近距离“三软”薄煤层群回采巷道围岩控制

为了研究近距离"三软"薄煤层群走向长壁回采巷道的破坏机理,在结合前期现场调查分析、架棚支护研究、室内岩石力学参数测定的基础上,利用有限差分法对四川省南部某煤矿的近距离"三软"薄煤层群回采巷道的破坏原因进行了数值模拟分析.研究结果表明,在近距离"三软"薄煤层群开采时,围岩应力变化特征较复杂,上层煤开采对下层煤产生了多重扰动,下层煤开采也对上层煤沿空留巷带来不利影响,使回采巷道处于应力集中区或应力降低区,并进一步加剧巷道围岩的应力集中程度,导致"三软"条件下的大部分回采巷道支护困难.此时,在保证支护体系整体性的前提下,支护设计应考虑"定荷载"的围岩控制特征.

割缝后煤层瓦斯的流-固耦合模型及应用

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达标时间的最大相对误差为5.8%,验证了流-固耦合模型的工程适用性;高压水射流割缝优化钻孔布置后,煤巷条带的预抽钻孔数量减少了27.3%、预抽达标时间缩短了69.6%,煤巷月平均掘进进尺提高了1.6倍.

高压水射流割缝钻孔抽采影响半径研究

钻孔抽采影响半径是确定钻孔布置的基础参数,但关于高压水射流割缝缝槽形态及缝槽形态与钻孔抽采影响半径的影响关系目前尚无系统研究。根据缝槽形态实验结果将缝槽形态简化为圆盘,基于淹没射流结构理论分析缝槽圆盘尺寸,采用COMSOL软件研究不同条件煤层的割缝钻孔抽采影响半径,并进行现场测试试验。结果表明:割缝钻孔抽采影响半径与缝槽圆盘、渗透率、抽采时间、瓦斯压力等因素均呈幂函数关系,因素影响显著程度依次为渗透率、抽采时间、瓦斯压力、缝槽圆盘;高压水射流割缝缝槽体积与理论分析确定的缝槽圆盘体积的相对差值为8.33%,在抽采时间130 d时的实测钻孔抽采影响半径与数值模拟的相对差值为6.20%。

基于透反射光谱确定Te/TeO_2-SiO_2复合薄膜的光学常数

基于电化学诱导sol-gel方法制备Te/TeO2-SiO2复合薄膜的紫外-近红外投射光谱实验,采用透反射光谱测量法推导出Te/TeO2-SiO2复合薄膜在200-1100nm 波长范围内的光学常数,包括光学透过率、反射率、线性吸收系数、消光系数、线性折射率及禁带宽度. 研究发现,复合薄膜具有高折射率（1.93-2.03）,测试波长为1064nm,低吸收和禁带宽度宽（3.07-3.40eV）等光学特性,同时薄膜的光学常数对制备过程中的重要参数制备电压表现出强烈的依赖性,制备电压越大薄膜的光学透过率降低,薄膜厚度增大,线性折射率增大.

碲基复合薄膜在纳米尺度下的电学特性研究

分别采用AFM和原子力/扫描探针显微镜(AFM/SPM)在纳米尺度下对碲基复合(Te/TeO2-SiO2)薄膜的表面电势、电容梯度等电学特性进行测量。测试结果表明控制电压为-0.8V,反应时间为200s条件下制备的碲基复合薄膜的表面电势差达到700mV,相对介电常数小于以硅为主要成分的衬底相对介电常数。利用光谱分析,碲基复合薄膜的禁带宽度约为3.14eV。

磨料射流联合机械齿提高硬岩钻进效率研究

针对煤矿中穿硬质岩层钻孔预抽瓦斯时钻进困难这一问题,在理论分析孔底"凸台"的形成是导致传统旋转钻头钻进困难主要原因基础上,提出了磨料射流联合机械齿钻进硬岩新方法,即利用磨料射流强大的冲蚀能力,预先消除"凸台",形成先导孔,进而改变传统旋转钻头钻岩机理,达到提高硬岩钻进效率目的。利用断裂力学理论与能量守恒原理揭示了磨料射流联合机械齿提高硬岩钻进效率机理。设计发明了一种破碎硬岩钻头,总成了一套联合钻进硬岩实验系统,并完成了一系列新技术与现有技术的对比实验研究。结果表明,相同条件下,钻头钻进效率较现有技术条件提高63%,承受轴向力与扭矩分别下降约15%和20%,钻头磨损明显减轻。

湿度应力场作用下煤矿穿膨胀岩钻孔缩径规律研究

针对煤矿穿膨胀岩钻孔遇水缩径问题,本文基于湿度应力场理论,借助有限元分析程序,通过引入湿度修正系数ψ(w),推导出了综合考虑围岩遇水软化和膨胀特性的钻孔孔壁位移修正解析解。并结合数值模拟软件ANSYS和相似模型实验,研究和分析了湿度场和地应力场对钻孔缩径变形的影响。结果表明,随着钻孔围岩含水率的增加,钻孔孔壁位移呈非线性递增,钻孔孔壁呈两端粗中间细的"哑铃形",钻孔中部为孔壁最大径向位移处;含水率变化引起的岩性软化对钻孔缩径影响显著;随着地应力的增大,钻孔孔壁位移呈线性增加,增幅较小;湿度场和地应力场对煤矿穿膨胀岩钻孔缩径都产生不可忽视的影响,就影响程度来看,湿度场影响最大,地应力场次之。

超高压水射流破岩过程中的应力波效应分析

选取200,220和260MPa射流压力和3种岩样,实验研究非淹没条件下破岩效果的宏观规律.针对岩石在超高压水射流作用下的破碎特性,建立球面应力波在岩石介质中传播的波动方程.运用拉格朗日方法描述岩石质点的位移场和速度场.利用Matlab对波动方程进行计算求解,分析超高压水射流冲击下岩石破裂时序演化过程,建立岩石宏观断裂规律与微观破坏机制间的联系.研究表明:超高压水射流作用下岩石的破坏主要表现为拉伸破坏;岩石受力在应力波效应下呈现两种状态,即先拉伸后压缩应力状态与压缩应力状态;理论计算分析与实验结果基本吻合,表明利用该方法分析超高压水射流破岩机理是可行的.

大同矿区坚硬顶板破断步距及变形规律研究

以大同矿区某工作面坚硬顶板为研究对象,针对其难以垮落并伴有大小来压的现象,采用岩层控制关键层理论、Vlasov厚板理论及薄板理论,求得了近距离厚度差异较大坚硬岩层的破断步距,解释该工作面岩层垮落大小来压现象;通过3DEC数值模拟软件验证了理论计算结果,并得到煤壁支承压力峰值、覆岩裂隙随坚硬直接顶变形挠度的变化规律。结果表明:该工作面上层较厚坚硬顶板断裂步距大致为下层较薄坚硬顶板断裂步距的2倍,易形成大小来压;且坚硬直接顶变形所对应的支承压力峰值变化与裂隙分形维数变化具有阶段性,前者呈现出"前快,中慢,后稳"趋势,后者呈现出"前慢,后快"趋势,并且在坚硬直接顶每次破断时,裂隙分形维数的增加具有突变性。