三轴循环荷载下砂岩损伤耗能比演化特征研究

为了研究循环载荷下岩石能量演化特征,引入耗能比η,开展砂岩不同围压下轴向循环加卸载试验,探究全应力-应变过程中η值演化特征,进而探讨岩石试样循环加卸载作用下损伤变形演化规律。试验结果表明:对应全应力-应变曲线的5个阶段,η值演化过程可划分为线性下降、稳定发展、缓慢增加、突然增加和平缓变化5个阶段,在η值整个演化过程呈现'勺'演化特征,该特征充分反映了试样变形演化过程中的能量转化关系及损伤演化程度;随着围压的增大,η值整体呈现减小趋势;同一应变水平下,不同围压下η值在线性下降阶段、稳定发展阶段差值逐渐减小,在缓慢增加阶段、突然增加阶段差值逐渐增大,在平缓变化阶段差值减小并趋于一个稳定值;分析循环加载下岩石材料参数演化特征,考虑围压作用及耗能比演化规律,建立岩石试样循环加卸载作用下的应力-应变演化理论公式,并进行了试验曲线拟合,验证了该理论公式的合理性。

浅埋综采面采空区遗煤CO产生规律实验研究

为探究浅埋综采面采空区遗煤氧化过程中的CO产生规律,本文以高家梁矿浅埋煤层为研究对象,与阳泉矿深埋煤层相对比,利用油浴升温氧化系统对高家梁矿不同煤层的综采工作面煤样和阳泉矿煤样进行了升温氧化实验。研究表明:高家梁矿浅埋深各煤样在低温40℃时消耗O2产生CO体积分数达到1×10^(-4);各煤样在氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生速率和放热强度随温度升高逐渐增加;高家梁矿浅埋深煤样产生了40℃和130℃两个临界温度,分别对应加速氧化反应起点和剧烈氧化反应起点,而阳泉矿深埋煤层煤样只有一个不明显临界温度,且相对滞后,达100℃~120℃;在相同煤温下,高家梁矿浅埋深各煤样CO产生量和产生速率、O2的消耗量和消耗速率均明显大于阳泉矿深埋煤层;高家梁矿浅埋深各煤层比阳泉矿煤层更早进入加速氧化阶段,且所需温度更低。可见,煤层埋藏越浅,升温氧化时煤的耗氧速率和CO产生速率越快,升温对浅埋深煤样的氧化放热促进作用更强。

考虑温度变化的采空区瓦斯抽采数值模拟

考虑采空区瓦斯抽采工作面漏风引起采空区遗煤氧化升温问题,基于Darcy渗流定律、Fick扩散定律和Fourier导热定律,利用质量守恒方程和能量守恒方程建立了考虑温度变化的采空区流场、瓦斯浓度场、氧浓度场、固体温度场和气体温度场的瓦斯抽采多场耦合数学模型;应用有限体积法分别离散了考虑温度变化下的采空区瓦斯抽采多场耦合二维数学模型,基于Microsoft Visual Basic编制了计算机解算程序,利用Tecplot软件对求解结果进行可视化,研究了瓦斯抽采前后的采空区瓦斯压力、瓦斯浓度、氧浓度、固体温度和气体温度分布情况及前后变化趋势。结果表明:瓦斯抽采前,采空区下隅角附近存在明显的气体高压区并且向四周逐渐降低,上隅角附近存在明显的气体低压区并且向四周逐渐升高;瓦斯浓度从下隅角向上隅角逐渐降低,采空区深处的瓦斯体积分数高于近工作面处,高达16.0%;采空区下隅角附近的氧气体积分数较高,达到7.0%,且氧气浓度由下隅角向上隅角逐渐降低;在采空区漏入风侧存在明显的固体和气体高温区,并且温度由此处向四周逐渐降低。瓦斯抽采后,在抽采点处形成气体低压区,气体压力在采空区深度方向变化趋势缓慢;采空区上隅角的瓦斯浓度大幅降低,而采空区深处的瓦斯受抽采的影响较小;采空区浅部(0-100 m)氧气浓度升高,采空区深部(100-300 m)氧气浓度基本保持不变;高温区依旧形成于采空区漏入风侧,但高温区的范围有所扩大,采空区内固体和气体温度最大值要比抽采前高2℃。

砚北煤矿特厚易自燃煤层邻近采空区瓦斯抽采与煤自燃耦合研究

砚北煤矿特厚易自燃煤层采用分层开采,在工作面推进过程中因周期来压造成工作面上隅角瓦斯瞬时超限,目前主要通过瓦斯抽采解决该问题,但邻近采空区抽采易引起采空区漏风,可能导致遗煤及下分层煤发生自燃。为分析采空区瓦斯抽采对遗煤自燃的影响及优化抽采参数,编制了瓦斯抽采、漏风、氧化升温耦合脚本文件,建立了邻近采空区瓦斯抽采耦合氧化升温数值计算模型,并利用该模型模拟了不同抽采条件下邻近采空区瓦斯浓度分布、温度分布及氧气浓度分布规律,综合考虑抽采效率和防止煤氧化自燃,研究结果表明:抽采钻孔高度35 m、抽采负压7 kPa时瓦斯抽采效果最佳。研究结果可为特厚易自燃煤层工作面上隅角瓦斯治理及邻近采空区瓦斯抽采设计提供技术参考。