基于物理相似模拟实验的覆岩采动裂隙演化规律研究

覆岩采动裂隙演化规律及其形态特征与卸压瓦斯抽采密切相关。运用自主设计的固气耦合相似模拟实验系统,通过模拟实验分析得到采动裂隙随着工作面的推进经历了产生、发展和闭合过程,其分布曲线呈马鞍状。结合采动裂隙演化规律及分布形态,分析了采动裂隙场的演化特征,其发育高度受主关键层影响明显,进一步明确了卸压瓦斯在裂隙发育各阶段发生运移和汇集的区域范围,为现场布置瓦斯抽采钻孔参数提供了设计依据。

大型三维物理相似模拟实验多通道数据采集技术及应用

煤与瓦斯物理相似模拟实验受限于其内部采样点的布置数量,使得实验数据与真实现场相比存在样本点稀疏的问题。研究大型三维物理相似模拟实验多通道数据采集技术,实现大量采集点数据同步高精度采集对物理相似模拟实验具有重要意义。针对该问题,文中基于分布式时钟通讯结构实时获取各个采集板卡数据,实现了多板卡数据交换的时间同步要求,为物理相似模拟实验提供了全面、可靠的监测数据。利用SQL数据库构建数据汇总中心,通过挂载的方式将存储、采集、显示3个单元并行相连,实现了多系统之间的数据同步交换问题。最终以山西某矿为模拟对象,开展物理相似模拟实验。通过本系统的应用,实现了多种开采条件下的物理相似模拟实验,获得了开采过程中的覆岩应力变化分布图与采场各个区域瓦斯浓度变化情况。研究成果将为实现瓦斯精准抽采,解决瓦斯灾害事故防治问题奠定理论与实践基础。

大型物理三维模拟实验中传感器布置优化方法研究

针对煤与瓦斯安全共采大型物理三维模拟实验中传感器布置问题,通过数值模拟、理论分析找寻瓦斯运移及压应力变化关键信息点,优化传感器布置参数,提高模拟实验相似性与采集效率;首先通过数值模拟建立瓦斯及压应力分布图谱,通过分析该分布规律中变化关键点信息;再次根据该位置点信息建立分时段、选择性数据采集方案,自主设计分布式通讯采集板卡,实现了单位时间下动态区域数据采集系统,降低了单位时间下数据采集量;最终通过差值算法对采样数据进行处理,获得了不同风速对瓦斯运移影响,并对开采至60 m处瓦斯富集区域进行了推断,与此同时,建立了沿煤层走向各个阶段下垂直应力分布图谱。通过将数据与微震监测结果进行比较,其结果互相吻合。

煤层开采“固-气”耦合相似材料特性分析

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的“固-气”耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂,并对这种原材料组合在不同配比条件下制作试件的力学及渗透性影响因素开展试验研究,以此为依据开展“固-气”耦合物理相似模拟试验,揭示不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律。结果表明:最终确定的材料配比组合能够满足岩石力学性能的要求,较原始固相相似模拟材料及“固-气”耦合相似材料PSO(Paraffin石蜡,Sand砂子,Oil油),其渗透速度平均分别下降91.61%及68.29%;通过对新型材料制作出的试件开展力学及渗透特性影响因素试验并进行非线性回归拟合,得出相应变化趋势的拟合方程,同时得到不同淀粉含量对试件抗压强度及渗透性影响趋势的拟合方程。开展二维煤层开采物理相似模拟试验,得到采动覆岩裂隙演化及不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律,为进一步开展煤与瓦斯共采多场耦合物理相似模拟试验提供理论依据。

覆岩导水裂隙带高度的研究方法

在煤矿开采过程中,确定上覆岩层导水裂隙带高度是水体下采煤的工作重点。就目前技术发展而言,实践证明没有哪种单一手段能准确确定其高度。经过长期的总结,只能多个方法联合应用才能判断出上覆岩层导水裂隙带高度,使用的方法有相似材料物理模拟实验法、计算机数值模拟、经验公式计算法、现场实测等。