综掘巷道瓦斯涌出规律研究

通过测定煤壁的瓦斯涌出强度和落煤的瓦斯解吸强度,建立煤壁和落煤的瓦斯涌出强度经验公式和瓦斯涌出量预测公式,从而建立综掘巷道的瓦斯涌出量预测模型。通过测定综掘巷道瓦斯涌出,对建立的计算模型进行验证。结果表明,煤壁和落煤的瓦斯涌出强度随时间的变化符合指数或双曲线关系,由该关系建立起的2种预测模型相互结合应用,能够很好地表达综掘巷道的瓦斯涌出规律。

含气岩层对首采工作面回采的影响

任家庄煤矿在建井及首采煤层巷道掘进过程中,遇到含有大量游离瓦斯气体的砂岩层,针对该含气岩层的分布情况,对回采工作面开采后形成的冒落带、裂隙带的高度进行经验计算和数值研究,研究结果表明该含气岩层处于开采引起的裂隙带内,在首采工作面推进400 m后,含气岩层内的游离瓦斯将直接涌入采空区,威胁回采工作面的安全生产。

基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法

基于颗粒流离散单元法,将强度折减法引入到边坡稳定性研究中,可以解决应用连续变形分析方法研究存在的缺陷.取特定平均不平衡力比率作为边坡失稳与否判断准则,将颗粒间粘结强度及摩擦系数进行折减,以边坡岩体出现失稳破坏且断裂面贯通作为失稳判断准则,一方面能够对边坡局部危险区域予以定性预测,另一方面监测边坡变形到破坏的失稳过程,最终定量分析边坡稳定性.结合黑山铁矿现场边坡稳定研究实例,分别研究了边坡开挖扰动前后的边坡变形特征,得到开挖前后边坡安全系数分别为1.803和1.183,与预期结论一致.

单轴压缩下岩石蠕变失稳破坏过程数值模拟

在岩石破裂过程分析(RFPA2D)系统的基础上,考虑岩石损伤过程的时间因素影响,引入岩石细观单元蠕变本构方程,建立了考虑流变效应的岩石破裂过程RFPA2D数值模型。应用该模型模拟了恒定荷载作用下岩石的蠕变破坏过程,得到了岩石蠕变破裂的3个典型阶段:初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段,模拟结果同实验室试验所观察到的现象十分吻合。这表明考虑流变效应的RFPA2D数值模型适用于模拟岩石的蠕变破坏这一复杂的、非线性演化问题。此外,数值模拟还揭示了岩石的宏观蠕变破坏实质上是细观层次上单元损伤累计的结果,这些结论对岩石工程的长期稳定性研究具有重要的理论指导和实践意义。

动载荷作用下岩石破坏过程的数值试验研究

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载荷作用下应力波延续时间、应力波峰值和围压对岩石试样破坏的影响进行了数值研究,结果表明,应力波延续时间较短,则尾随应力波波前的高应力区范围较窄,应力波衰减较快;相反,应力波延续时间较长,则紧跟应力波波前的高应力区范围较大,岩石处于破坏状态的时间延长,岩石的破碎程度加大。此外,存在一个合适的应力波延续时间,过分地加大应力波延续时间,反而不利于岩石裂隙的发育。动载荷的峰值越大,试样的破坏程度越大,当峰值达到一定值时,试样顶部呈现粉碎状,试样从上到下破坏程度逐渐减弱。在冲击载荷作用下的岩石随着围压的增加更难破碎,但当围压增大到一定程度时,岩石会突然失稳破坏。

永安煤矿高瓦斯综放工作面高位钻孔抽放参数确定

采空区上覆岩层跨落过程中,采空区四周由于煤壁的支撑作用使得上下位岩层的离层仍能在一定程度保留,这样在采空区中部的裂隙被压实,而四周关键层下部形成一个横向连通的采动裂隙发育区;这一区域成为邻近层及采空区瓦斯积聚与扩散的主要场所,如何控制这一区域瓦斯的运移情况是上隅角瓦斯治理的关键。主要结合永安矿的具体情况通过理论分析及数值模拟方法来分析上隅角瓦斯治理过程中高位钻孔抽放瓦斯法在具体抽放设计工程中的应用以及参数确定问题。

司家营铁矿Ⅲ采场露天转地下境界顶柱合理厚度研究

针对露天转地下开采中境界顶柱的合理厚度问题,结合司家营铁矿实际情况、地质资料和采矿资料,应用FLAC3D软件建立矿体的力学模型,模拟境界矿柱的受力及其塑性区分布情况,研究境界顶柱、间柱厚度以及间柱之间的间隔距离对矿柱应力分布以及塑性区分布的影响,从而确定境界矿柱的合理厚度及其他的相关参数,为该矿山露天转地下生产顺利进行提供科学依据。

任家庄煤矿首采工作面瓦斯涌出量预测

通过对任家庄煤矿首采工作面瓦斯涌出量影响因素的分析,认为该矿瓦斯涌出量控制系统是个充满灰现象的灰系统。应用灰色系统理论,建立了预测该矿首采工作面瓦斯涌出量的灰色系统GM(1,1)模型,并用残差序列进行了修正。

复杂管路网在多瓦斯抽放系统中的应用探讨

对井下移动泵站和地面固定泵站的网络化连接技术进行了探讨,并针对平顶山煤业集团天安十矿的现场应用,对抽放系统复杂管路网进行了有效调控,并网后既减轻了高浓度瓦斯向专回的排放,也为瓦斯的利用奠定了基础。

基于Moldflow的保压优化改善塑料制品的翘曲变形

通过Moldflow软件进行注塑模拟仿真,分析汽车空调面板装饰圈的翘曲变形,在Moldflow软件中通过优化保压改善塑料制品的变形,再由模流分析软件的参数指导零件的实际注塑生产,达到首次试模得到变形满足要求的制品。

多级加氢反应进料泵优化设计和性能预测

在已有的高效水力模型基础上,对影响性能的几个关键水力参数进行不同的优化组合,设计了两组叶轮模型和两组导叶模型,组合成4组水力模型。应用CFD数值模拟对4组水力模型进行性能预测,挑选出最优水力模型,并把最优水力模型制作成单级模型泵进行试验。试验表明:在设计工况下,效率为74.43%,扬程为203m,与数值计算的相对误差分别为10.7%、4.01%,满足设计要求。因此,结合CFD软件模拟加氢反应进料泵来进行优化的方法是可行的。

多级农用离心泵首级口环多物理场耦合分析

提出了同时考虑口环间隙水体以及叶轮叶片形变这两部分因素,运用时下较成熟的流固耦合技术,对多级离心泵首级进行了综合分析。分析表明,在大口环间隙情况下,口环间隙泄漏以及圆盘阻力损失是造成泵效率降低的明显因素,口环间隙1mm时,在额定工况下,效率降低最大可达4%多。叶轮叶片在运行过程中,因泵输送介质压力作用而发生的变形,对泵性能影响较口环间隙水体影响而言较小。实际运行中,应尽量避免大口环间隙情况。

煤岩层静态爆破释能增透机制探讨

针对高应力低透气煤层煤与瓦斯突出频发的问题,建立静态破岩致裂力学模型,数值模拟致裂过程,测试并分析影响致裂效果的致裂时效、膨胀压力、致裂孔布置工艺等相关参数,研究静态爆破释能防突及致裂增透机制。结果表明:配置膨胀剂、抑制剂、水分配比分别为100∶8∶30、100∶12∶30、100∶15∶30,起效时间分别为50、30、100 min的3种破碎剂;其中配比2膨胀效果最好,最大致裂压力为150.8 MPa。破碎剂膨胀稳态持续拉应力大于介质抗拉强度,实现静态爆破功能;控制孔起到裂隙扩展引导和尺寸放大作用。静态爆破降低煤体瓦斯及应力潜能积聚,增加煤体裂隙数量,达到静态爆破释能增透目的。

深部动力灾害诱发机理及影响因素研究

针对深部动力灾害诱发机理及影响因素复杂的问题,以红阳二矿动力灾害为背景,宏观统计了灾害空间分布规律,开展了不同参数条件下的动力灾害相似模拟试验,进而研究灾害诱发机理及影响因素。结果表明:红阳二矿煤与瓦斯突出分布存在着明显的区域性,突出发生主要集中在地应力较高区域或地应力急剧变化区域,突出次数和突出能力均随埋深的增加而增加,相对于倾出和压出,典型突出的变化规律更加明显;获得了红阳二矿突出强度、突出距离及相对突出强度与瓦斯压力、放散初速度指标之间的拟合经验关系;灾害性质随瓦斯压力增加发生转变(倾出-压出-典型突出),瓦斯压力是红阳二矿动力灾害诱发的主导因素;动力灾害诱发的关键在于煤体具有足够的瓦斯梯度,地应力对突出的1个重要作用在于地应力的快速释放能够使突出发生所需的瓦斯压力临界值降低;瓦斯放散初速度Δp对于突出强度有着明显正向影响作用;倾出和压出可视为煤体经过一定的破坏累积准备阶段后,发生的一次性破坏失稳,典型突出发动的关键在于具有高突出潜能的煤体和具有充分的瞬间释放条件,典型突出的全过程可视为煤体的力学失稳和高潜能突出煤体持续发展;动力判定指标C_(m)满足时,发生典型煤与瓦斯突出;若C_(m)不满足条件,则意味着突出潜能不足,对于局部发育或应力集中的软弱煤体,将发生倾出或压出灾害。

灰色聚类评估法在煤与瓦斯突出预测中的应用

将灰色聚类评估法引入到煤与瓦斯突出预测中,选取瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤的破坏类型、构造发育程度作为本次煤与瓦斯突出预测的6个主要参考因素,权重分别为0.2、0.2、0.1、0.2、0.1、0.2。在理论分析的基础上,结合4个突出矿井的瓦斯基础参数进行了预测,预测结果与实际发生的突出情况完全相符,证明灰色聚类评估法在煤与瓦斯突出预测中有很好的适应性和科学性。

岩层孔隙介质流体耦合作用数值模拟研究

自然界中的岩土是一种在应力-应变方面表现出高度非线性属性的材料。由于渗透率被广泛地认为是研究流体在岩土层内流动的规律、岩体变形以及地压控制的重要参数,为了解流体在岩土孔隙流动渗透率耦合作用机理,建立新的基于岩体渗透率与分形维数间的定量关系的数学模型,常载荷下渗透率与体积应变的演变机理模型以及孔隙-裂隙结构的岩体渗透率、应力与流体压力间的耦合方程,并对数值模型进行了理论研究和分析。

煤与瓦斯突出过程中地应力、瓦斯压力作用机理探讨

基于煤岩破裂损伤理论和气固耦合方法,针对不同地应力和不同瓦斯压力条件,采用RFPA2D-Flow数值计算软件对煤与瓦斯突出发生、发展过程进行数值研究,获得了煤体裂纹孕育、扩展演化规律及突出孔洞变化特征,并结合红阳二矿、西马煤矿突出实例进行验证分析。研究表明:地应力与煤与瓦斯突出发生所需的最小瓦斯压力呈线性反比关系,地应力越高突出所需的瓦斯压力越小;高地应力条件下煤与瓦斯突出的初始阶段,煤体主要在剪-拉应力作用下,形成以"–"型和"I"型裂纹组成的网格型裂纹,宏观破坏呈楔形分布,而较低地应力条件下煤与瓦斯突出的初始阶段,煤体主要在拉应力作用下,形成"I"型裂纹,宏观破坏呈环状分布;突出过程中地应力的作用使煤体破坏以楔形方式发展,瓦斯的作用使煤体破坏以弧形方式发展,突出孔洞的最终形状由地应力和瓦斯共同决定。

任家庄煤矿首采范围上覆含气岩层瓦斯探查研究

任家庄煤矿在建井及首采煤层巷道掘进时,遇到瓦斯异常涌出现象,初步推断瓦斯来源为富含瓦斯气体的砂岩层,如何确定该含气砂岩层的分布规律及其对生产的影响程度成为该矿需要解决的首要问题。针对该矿地质特征及实际掘进情况,对含气砂岩层的探查方案进行了研究,对首采范围内的气体分布状态和含气砂岩层的分布进行了研究,获得了首采范围内风化带分布规律及上覆含气岩层的分布规律,并提出了针对性的治理建议。

石门揭穿突出煤层预留岩柱最小厚度的确定

针对目前石门揭穿突出煤层仅靠经验确定的情况,从岩石力学角度,采用快速拉格朗日数值计算方法,并对东山煤矿东二石门揭穿3#突出煤层时预留厚度分别为5、3、2、1 m的岩柱进行研究,研究结果直观形象地展现了石门掘进过程中不同预留岩柱承受的应力分布状态和塑性破坏程度,从而确定了合理的最小预留岩柱厚度。

回归分析法在预测瓦斯涌出量中的应用

介绍了回归分析法在预测矿井瓦斯涌出量中的应用,分别采用线性拟合和指数拟合建立了瓦斯涌出量与开采深度的近似函数关系,从而实现对未开采区瓦斯涌出量预测的目的,并针对拟合结果提出了在瓦斯涌出量预测中应注意的问题。