采动覆岩卸压瓦斯运储通道属性参数拓扑关系研究

煤矿日益加剧的高强度开采过程中,诸多因素综合影响着覆岩裂隙的空间分布特征。覆岩裂隙分布的特征对于解放层开采中的瓦斯治理有着重要的指导意义。通过开展多组二维物理相似模拟试验,探究了不同开采条件下(开采高度、推进速度、关键层层位、煤层倾角)覆岩裂隙网络分布特征及卸压瓦斯运储通道的属性参数,得到了几何参数、裂隙参数的拓扑干系网络。基于复杂网络演化理论可以简化现实干系的拓扑变换,并结合复杂网络特征参数分析运储通道干系结构和因素节点的演化特征,实现了覆岩裂隙网络干系影响因素的定量描述,建立了卸压瓦斯运储通道网络干系结构矩阵及模型。结果表明:卸压瓦斯运储通道的发育范围、贯通度以及分形维数均随着采高、关键层层位及煤层倾角增大而不断扩大;随着推进速度的加快,发育范围却呈现减小的趋势。采高的增加对离层量影响最大,6 m采高相较于4 m时增幅达到146.9%。破断裂隙密度的变化主要受煤层倾角影响,受推速的影响较小,将钻孔布置在高密度区域(破断裂隙密度>4.7条/m),可以有效起到瓦斯截留的作用。研究结果可进一步优化不同因素影响下瓦斯抽采钻孔的布置参数,提高瓦斯抽采效率,从而保证工作面安全高效回采,对实现瓦斯精准绿色抽采具有一定的现实意义。

高瓦斯厚煤层综采工作面推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合机理

裂隙结构具有复杂性和不规则性,对上覆岩层卸压瓦斯的运移和储集具有决定性影响。为了确定高瓦斯厚煤层综采工作面推进过程中瓦斯运移区和储集区交叉融合的动态变化对瓦斯赋存的影响以及在不同推进速度下上覆岩层中的瓦斯运储规律,采用二维物理相似模拟实验分析覆岩裂隙分布特征和瓦斯运–储区的几何变化规律,探究不同推进速度下运–储区随周期来压交叉融合的变化特征,并以工作面推进速度为关键参数,建立瓦斯运–储区的推速效应量化表征模型,揭示推进速度影响下瓦斯运–储区的对称周期性构建机制。结果表明,瓦斯的运–储区内外边界和运–储交界分别位于裂隙开合度和贯通度的突变区域,随着推进速度的增大,运–储区边界从采空区中部向两侧缩减;随着工作面推进,瓦斯储集区逐渐过渡成为运移区,两区域范围相互交叉融合,整个过程中运–储区在循环“构建—破坏—构建”,最终形成完整的对称椭圆抛物带状的覆岩裂隙场;裂隙熵的变化随工作面的推进先增大后减小,裂隙率的变化随工作面的推进分别经历了2次增大和减小,表明瓦斯运移区和储集区随工作面推进呈“初次形成—交叉融合—区域分离扩大”的动态变化;此外,在采动裂隙椭抛带理论的基础上,构建瓦斯运–储区推速效应量化表征模型,建立瓦斯运–储区边界及状态判定流程,揭示推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合演化机理和对称形态的周期性构建机制,为研究采空区卸压瓦斯分布和实现瓦斯富集区定向精准抽采提供指导。

倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区辨识及抽采关键技术

为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究,得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙分形维数随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了靶向区演化煤层倾角效应模型。结果表明:破断裂隙宽度呈现采空区两侧边界区域大于中部,低层位大于高层位的分布特征,同时破断裂隙宽度受铰接梁影响较强,随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),在第1层铰接梁所在层位上部邻近区域破断裂隙宽度相比下部邻近区域大幅度减小,仅有下部邻近区域的52.8%,64.3%以及71.1%;瓦斯运移优势通道带内离层裂隙面积占比呈现底部最大,顶部次之,中部最小的分布规律;上覆岩层裂隙分形维数整体呈现先减小后增大的现象;基于第1层铰接梁与裂隙分形维数极小值点所在层位两侧裂隙演化规律差异明显,将瓦斯运移优势通道带按空间层位上的高低依次划分为低层位靶向区、中层位靶向区和高层位靶向区。最后,基于采动裂隙椭抛带理论,在工作面侧瓦斯运移优势通道带基础上,建立了考虑煤层倾角因素的倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区空间形态数学方程,形成了靶向区卸压瓦斯抽采方法选择依据,为优化倾斜厚煤层工作面卸压瓦斯抽采布置参数提供参考依据。

厚煤层采空区定向孔分域抽采研究及应用

为提高厚煤层采空区定向钻孔的瓦斯抽采效率,针对山西某高瓦斯矿井采煤工作面,采用理论分析和FLUENT数值模拟相结合的方法研究采动裂隙分域演化特性,提出覆岩裂隙场分域准则,确定定向钻孔布置区域与核心抽采布置范围,并在采空区现场开展定向钻孔分域抽采瓦斯试验。结果表明:破断裂隙密集区内,岩层断裂穿层裂隙发育较明显、瓦斯聚集显著,且钻孔稳定性高,是布置定向钻孔的最佳区域;并将与回风巷中心线水平距离3~13 m,与煤层顶板垂直距离10~18 m的区域设定为核心抽采区域。定向钻孔分域抽采试验中,单孔抽采瓦斯体积分数平均提升22.355%,单孔瓦斯抽采纯量平均提升1.295 m 3/min,该结论验证了厚煤层采空区定向钻孔分域抽采方法的实用性与合理性。

倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区分域方法及分形特征研究

为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建了覆岩瓦斯缓渗区精细分域方法,并采用灰色关联分析方法对覆岩瓦斯缓渗区沿横向(工作面推进方向)和纵向(垂直于煤层底板向上方向)分形维数与离层量、破断裂隙密度及应力集中系数之间的最大关联度分别进行确定。研究结果表明:覆岩瓦斯缓渗区在第一次周期来压后初步形成,其后每次周期来压时,覆岩瓦斯缓渗区两侧的垮落角均不断减小而宽度和高度均不断增大。具体表现为从缓渗区初次形成至缓渗区充分发育期间,缓渗区开切眼侧和工作面侧的垮落角分别从68.3°和76.2°减小到44.7°和53.5°;而缓渗区的宽度和高度分别从16.3 m和19.2 m增大到52.1 m和38.4 m。根据建立的覆岩瓦斯缓渗区分域准则及流程,结合灰色关联分析方法,得到覆岩瓦斯缓渗区沿横向和纵向分形维数变化均与离层量变化相关性最强(r_(1)=0.93,r_(1)^(*)=0.91),并通过试验验证了理论计算的准确性。因此,在后期确定卸压瓦斯抽采钻孔(巷道)终孔(巷)时,可通过现场观测离层量对覆岩瓦斯缓渗区边界进行判断,研究结果对采空区卸压瓦斯精准高效抽采具有一定的指导意义。

综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响

为了研究综采工作面卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,工作面推进速度为关键参数,构建采动卸压瓦斯优势通道数学模型,并针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,开展综采工作面在不同推进速度条件下的卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律物理相似模拟试验。研究结果表明:加快推进速度,三带高度降低,平均来压步距增大,优势通道在上覆岩层的空间位置也随之降低,优势通道发育的高度、宽度、垮落角和范围随着推进速度加快而减小。随着推进速度的加快,优势通道离层率和贯通度逐渐变小。随着工作面的推进,优势通道的分形维数由小到大对应的推进速度依次为7、5、3 m/d,呈现出降维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面推进速度不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%~89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果可为不同推进速度下采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。

综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明:采空区覆岩"三带"高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远,其贯通度越小,并在达到一定高度后,出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用,覆岩离层率呈现两侧高于中部的"马鞍形"。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则,得到不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态,进而发现采高对压实区影响主要表现在高度方面,煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大,推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论,结合物理相似模拟试验结果,构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。

构造法在中学数学中的一些应用

应用构造法解决问题，就是以已知条件为先导，以相关的知识为辅助，以所求的结论为方向，通过细致的分析，丰富的联想，灵巧的构思，创造性地构造出一种新的数学形式，使所要求的问题，在这种模式下，得以轻而易举的解决。

类岩石材料力学特性参数多元线性回归模型

为探究多因素对类岩石材料力学特性的影响,采用正交设计方法,选取水泥含量、石膏含量、骨料粒径、冲击力、冲击次数作为影响因素,得到25组类岩石材料单轴压缩条件下抗压强度、弹性模量及容重的正交试验结果。应用方差分析获得各因素的敏感性,并运用SPSS(Statistical Package for the Social Science)对试验结果进行多元线性回归分析,研究显著因素对类岩石材料力学特性的影响规律。研究结果表明:类岩石材料抗压强度受水泥含量、石膏含量、骨料粒径、冲击力的影响显著,且随着水泥含量、石膏含量和冲击力的增加而增大,随粒径增大而减小;弹性模量受水泥含量、石膏含量、骨料粒径的影响显著,且与水泥含量、冲击力呈正线性关系,与粒径大小呈负线性关系;容重受冲击力的影响显著,并随之增加而增大。针对多因素不同水平的正交试验结果应用多元线性回归分析可以建立类岩石材料力学特性的回归方程模型,能够在一定范围内预测类岩石材料的抗压强度、弹性模量及容重,为进一步定量化开展物理模型试验奠定了基础。

预应力锚注支护对软弱破碎巷道支护机理研究

研究预应力锚杆、注浆锚杆支护技术机理,将两者有机运用到软弱破碎围岩巷道支护中,可以达到提高深部岩体强度的目的。施加预应力之后,再进行锚注加固软弱破碎围岩,两者结合能够形成多重围岩加固,达到有效控制松软破碎围岩的变形目的。

煤矿智能化开采模式与技术路径研究

近年来,随着我国经济飞速发展,智能化技术越来越多的应用于煤矿开采,本文主要对煤矿智能化开采模式进行分析,并对其技术路径进行研究,推进煤矿智能化开采模式的进步与发展。

综采工作面多措并举强化瓦斯治理技术

随着采煤技术自动化水平的不断提高,采煤工作的安全性越来越重要,然而煤矿瓦斯问题仍然比较严重,极大地影响了煤炭采集工作。通过研究数据可知,煤炭采集的瓦斯安全事故概率较高,因此有必要采取有效措施予以防治,以此加强煤炭采集工作的安全性。

综采工作面瓦斯运移优势通道演化规律采高效应研究

为了研究采动覆岩中卸压瓦斯的运移规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,构建采动卸压瓦斯优势通道采高效应的空间形态模型,针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,运用物理相似模拟的方法,揭示综采工作面采动卸压瓦斯运移优势通道的采高控制机理,以此为依据,在现场实施高位钻孔抽采卸压瓦斯试验。研究结果表明:在上覆岩层中,优势通道左右边界离层量发生明显突变。随采高的增加,优势通道高度分别发育至距离煤层底板29.5,48,60 m,而宽度则从28 m变化到33 m。离层率的峰值距煤层底板30 m上移至60 m,贯通度明显增大。6 m采高优势通道的分形维数分别是4,2m采高的1.07,1.23倍,呈现着升维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面采高不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%~89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果为采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。