基于赵固二矿煤岩损伤程度范围确定及渗透率演化规律研究

我国东部矿区深埋薄基岩厚煤层的开采面临着许多技术难题。受工作面开挖卸荷效应的影响,覆岩将发生大变形非连续破坏,而上覆岩层的非线性破坏是导致厚冲积层中水沙涌入工作面的根本原因。为了确定煤层及覆岩的损伤程度范围以及渗透率的演化规律,采用现场实测与数值模拟手段,以超声波波速的分布规律定量表征煤壁的损伤程度范围,以覆岩塑性区的高度和体积表征覆岩的损伤程度范围,并对FLAC3D的渗流模式进行二次开发,分析工作面推进过程中覆岩及采空区渗透率的演化规律。研究结果表明:煤壁的损伤范围与超前支承压力峰值范围一致,6~7 m;覆岩塑性区的高度以及损伤程度随着工作面推进距离的增大而增大,当工作面推进至130 m时,覆岩达到充分采动,塑性区形状呈“马鞍”形分布;隔水层未破坏前岩体的渗透率与垂直应力呈负指数分布,隔水层破坏后高渗透率区域呈明显的分区现象,采空区岩体的渗透率随着冒落矸石的逐渐压实而降低。通过覆岩高渗透率范围的分布确定水沙渗流的主要区域,为赵固二矿14030工作面顶板突水溃沙的防治提供理论依据。

煤岩组合体卸围压能量演化规律及耗散能损伤本构模型研究

煤炭资源开采过程中,半煤岩巷掘进和薄煤层回采都不可避免地会使煤岩组合系统发生自由面卸荷。自由面卸荷现象往往伴随着能量的快速积聚与释放,所以探究煤岩组合体试样卸围压条件下的能量演化规律十分必要。为此,针对煤岩组合体试样开展了不同卸荷速率的卸围压试验。结果表明:(1)轴向加载阶段和应力恒定阶段为组合体试样的主要储能阶段,失稳破坏阶段主要以能量的释放和耗散为主;(2)卸荷速率加快会导致试样峰值弹性能降低,0.03 MPa/s时峰值弹性能分别为0.06、0.09、0.12 MPa/s时的1.64、2.70、3.50倍;(3)卸荷速率加快会导致试样峰后耗散能的增加,0.03、0.06、0.09、0.12 MPa/s卸荷速率下,峰后耗散能量分别为峰值弹性能的28.17%、49.53%、69.55%、92.87%;(4)卸荷速率的增大会显著增强煤岩组合体试样的拉伸破坏趋势,导致断裂角增大、拉伸次生裂纹增多和破坏强度增强;(5)建立考虑初始损伤的耗散能本构模型,合理阐释了卸围压条件下煤岩组合体试样损伤演化全过程。该研究成果对于了解卸围压速率对煤岩组合体试样的能量演化特征具有重要意义。

电力计量数据产生误差控制研究

作为生产、生活的重要组成部分,电能的作用不言而喻。对于电力企业而言,电力营销工作的落实,有利于促进社会稳定发展。居民用电量、企业用电量的增加,给电力企业电力计量工作带来了一系列挑战。电力计量过程出现误差,不仅会使电力企业遭受经济损失,还容易激发用户与电力企业的矛盾。为此,文章从电力计量数据的准确性出发,分析影响电力企业电力计量产生误差的原因及现状,并提出针对性的解决措施,旨在为相关人员提供参考。

基于CT扫描技术的煤试件力学特性及裂隙扩展规律研究

我国中东部矿区相继进入深部开采阶段,随着构造应力的增大与开采扰动效应的增强,工作面煤体内部裂隙发育程度逐渐升高,导致煤壁失稳现象频发。为研究煤体在高地应力环境下的力学特性及裂纹扩展规律,基于CT扫描技术实现煤试件内部各组分的精准识别,建立煤试件三维重构模型和精细化数值模型,并结合单轴压缩试验研究煤试件内部各组分空间分布特征对试件变形参数、峰值强度和裂隙扩展路径的影响。结果表明:原生裂隙倾角越大,试件初始模量值Ei降低,试件容易发生纵向劈裂破坏;原生裂隙倾角越小,试件峰值强度σ_(c)降低,试件容易发生拉剪混合破坏;高密度杂质体积占比越大,煤试件弹性模量值E_(t)增大,试件所呈现的脆性特征越强;原生裂隙体积占比越大,试件应变硬化特征明显,且试件压缩破坏后的裂隙体积占比与复杂程度也明显增大。煤试件裂隙的扩展路径主要沿着原生裂隙横向扩张和纵向延伸,由于裂隙的快速扩展,常常伴随着分叉裂隙的产生,且原生裂隙的倾向分布越复杂,产生分叉裂隙的数目就越多;当原生裂隙未经过高密度杂质时,裂隙扩展路径往往会绕过其位置扩展;当原生裂隙经过高密度杂质时,裂隙的扩展路径会贯通其位置扩展。数值模拟结果与室内试验结果吻合程度较高,数值模型微裂隙的扩展模式与CT扫描所得的裂隙扩展路径一致,验证了精细化数值模型的可靠性。

深埋弱胶结薄基岩厚煤层开采顶板动载冲击效应产生机制试验研究

深埋弱胶结薄基岩厚煤层采场动压显现强烈,顶板动载冲击作用下液压支架压死、损坏现象时有发生。为提高该类采场围岩控制效果,采用室内试验、理论分析和现场实测等手段研究厚冲积层作用下深埋弱胶结薄基岩顶板动载冲击效应产生机制,探究动载冲击力确定方法。结果表明:深埋弱胶结薄基岩厚煤层采场覆岩采动裂隙萌生于高位厚冲积层,上行扩展导致冲积层垮落,下行扩展导致基本顶断裂,形成覆岩冒落拱;冒落拱局部失稳,则新生冒落拱呈非对称形态,基本顶发生拉伸破断,支架承受静载作用;冒落拱整体失稳,则新生冒落拱呈对称形态,基本顶发生剪切破断,支架承受动载作用;快速下行扩展的采动裂隙在惯性作用下穿越岩层交界面进入基本顶,使其成为上表面含惯性裂纹的悬臂梁,极大劣化基本顶承载能力;采动裂隙扩展至冒落拱顶部和拱脚的时间一致,冒落体脱离冲积层母体前,裂隙萌生位置处应变集中程度最高,拱脚次之,拱顶最低;冒落拱整体失稳导致大范围冲积层自重载荷迅速传递至劣化基本顶悬臂梁,惯性裂纹尖端出现剪应力集中现象,基本顶发生剪切破断,存储于其中的弹性应变能转化为破断岩块动能,非静态启动的破断岩块冲击下位直接顶和液压支架,引发采场动压;采用上限定理确定了厚冲积层冒落拱边界方程,得到作用于基本顶之上的冲积层载荷和存储于基本顶中的弹性应变能,基于动能、动量守恒原理分别确定了基本顶破断岩块启动速度、顶板动载冲击力计算方法;最后提出采用预裂爆破方法释放赵固二矿14030工作面基本顶应变能,预防顶板动载冲击现象的发生。

深埋薄基岩厚煤层开采顶板突水溃砂通道形成机理研究

我国中东部矿区相继进入深部开采阶段,为了研究深埋薄基岩厚煤层开采覆岩运动中突水溃砂通道的形成机理,采用室内试验、现场实测、理论分析、数值模拟等多种研究手段,开展了覆岩厚冲积层垮落形态、采动裂隙扩展路径以及薄基岩破断形式的研究。研究结果表明,厚冲积层的垮落形态呈对称冒落拱与非对称冒落拱交替循环出现,其中对称冒落拱的采动裂隙由高位厚冲积层起裂,并以Ⅰ类裂纹的形式向薄基岩双向向下扩展,导致薄基岩发生拉伸破断,工作面来压缓和;非对称冒落拱的采动裂隙由高位厚冲积层中萌生,以Ⅱ类裂纹形式向薄基岩单向向右下侧扩展,导致薄基岩发生剪切破断,工作面来压强烈;基于上限定理得出冒落拱的理论方程,预测结果与相似模拟试验所得数据吻合,可以用于冒落拱的形态演化预测。