受载煤体微电流效应及煤岩动力灾害预警应用展望

利用建立的受载煤体微电流测试系统,开展不同加载条件下煤样微电流测试试验,研究揭示煤体受载变形微电流效应,分析煤体受载变形过程微电流响应特征,研究微电流与煤体力学行为间的定量关系,提出微电流法预测煤岩动力灾害的原理,结合现场实践结果,对微电流技术的应用前景进行展望。结果表明,煤体受载变形能够产生微电流,微电流变化与应力变化具有较好的一致性,微电流与煤体力学行为(应力、应变、应变率等)紧密相关,在压密阶段和塑性变形阶段,微电流随应变率增加而增加,在弹性变形阶段随应力和应变线性增加;煤体在扰动载荷下能够产生随应力周期性变化的微电流,即脉动直流电,其变化与应力变化一致。微电流对煤体破坏具有较好的前兆响应,微电流在加速增加过程(塑性变形阶段)中的异常波动可作为煤体渐进性破坏的前兆特征,微电流在衰减过程中的脉冲式波动可作为煤体蠕变破坏的前兆特征。煤体受载微电流效应及现场应力梯度的存在,是矿井微电流测试的重要基础;微电流与煤体力学行为间的紧密相关性,是利用微电流技术观测煤岩体应力的重要前提;微电流对煤体破坏具有明显的前兆响应,是利用微电流技术预测预报煤岩动力灾害的重要保障。微电流技术具有响应灵敏度高、前兆信息明显和抗干扰能力强的优点,在煤岩体应力观测及煤岩动力灾害预警中具有很好的应用前景。未来需进一步开展受载煤岩微电流基础理论及应用技术方面的研究,为发展煤岩动力灾害精准时空监测预警的微电流法提供支撑。

静态破碎剂性能分析及致裂效果实验研究

为解决现有煤矿井工开采过程中预裂爆破安全性低、适用性差以及水压致裂条件苛刻,破岩效果弱的问题,提出静态致裂的方法,通过研究不同影响条件下静态破碎剂的反应状态和致裂效果,对不同拌合水温、水灰比条件下的静态破碎剂反应温度、反应时间、反应体积变化、岩样致裂效果、应力变化进行了研究。结果表明:水灰比一定,静态破碎剂完全反应时间随拌合水温升高而降低,但最终反应完全后温度不变;相同拌合水温条件下,水灰比越小,静态破碎剂反应时间越短,反应速率越快;水灰比越小,混凝土试件开裂时间越短,水灰比越大,开裂时间越长,开裂效果与裂缝位置有关,块体应变呈现先增后减的趋势。

液态CO_(2)-水循环作用下煤体的物理改性规律及增润减尘效应

煤层注水是预防煤矿粉尘危害的主动性、治本性措施,也是防治瓦斯突出、冲击地压等灾害的重要手段之一。但我国大量煤层具有高地应力、低孔隙率、低渗透性的特点,传统方法和技术面临水注入难、注水周期长、煤体假性润湿等瓶颈。为此,利用液态CO_(2)具有的低温冷冻、高渗透性、相变自增压、酸化解堵等优异特性,提出液态CO_(2)-水循环作用致裂增润煤体的新思路,研制了液态CO_(2)循环冷浸试验系统,联合低场核磁共振仪研究了液态CO_(2)-水循环作用对煤孔隙结构的影响规律,联用电液伺服压力实验机探究了循环作用对煤体力学特性的改变机理,运用截齿破碎煤岩产尘试验系统研究了循环作用后煤体破碎过程的产尘特性。结果表明:液态CO_(2)-水循环作用使煤体有效孔隙度(φ_(NF))增加,增幅与循环作用次数呈正相关,煤体内部束缚流体变少,自由流体增多,T2截止值(T_(2cutoff))随之降低,结合分形理论发现基于渗流孔隙的分形维数Ds具有明显的分形特征,煤体原生孔隙经历了“扩容”的过程,微裂隙与原始裂隙形成贯通,循环作用增强了有效渗流通道连通性,优化了煤的孔隙网络与渗流条件。随着循环次数的增加,煤的最大应力σ_(c)呈指数衰减至4.93 MPa,应变ε_(c)线性增加至2.29×10^(-2),煤的抗压强度减弱,变形能力增加,循环作用改变了煤基质间联结状态,产生的冻胀力对煤体施加挤压作用加剧了裂隙的扩展,脆性指数B5最大降幅为34.71%,显著减弱了煤体脆性,具有了更好的抗动载荷或冲击能力;煤体对外加能量的存储能力弱化,改变了煤在截割过程中的破坏形式,试验条件下煤体破碎过程全尘产尘率降低了74%,呼吸性粉尘占比下降至2%,大幅减弱了粉尘危害性。

中国煤矿瓦斯突出灾害治理的若干思考及展望

近年来随着开采深度的增大,我国突出矿井数量不断增加,瓦斯突出灾害治理难度提升,突出事故时有发生.针对我国煤矿瓦斯突出灾害高效治理的迫切需求,促进瓦斯突出治理技术的快速发展及推广应用,从我国瓦斯突出灾害严重性、赋存复杂性、治理问题及思考、未来对策4个方面开展研究.通过对近年发生的瓦斯突出事故及深部开采面临的复合灾害问题进行分析,阐明了我国瓦斯突出灾害的严重性,瓦斯突出治理存在风险大、辨识难、预警难、治理难等问题;通过对我国不同尺度区域(全国、矿区、煤矿)内复杂地质构造对瓦斯赋存的影响进行分析,揭示了我国瓦斯赋存区域差异大、深部与浅部变化快等复杂成因;针对上述背景,从瓦斯突出治理技术适应性、科学性、系统性、协同性和先进性5个方面进行分析,总结了瓦斯突出治理技术应用过程中存在的若干问题及相关对策;提出了“监测预警-高效增透-智能抽采”的瓦斯突出治理技术未来对策,助力瓦斯突出治理技术未来的发展.

低透难抽煤层等离子体致裂增透机制及研究进展

瓦斯抽采是实现灾害防治与瓦斯资源化利用的根本措施,但我国大多数煤层渗透率低、瓦斯吸附性强、抽采难.以物理放电为基础的等离子体技术,以其快速可控、洁净增渗等特性,在煤层增透领域受到高度关注,对提高瓦斯抽采效率与防治瓦斯灾害具有重要应用价值,但其增透机制尚不明确.本文在多年研究工作的基础上,从电破碎的角度出发,回顾了等离子体致裂低渗煤体的发展历程,并从等离子体对煤体微观官能团结构、孔隙结构以及宏观裂隙结构等多个角度出发,深入分析了等离子体击穿煤体的基础理论,并总结了等离子体对煤体内瓦斯的解吸及渗流的影响规律及其主要影响因素,结合笔者所在研究团队多年来的研究工作及国内外最新研究进展,指出了当前等离子体技术在低渗煤层应用中亟待解决的瓶颈问题和方向,并提出了等离子体技术结合其他增透技术联合使用的新思路,在面向深地瓦斯资源开发与灾害防治方面具有重要科学意义.