底板方向距煤层底板15～30m,瓦斯体积分数最高处可达0. 9%;不同工况条件下,近留巷侧采空区高瓦斯区域空间范围基本相同;近留巷侧采空区形成的高瓦斯集聚区域具有严重的瓦斯爆炸威胁,需采取有效措施加强对近留巷侧采空区高瓦斯集聚区域进行监测和治理。

非静水压力条件下巷道围岩偏应力场分布特征与围岩破坏规律

通过理论分析对受三向应力非静水压力条件下的巷道围岩偏应力场与应变能密度分布规律进行了深入研究,以此来探究巷道围岩破坏规律,巷道塑性区数值模拟结果与现场工程实例验证了理论结果的正确性。研究结果表明:①非静水压力条件下,不同的主导型应力场中,巷道围岩偏应力场分布规律差异较为明显。σ_(x)主导型应力场中,巷道顶底板偏应力大于两帮;σ_(y)主导型应力场中,巷道顶底板与两帮偏应力大小差别不大;σ_(z)主导型应力场中,巷道两帮处的偏应力大于顶底板。主导应力值的变化会引起巷道围岩偏应力分布数值上的变化,不引起偏应力分布形态的改变。②等p、等q时,在σ_(x)与σ_(y)主导型应力场中,巷道顶底板应变能密度大于两帮,而在σ_(z)主导型应力场中,巷道两帮应变能密度大于顶底板。等p、不等q情况下,3种主导型应力场中,巷道顶底板与两帮应变能密度均随偏应力比M的增大而增大;等q、不等p情况下,巷道顶底板与两帮应变能密度均随偏应力比M的减小而增大。③三向应力状态下,巷道围岩应变能密度分布规律可以反映塑性区形态。M<1时,任意主导型应力场中,巷道围岩应变能密度呈椭圆形分布,M>1时,巷道围岩应变能密度呈“8”字形或“X”形分布。处于σ_(x)主导型应力场中的巷道需注重巷道顶底板的支护;对于σ_(y)主导型应力场,巷道在围岩条件较差时,应注重全断面支护;对于σ_(z)主导型应力场,需注意围岩塑性区出现“X”形扩展。④回坡底1021巷围岩偏应力场与应变能密度均呈倾斜的“8”字形分布,工程现场与巷道围岩偏应力场及应变能密度分布规律相互验证。基于理论分析结果,对回坡底1021巷提出非对称性支护技术,现场应用效果良好。

围压作用下型煤蠕变特性及本构关系研究

对松藻煤电集团打通一矿7号软煤层制备的型煤围压作用下不同载荷水平进行了煤岩蠕变试验研究。通过改变蠕变载荷,得到了不同蠕变载荷作用下完整的蠕变3阶段曲线和各蠕变阶段的蠕变特征。根据试验分析结果,得到围压作用下煤岩蠕变规律和各蠕变阶段的蠕变参数。研究表明,随着蠕变载荷的增加,起始蠕变量和加速蠕变阶段的蠕变加速度均呈增加趋势,而过渡蠕变阶段和稳定蠕变阶段的持续时间与蠕变载荷关系不明显。黏弹塑性本构模型能够较好地反映围压作用下煤样的蠕变本构关系,通过计算得到了相关蠕变模型的参数。

开采薄煤层采空区瓦斯分布规律数值模拟研究

以数值软件Fluent6.23为研究手段,以峰峰矿区黄沙矿2上薄煤层开采为工程背景,对其采空区内瓦斯运移与分布规律进行了数值模拟研究,获得了采空区瓦斯运移与分布的特性规律。结果表明:采空区各分区内瓦斯运移与分布特性受工作面通风系统影响呈随分区孔隙率增加而增加的趋势,重新压实区几乎不受其影响;瓦斯运移速度随着孔隙率的增大呈增大趋势,计算收敛后模型内的重新压实区内几乎无瓦斯运移发生;采空区内瓦斯浓度分布分区明显,随分区孔隙率增加而呈减小趋势,且减小率呈非线性;采空区内高瓦斯浓度区位于回风巷侧的采动影响区后部和重新压实区内。

含瓦斯突出煤声发射特性及其围压效应分析

以突出煤制备的型煤试件为研究对象,利用自行研制开发的装置配合岛津伺服试验机及PC-I型声发射监测系统,对含瓦斯突出煤三轴压缩过程中的声发射特性及其围压效应进行试验,并对AE事件各参数规律进行了分析。结果表明:三轴压缩过程中,含瓦斯突出煤AE事件没有特别稠密或稀疏的事件区域出现,仅在压密阶段、线弹性阶段中间点附近、临近峰值阶段3处出现相对稠密区而呈"三峰"分布特点,但多数AE事件振幅较小,且AE事件能量变化与振幅变化趋势具有较好的一致性;外加应力场变化导致微结构变化、煤样内颗粒断裂、煤样内颗粒碎裂、煤样内颗粒相对错动和瓦斯气体逸散导致的微结构变化为AE事件的主要"源";随着围压的增加,AE事件数呈减小趋势,而围压对AE事件总数的影响呈非线性,可用二次曲线表示;随着围压的增加,AE大振幅事件数呈减小趋势,大于某一设定值的AE事件数与围压的关系可用二次曲线表示。

突出煤渗透特性与应力耦合试验研究

根据常规三轴具有突出倾向型煤的瓦斯渗流试验所获得的瓦斯渗流速度-围压和瓦斯渗流速度-轴压关系,分析具有突出倾向型煤中的瓦斯渗流速度变化与应力的耦合关系,建立一定瓦斯压力下瓦斯渗流速度与围压、轴压的关系式,建立应力-渗透系数方程。结果表明:瓦斯压力和轴压一定时,瓦斯渗流速度随着围压的升高逐渐降低,为二阶曲线关系;当瓦斯压力和围压一定时,瓦斯在型煤中的渗流速度随着轴压的升高呈四阶曲线关系,且型煤破坏后的瓦斯渗流速度大于型煤起始渗流速度。基于试验结果,提出瓦斯渗流困难应力点这一特征值,该参数对预防煤与瓦斯突出事故、提高瓦斯抽采效率具有一定意义。

烧变后粗砂岩抗拉特性试验研究

对40块粗砂岩试件高温后的密度、纵波波速和抗拉强度变化规律进行了试验研究。结果表明,高温后粗砂岩的密度随试验温度的升高减小幅度很小,几乎可忽略不记;高温后试件中纵波波速的传播随温度升高基本呈线性降低,而减小率呈二次曲线规律变化;存在一个温度点R,使高温后试件的抗拉强度呈开口向下抛物线关系变化,且在R温度作用后试件抗拉强度达到最大;当试验温度大于700℃后,试件的抗拉强度变得很小,且当温度升高时变化幅度也很小。高温后纵波波速与抗拉强度关系复合2次曲线关系。

局部荷载下含中心孔洞煤体裂纹扩展特征量化分析

采用高清数码摄像机和红外热成像仪,对含中心孔洞煤体试件在局部荷载作用下的裂纹扩展规律进行系统的试验研究,研究分析煤体试件在不同加载面积作用下试件表面裂纹的萌生、扩展、贯通,直至形成宏观破坏的整个过程中表现出的特征与规律。试验结果表明:局部荷载作用下含中心孔洞煤体试件裂纹扩展是加载条件和宏观中心孔洞耦合作用结果,裂纹扩展路径受其主导作用,而由孔、裂隙系统引起的非均质性则占据从属地位;均布荷载条件下,孔洞周边形成拉、剪应力区,且裂纹由此起裂,孔洞是引起应力集中的主导因素,但随着加载面积的改变,孔洞的主导地位被颠覆,应力集中强弱顺序发生突转,起裂位置由孔洞周边转向荷载临界处;受载面积对含中心孔洞试件裂纹扩展的影响具有区域性特点,且明显集中出现于有载荷作用的区域;随局部荷载的增加,初始裂纹的尺度(裂纹宽度和长度)不断增加,且裂纹的发展方向出现明显的非平直化趋势。

黄河流域数字经济发展地区差异及动态演进

数字经济是助推黄河流域高质量发展的核心动力。目前,黄河流域数字经济发展水平稳步提升,但各省区间数字经济发展水平存在两极分化趋势;流域内数字经济发展水平差异呈现不断缩小趋势,上下游地区间数字经济发展水平差异较大,而上中游、中下游地区间差异相对较小,总体差异产生主要由地区间差异导致;数字经济发展水平呈现多极分化现象,绝对差异在不断扩大。因此,要提升数字经济竞争力、缩小地区间数字经济发展“鸿沟”,以此做强做优做大黄河流域数字经济。

瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置研发及应用

为实时动态监测瓦斯抽采钻孔深部稳定性,自主研发了瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置,其主要由主体承载机构、高灵敏度应力应变片、快速连接杆和精密应力应变测量仪组成。该装置可采集不同角度地应力值,采集钻孔变形数据,不同材质的主体承载机构可实现钻孔稳定性加固的效果。现场实测结果表明:钻孔形变曲线可大致分为快速形变阶段、缓慢形变阶段、基本稳定阶段3个阶段;快速形变阶段与缓慢形变阶段间,缓慢形变阶段与基本稳定阶段间,均存在较明显拐点;对于不同直径钻孔中的相同深度,形变量随着直径增大而增大;对于相同直径钻孔中不同深度,浅处形变大于深处形变;瓦斯抽采钻孔形变在一定程度上影响了瓦斯抽采工作的进行。该装置具有较好的实用性和可靠性,为实时动态监测瓦斯抽采钻孔稳定性提供了一种新的手段。