南桐矿区破坏煤发育特征及其影响因素

破坏煤是煤和瓦斯突出的必要条件之一，研究破坏煤具有重要意义。本文以南桐矿区大量井下煤壁、手标本和显微镜观测为依据，提出了新的破坏煤宏观和微观分类，并指出了二者的对应关系；查明了煤层破坏程度的横向和纵向变化规律及其影响因素。

南桐矿区构造对破坏煤发育的控制

在详细研究南桐矿区破坏煤发育规律的基础上，论述了矿区构造对破坏煤发育的控制。具体表现在以下几个方面：（１）构造应力是造成煤层破坏的直接因素；（２） 破坏煤是构造运动过程中压剪变形的产物，是构造演化过程中逐渐形成的；（３） 煤层厚度、煤层在煤系剖面中的位置、煤层倾角和断裂发育情况控制了破坏煤的横向和纵向变化，其它因素的影响居次要地位。

韩城矿区北区破坏煤特征及影响因素分析

本文以陕西韩城矿区北区钻孔和井下大量的实际观测资料为依据，提出了破坏煤分类的方案。在此基础上，总结了该区破坏煤的发育和分布规律，探讨了影响该区破坏煤发育的主要地质因素。

冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析

为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。

基于HHT法的煤冲击破坏SHPB测试信号去噪

针对分离式霍普金森杆(SHPB)测试信号的高噪声、持时短、突变快等特点,利用希尔伯特-黄变换(HHT)分析技术对煤冲击破坏的测试信号进行去噪处理。用经验模式分解法(EMD)分解实测的煤冲击破坏SHPB测试信号,可以得到各固有模态函数(IMF)分量及其频谱和各IMF分量的能量百分比,从而利用低通滤波将原始信号中的高频噪声有效的分离出去。利用快速傅里叶变换(FFT)频谱和Morlet小波时频谱对比分析去噪前后信号的特征,定性的说明HHT法可以用于煤冲击破坏SHPB信号的去噪处理。通过计算去噪后信号的信噪比和能量百分比,定量的说明HHT法充分保留了煤冲击破坏SHPB信号本身的瞬态非平稳特征,去噪效果显著,方法简捷,结果可靠。

复杂结构薄煤层工作面煤壁破坏规律及应用

含结核及夹矸薄煤层综采设备研制及开采工艺设计需依据矿山压力规律。采用理论分析、数值模拟、井下实测等方法，研究了薄煤层支承压力与煤壁破坏规律、支架阻力与煤壁破坏的关系，提出了利用矿山压力作用的合理截深与支护强度。研究表明：薄煤层工作面煤壁非弹性区宽度小，支承压力峰值位置距煤壁近，煤壁破坏深度仅0．5-0．6m；深度0．6m处的煤体抗压入强度是0．2m处1．5倍；利用矿山压力降低截割难度的小截深为0．4～0．6m；支架阻力对煤壁破坏深度有明显影响，利用矿山压力破煤的合理工作阻力为2600kN。通过应用实现了结核及夹矸的有效截割或剥落。

急倾斜煤层伪俯斜走向长壁工作面煤壁破坏机理

急倾斜煤层走向长壁工作面煤壁和底板容易发生破坏,严重影响工作面的正常推进。通过理论建模、底摩擦实验、数值计算等方法,研究了煤层顶板破断与冒落矸石滑动特征,揭示了不同煤层赋存和开采条件下煤壁破坏机理,并提出了防治煤壁破坏与底板滑移的具体措施。研究发现:急倾斜煤层走向长壁工作面顶板冒落的矸石会对采空区形成不同程度的充填,自下而上依次为"密实充填段"、"不均匀充填段"、"非充填段"3段,而工作面中上部区域由于充填不充分,动压现象明显,容易造成严重的煤壁片帮和底板滑移现象,支架的工况随之也会变差,成为整个工作面围岩稳定性最脆弱的区域,严重影响到工作面的安全高效生产,是采场围岩控制的重点区域;工作面底板稳定性显著影响煤壁的稳定性,实际生产中发现,在煤层赋存和开采条件不同时,煤壁破坏一般会呈现出"塑性-流动"、"挤出-滑移"、"剪切-滑移"3种破坏模式;工作面采用伪俯斜布置不仅可以显著提高煤壁和底板的稳定性,也可以有效阻止液压支架倾倒和下滑,还可以避免工作面飞矸发生,配合整体推刮板输送机和"柔性加固煤壁"等技术可以实现急倾斜煤层走向长壁工作面安全高效开采,有效解决急倾斜煤层机械化开采所面临的一系列岩层控制难题。

煤冲击破坏过程中的近距离瞬变磁场变化特征研究

通过分离式霍普金森杆动载实验装置和ZDKT-1型瞬变磁振测试系统,研究冲击速度为4.174～17.652 m/s条件下的煤冲击破坏过程中动力学特性和瞬变磁场变化特征。分别采用一维应力波理论和希尔伯特-黄变换对煤冲击过程中的应变信号和瞬变磁场变化信号进行分析研究。研究结果表明:(1)在一定应变率范围内随着应变率的增加,煤材料的动态响应由硬化向软化过渡;(2)煤动载冲击破坏过程中距离煤样4 cm处的区域内磁场发生明显变化,通过整体经验模式分解(EEMD)法分析发现,其持续时间小于2 s,频率为0～40 Hz;(3)煤冲击破坏过程中瞬变磁场变化信号曲线表现为直线上升,指数下降,末尾小幅振荡的特征;(4)煤的冲击破坏过程中瞬变磁场变化信号幅值,随着冲击速度、平均应变率、最大应变率、断裂应力极限值的增大均出现增大趋势,随着破坏应变的增加而减小,但实验数据的离散性较大。

基于利兹法的煤壁破坏机理分析及三维相似模拟试验研究

针对严重影响大采高工作面生产和安全的煤壁片帮问题,提出了采用能量原理中基于位移变分原理的利兹法分析煤壁破坏机理,并利用煤壁稳定性三维相似模拟实验平台研究"顶板-支架-煤壁"系统的协调变形规律。结果表明:基于利兹法的煤壁破坏机理模拟出了煤壁上部片帮、上下部同时片帮、整体片帮3种现场常见的煤壁片帮形态,煤壁稳定性的重要影响因素确定为煤体黏聚力、煤壁集中力、煤壁弯矩、顶板载荷等;在煤壁集中力和煤壁弯矩的作用下,顶板下沉近似呈直线增长,顶板下沉速率和煤壁水平变形速率大,煤壁在短时间内发生整体片帮,并具有突发性;在支架的支护作用下,顶板呈现阶梯式下沉规律,顶板下沉速率和煤壁水平变形速率显著减小,煤壁表面仅出现局部破碎,煤壁在较长时间内保持了一定的稳定性。

煤受载破坏声电信号波形持续时间特征研究

为探究煤样受载破坏时声电信号持续时长规律,对不同加载速率下煤样单轴加载破坏过程声电信号进行了全波形同步采集,对比分析了煤样破坏过程声电信号时序特征及完全破坏阶段的声发射与电磁辐射的波形特征与持续时长。结果表明:煤样单轴加载破坏过程,声电信号响应有较好的协同性,加载速率越大,主破坏时产生的声电信号更为密集且强度更高;声电信号随加载具有阶段性变化特征,压密与弹性阶段无明显声电信号,加速破坏阶段声电信号逐渐丰富且幅值升高,完全破坏阶段声电信号幅值在主破坏发生时达到最大,并在峰后同步衰减;不同加载速率下煤样主破裂时声电信号持续时长在毫秒级,声发射持续时长明显大于电磁辐射,约为其2-3倍,随加载速率增大,二者持续时长均明显增加,且倍数随加载速率增加而增大。

大采高工作面支架刚度对煤壁稳定性的影响效应研究

大采高开采技术是我国厚煤层开采的主要技术选择之一,大采高工作面一次割煤高度增大,煤壁稳定性降低,煤壁破坏成为制约该类工作面生产潜能释放的关键因素。为提高大采高工作面围岩稳定性,实现厚煤层高效开采,采用理论分析、室内试验和现场实测等综合手段分析了支架刚度对煤壁稳定性的影响。结果表明:大采高工作面存在3种常见煤壁破坏形式:硬煤劈裂式、中硬煤剪切式和软煤塑性流动式;定义煤壁稳定性系数为煤壁极限承载能力与作用在煤壁之上的顶板载荷之差同顶板载荷之比,得到顶板载荷对稳定性系数分布特征的影响;建立顶板冲击力学模型,基于能量原理,提出了作用于煤壁之上的顶板载荷确定方法;分析了支架刚度对煤壁稳定性系数的影响,随着支架刚度的增加,作用于煤壁之上的顶板载荷降低,煤壁稳定性升高,顶板载荷及煤壁稳定性对支架刚度的敏感性逐渐降低;开展不同支架刚度条件下煤壁稳定性相似模拟试验,支架刚度为1.0、1.5、2.0 MN/m的条件下,煤壁极限承载能力分别为17、19、20 kN,煤壁的最大横向变形量分别为40、30、25 mm,煤壁破坏面积分别为0.41、0.32、0.21 m^(2),试验数据验证了理论分析结果的正确性;最后将提高支架刚度措施应用于乌兰木伦31402大采高工作面,煤壁稳定性得到有效控制。

薄煤层含硬夹矸综采工作面煤壁破坏规律研究

通过对支承压力分布规律的理论研究,结合北宿煤矿薄煤层含硬夹矸的地质条件,运用数值模拟和现场实测的方法,确定出17煤层工作面煤壁破坏区范围不超过0.7m,破坏较严重的区域范围不超过0.4～0.6m,对降低剥离硬夹矸的难度和采煤机截深具有参考作用,同时为类似地质条件下的薄煤层含硬夹矸机械化开采具有一定的指导意义。

分析特殊地质条件下大倾角综采工作面煤壁破坏机理

结合实际案例对大倾角综采工作满煤壁破坏的产生原因,进行详细分析和阐述,并在了解现场地质条件下,从不同角度探究影响煤壁稳定性的因素,希望对从业人员相关工作的开展有所帮助,提高综采工作的安全性.

浅埋深厚煤层回风巷煤帮变形破坏分析及支护建议

补连塔煤矿22煤3盘区埋深210-270 m,煤层较厚,22305工作面为7 m大采高工作面,该工作面采过后,22306回风巷煤帮围岩变形破坏严重,发生片帮、锚杆、锚索破断等现象。针对该地质条件,利用FLAC3D软件进行了数值模拟计算,分析了受采动影响后煤帮围岩的变形破坏规律,提出了煤帮支护建议。

强烈地质构造煤瓦斯解吸规律的试验研究

为了解决推算强烈破坏煤取样过程中瓦斯损失量的问题,建立了一套具有脱气、充气、恒温和解吸测量功能的试验装置,模拟测试了强烈构造煤瓦斯解吸过程,根据模拟测定的解吸数据,构建了强烈破坏煤瓦斯解吸规律公式,确定了运用新建公式推算强烈破坏煤损失量时,煤样暴露时间应控制在3 m in以内,此时的推算损失量误差小于10%。

破碎煤岩峰后渗流-蠕变实验

为探究煤岩体峰前峰后的渗流蠕变规律,设计了基于自主研发三轴渗流蠕变测试仪的渗流蠕变实验.通过采用控制变量法分别递增围压、轴压、孔压,拟合曲线得出了随着围压、轴压、孔压的分别递增情况下的煤岩体峰前及峰后渗流蠕变规律.实验结果表明:煤岩体未破碎之前,渗流量与孔压成正比、与围压成反比,且随着裂隙的增多,渗流量也会逐渐增大;煤岩体蠕变速率随着轴压的增大而增大;峰后煤岩的裂隙会在轴压和水流作用下先扩张后压密,轴向变形和横向变形的速率急速增长,轴压随着松弛不断降低后趋于平缓,渗流量随着裂隙的变化先增大后减少,围压在横向变形作用下不断上升.

液态CO_2溶浸作用下煤体孔隙结构损伤特性研究

为分析液态CO_2作用后煤体的孔隙结构变化,开展了3种不同变质程度煤样的液态CO_2溶浸实验,采用压汞法测试了煤样溶浸前后的孔容分布,分析了低温液态CO_2溶浸作用下煤体的损伤特性。结果表明:液态CO_2溶浸煤体后大孔孔容增加,中、小、微孔孔容减小,溶浸过程中存在微孔→小孔→中孔→大孔的转化;液态CO_2溶浸过程主要为温度应力对煤体的损伤作用,损伤后总孔容降低,这是由于煤体孔隙破坏后形成宏观裂隙网络,损伤效应包括原生孔隙转化及新孔隙生成;低温作用下形成煤体基质收缩应力及水结冰膨胀挤压应力,形成拉伸、剪切、挤压等综合破坏及孔隙扩容作用,进一步增加了煤体的渗透性。

煤壁柔性加固工艺参数优化试验研究

近年来,工作面煤壁柔性加固技术的提出丰富了煤壁破坏防治技术理论。为了进一步揭示煤壁柔性加固技术中柔性棕绳的作用机制,明确浆液和柔性棕绳的耦合关系,降低柔性加固技术的技术成本和应用难度,通过物理实验、理论分析、设备开发、工程应用等研究手段,优化了煤壁柔性加固工艺。通过三维相似模拟实验,对比研究了煤壁无加固、煤壁注浆加固和煤壁柔性加固条件下煤壁的破坏特征,从宏观上揭示了煤壁柔性加固机理和柔性棕绳作用机制;将钻孔直径与柔性棕绳直径的比值定义为孔径比,通过“柔性棕绳、浆液、煤体”拉拔试验,研究了孔径比、浆液类型对柔性加固效果的影响,从而确定了浆液和柔性棕绳的数量耦合关系,开发了低成本的柔性加固注浆材料;通过设备开发,研制了半环形注浆管。研究表明:煤壁采用柔性加固可有效提高煤体的整体性并减小煤壁破坏深度;当孔径比介于1.6~1.9时,煤壁柔性加固效果最佳,且越接近1.9,柔性加固效果越好;采用“超细水泥、矿粉、水玻璃”混合材料作为柔性加固注浆材料,矿粉添加量不超过30%,水玻璃的添加量不超过10%,可降低柔性加固技术应用成本;研制的半环形注浆管可有效减小所需钻孔直径,降低技术应用难度;最后通过在瑞隆煤矿仰斜开采工作面应用煤壁柔性加固技术,有效的缓解了煤壁破坏的发生,提高了煤壁的稳定性。本文通过一系列实验研究,系统的优化了煤壁柔性加固工艺,为煤壁柔性加固技术的科学应用提供了借鉴。

煤与瓦斯突出危险性的灰色综合评价

为了降低煤与瓦斯突出事故的危险性问题,采用灰色综合评价的方法,对煤矿井下不同地点的突出危险性进行了综合评价.结果表明:瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数和煤的破坏类型可以作为反映煤与瓦斯突出危险的主要指标.依据灰色综合评价的方法,对煤矿井下不同地点的煤与瓦斯突出的危险性进行了排序.该成果对煤矿井下突出事故的防治提供了方向,对于提高煤矿的安全管理水平,预测和防治煤与瓦斯突出事故的发生具有一定的参考价值和指导意义.

锚杆支护下分层回采巷道煤帮稳定性研究

利用有限元法对上分层回采巷道开挖、上分层回采及下分层回采巷道开挖进行了模拟。通过计算结果分析,得出了内错式下分层回采巷道煤壁破坏过程、两帮位移特征及帮锚杆支护机理。现场应用表明,锚杆支护能够使下分层回采巷道两帮保持稳定。