微波辐射深井砂岩升温损伤特征与钻进效果对比研究

为了研究微波辐射深井砂岩升温损伤特征与钻进效果,采用恒源煤业标高-940 m回风辅助石门取芯的深井砂岩为研究对象,分析其深井砂岩在相同输入能量微波辐射后温度、质量、纵波波速及钻进实验后的机械钻平均转速、扭矩随不同路径处理下的变化规律。研究结果表明:在模拟试件单面辐射时,高功率短时间(1.4 kW,214 s)比低功率长时间(1.0 kW,300 s)微波辐射后质量变化、试件前侧后表面最高温度变化更大,且波速差值和损伤因子随试件表面温度升高而增大;微波辐射前后测量试件对应5个标记点位置处的纵波波速,发现波速差值和损伤因子较大的地方主要集中在试件表面升温最高的地方;在对比有无受限变形条件下钻进实验效果分析开展了A组微波未辐射、有受限变形(路径1),B组微波功率为1.0 kW、微波辐射时间为300 s、有受限变形(路径2),C组微波功率为1.0 kW、微波辐射时间为300 s、无受限变形(路径3),D组微波功率为1.4 kW、微波辐射时间为214 s、有受限变形(路径4)4种路径的处理方式,得到钻进效果从优到差的路径依次为:路径3>路径4>路径2>路径1;分析得到在相同输入能量有受限变形条件制约下,功率在1.4 kW微波辐射下钻进效率是功率在1.0 kW微波辐射下的1.3倍左右,而有受限变形条件制约下,微波辅助钻进法的效率是无微波辐射常规法的8.5倍左右,即有受限变形条件制约下机械钻进较为困难。研究成果为较弱吸波能力深井砂岩的损伤路径优化及低能耗高效率破岩提供了借鉴与参考。

铁元素含量及含水状态对砂岩微波辐射升温损伤的影响

为研究砂岩的铁元素含量与含水状态对微波辐射升温损伤的影响规律,开展了砂岩试件微波辐射对比试验,试验分为12组,包含3种铁元素含量和4种含水状态(干燥、自然、浸水24 h与饱和)。试验采用X射线荧光光谱测量(XRF)技术检测试件表面铁元素含量,通过实时红外热成像监测表面升温过程,运用对比方法分析辐射前后P波波速与抗拉强度的关联特征。试验结果表明:(1)干燥状态下,砂岩试件升温过程均呈前期缓慢、中期活跃、后期稳定的趋势;铁元素含量越高,升温速率峰值就越高(2.66,2.40,1.66℃/s)、也就越早达峰(70,100,110 s);(2)干燥、自然、浸水24 h状态下,升温速率峰值平均值分别为:2.26,3.34,3.24℃/s,达峰时间分别为:90,70,20 s;饱和状态下,升温速率峰值为1.3℃/s,达峰时间为80 s;(3)含水状态对砂岩结构损伤的影响最为显著,饱和状态砂岩辐射180 s的损伤大于其他含水状态辐射300 s的损伤;铁元素含量直接影响岩石表面温度分布的均匀程度,铁元素含量越高,岩石表面温差越大;(4)相较于干燥和自然含水状态,浸水24 h和饱和状态下砂岩辐射后巴西劈裂初始压密阶段占比增加,起裂模式由端部起裂向中心起裂转变。研究成果可为类似原生和再生状态下微波辅助破岩效果的研究提供借鉴与参考。

水对石英砂岩微波辐射升温损伤的影响规律研究

相较于钻爆法与机械破岩方法,微波辅助破岩因其具有选择性加热、效率高、可控性强等诸多优点,被认为是硬岩开掘的一种极具前景的新方法。为探寻水对较低吸波能力的石英砂岩微波辐射辅助破岩效果的影响,采用功率1.4k W微波对不同含水率石英砂岩辐射0~300s探究其升温、损伤与含水率之间的关系,通过波速表征的损伤因子D_(m)、微波辐射后表面温差F_(T)和巴西劈裂抗拉强度σ_(t)综合分析了其升温损伤影响规律。研究结果表明:微波辐射干燥状态下石英砂岩呈现前期快速升温、后期趋缓趋稳且温差先增加后减小的变化趋势;除了饱和水外,不同含水率试件辐射90s时升温速率由快趋缓且在吸水6h处(平均含水率1.88%)拉开差距;F_(T)、D_(m)及σ_(t)的变化幅度并不随浸水时长的升高而梯度变化,其中浸水4~6h(含水率1.69%~1.88%)为波速及其表征的损伤因子D_(m)出现下降与升高的“拐点”,前者平均降幅增加了5.18%,后者增加了0.092,σ_(t)下降了25.9%;岩石微波场内的升温损伤过程是水—岩耦合影响下的多尺度、多介质综合响应结果,特定的含水率(1.69%~1.88%)和辐射时长(90s以上)能够促进石英砂岩吸收微波后热应力梯度的产生,从而造成孔隙损伤、极限抗拉强度降低,使其更易破坏。分析结果可为类似条件下水对硬岩微波辐射升温损伤的研究分析提供可靠的借鉴。

大面长工作面初采期矿压显现规律研究——以袁店一井煤矿为例

为了减少遗留煤柱煤炭资源的损失,工作面面长的增加不仅解决了遗留煤柱多的问题,更减少了采煤作业工作面搬家倒面的次数,因而提高了煤炭开采率,减少成本投入.以安徽省淮北市濉溪县五沟镇袁店一井煤矿为工程为例,通过现场观测和理论计算,研究了3221工作面初采期间的矿压显现规律.研究成果可为工程背景相近的矿井提供借鉴与参考,确保矿井安全高效的生产.