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深井煤岩动力灾害的连续卸压开采防治机理
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作者 张庆贺 袁亮 +2 位作者 杨科 段昌瑞 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期80-86,102共8页
深井煤岩动力灾害的防治理论与技术一直是煤矿安全开采领域的重要研究方向之一,但一直没有取得重大突破。基于目前我国煤矿深部开采面临的煤与瓦斯突出、冲击地压、巷道围岩大变形、承压水开采等重大灾害现状,聚焦煤与瓦斯突出以及冲击... 深井煤岩动力灾害的防治理论与技术一直是煤矿安全开采领域的重要研究方向之一,但一直没有取得重大突破。基于目前我国煤矿深部开采面临的煤与瓦斯突出、冲击地压、巷道围岩大变形、承压水开采等重大灾害现状,聚焦煤与瓦斯突出以及冲击地压,借鉴煤与瓦斯共采的卸压开采机理,提出了卸压开采防治煤与瓦斯突出以及冲击地压的机制。展望了深部动力灾害控制的研究方向,认为现场试验、物理模拟、数值模拟和虚拟现实相结合的系统研究是研究深部动力灾害控制的有效手段和途径。 展开更多
关键词 采矿工程 深井 煤岩动力灾害 连续卸压 治理
岩石循环加卸载作用下能量的演化规律
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作者 詹可亮 刘之喜 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2019年第3期49-52,共4页
基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了... 基于循环加卸载试验,使用数据处理软件计算得出滞回环的面积,对滞回环与循环次数的相关性进行分析,得到了关于循环次数与滞回环的拟合公式。利用拟合公式计算得到了第1次加卸载的耗散能,进而对耗散能、弹性能、塑性能之间的关系进行了分析和研究。结果表明:随着循环次数的增加,滞回环位置逐渐右移,考虑为第1次加卸载产生耗散能后,岩石的弹性能、耗散能随着循环次数的增多逐渐递增;岩石的强度呈随机分布,故塑性能随循环次数增多并无固定变化趋势;随着循环次数的增多,卸载后可恢复的裂隙之间的摩擦力逐渐减小,其弹性应变需要的能量也随之减小。 展开更多
关键词 分等级加卸载 滞回环 弹性能 耗散能 塑性能 岩石加载
地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯数值试验与应用 被引量:1
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作者 袁亮 刘业娇 +4 位作者 田志超 唐春安 段昌瑞 张寒 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期370-378,共9页
为解决塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯低含量、高涌出的问题,同时为了弥补大型物理实验和现场试验成本高、操作难的缺点,根据该矿8101工作面所属区域煤层的地质和瓦斯赋存条件,确定了数值试验方案,对地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯的效果... 为解决塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯低含量、高涌出的问题,同时为了弥补大型物理实验和现场试验成本高、操作难的缺点,根据该矿8101工作面所属区域煤层的地质和瓦斯赋存条件,确定了数值试验方案,对地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯的效果进行优化分析。基于煤岩(体)的孔隙特征,构建了含瓦斯煤岩(体)破裂过程气-固耦合和渗透率-损伤耦合数学本构模型。采用RFPA2D瓦斯分析版软件建立地面钻孔抽放瓦斯的数值计算模型,设置有关简化条件、边界条件和物性参数,通过数值试验得出:地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部比较合理;在综合考虑地面垂直钻孔投入成本和瓦斯抽采效果的基础上,确定地面垂直钻孔间距为50~60 m比较合理。同时,由8101工作面地面垂直钻孔抽采煤层瓦斯的实际应用效果分析可知,当地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部,且钻孔间距布置为50m时,能够实现良好的瓦斯抽放效果,这也从一定程度上进一步验证了数值试验的合理性和可行性。 展开更多
关键词 地面垂直钻孔 含瓦斯煤层 数值试验 终孔位置 钻孔间距
煤粒瓦斯非常压放散特征及放散模型修正
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作者 张冰 王汉鹏 +4 位作者 李术才 袁亮 张德民 陈本良 《中国矿业大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期512-519,共8页
针对瓦斯放散特征研究局限于常压放散环境的现状,自主研发了"煤粒瓦斯放散测定仪"对煤粒瓦斯非常压放散特征进行测定.该仪器通过实时采集放散环境压力并控制多余气体瞬时释放的方法保持放散环境压力恒定,通过仪器内瓦斯压力变化获取... 针对瓦斯放散特征研究局限于常压放散环境的现状,自主研发了"煤粒瓦斯放散测定仪"对煤粒瓦斯非常压放散特征进行测定.该仪器通过实时采集放散环境压力并控制多余气体瞬时释放的方法保持放散环境压力恒定,通过仪器内瓦斯压力变化获取煤样瓦斯吸附、放散量,可准确测定特定放散环境压力下瓦斯放散特征.利用该仪器测定了2min内煤粒从0.8MPa放散至0~0.5 MPa环境压力下的瓦斯放散量、放散速度.结果表明:不同放散环境压力下瓦斯放散量占对应瓦斯吸附量比例相近;瓦斯放散量、放散速度随放散环境压力增大而减小;放散环境压力对煤粒扩散系数无影响.基于试验结果,结合现有瓦斯放散数学模型,构建了煤粒瓦斯非常压放散模型.经30余组试验验证,该模型可以准确描述短时间内煤粒瓦斯非常压放散特征. 展开更多
关键词 含瓦斯煤 瓦斯放散 环境压力 放散特征 放散模型
断层带破碎煤巷围岩锚注预强化技术
5
作者 周波 袁亮 +1 位作者 《采矿与安全工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期509-516,共8页
为解决张集煤矿17246工作面回采断层带破碎煤巷支护困难、变形大等工程问题,将断层带内的破碎围岩视为弱结构体,采用数值模拟和现场实验的方法,模拟浆液在弱结构体内的扩散规律以及锚杆支护压应力的扩散效应,确定出合理的注浆钻孔参数... 为解决张集煤矿17246工作面回采断层带破碎煤巷支护困难、变形大等工程问题,将断层带内的破碎围岩视为弱结构体,采用数值模拟和现场实验的方法,模拟浆液在弱结构体内的扩散规律以及锚杆支护压应力的扩散效应,确定出合理的注浆钻孔参数和锚杆支护参数,开展回采巷道局部弱结构体锚注安全控制工程试验,提出锚杆基础支护+注浆加固对试验巷道弱结构煤岩体的预强化工程控制技术。结果表明:1)注浆和锚杆支护可强化浅部弱结构体围岩强度和围压,确定出试验巷道合理的注浆参数为:注浆压力4.0 MPa、注浆时间〉600 s、黏滞性系数0.14 Pa·s、注浆孔间排距1.8 m×2 m、孔深2.5 m、孔径56 mm;2)注浆前后巷道的变形监测数据表明,注浆和提高围压可显著提高弱结构体的承载能力和抗变形能力,保障了巷道围岩稳定。 展开更多
关键词 煤巷顶板 弱结构 预强化 注浆 锚杆支护 断层带
厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防——以淮南顾桥矿为例 预览
6
作者 任波 袁亮 +5 位作者 桑树勋 李源 武杰 《煤田地质与勘探》 CSCD 北大核心 2018年第5期159-166,共8页
以顾桥矿工程实践为基础,结合物理模拟实验和现场监测结果,研究了厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防。结果表明:钻井破坏是地面卸压瓦斯抽采失败的关键,采动影响下地面瓦斯抽采井破坏以变形和错断为主,破坏深度不一,主要集... 以顾桥矿工程实践为基础,结合物理模拟实验和现场监测结果,研究了厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防。结果表明:钻井破坏是地面卸压瓦斯抽采失败的关键,采动影响下地面瓦斯抽采井破坏以变形和错断为主,破坏深度不一,主要集中在松散层中下部和基岩中上部;在钻井完好情况下,将钻井终孔位置布置于断层附近、“O”型圈范围内更有利于卸压瓦斯抽采。采动引起的上覆岩层离层、应力集中、竖向破断以及厚表土层“杠杆效应”造成地面瓦斯抽采井破坏,其由下至上多次出现是导致地面井多处变形破坏的主要原因。煤层采动对工作面前方巷帮应力、顶板应力的影响范围分别可达320m、350m,对轨顺相对位移影响范围可达工作面前方50m和后方200m,采场中部覆岩与地表之间的相对位移量远大于采场边缘附近,更容易导致井孔破坏。采用“抗”和“让”相结合的井身结构、“上止下泄”固井–完井施工工艺以及合理的井位布置等措施,可有效防止卸压开采地面钻井变形破坏,实现瓦斯稳定高效抽采。 展开更多
关键词 厚表土层 地面井 瓦斯 变形破坏 预防措施 顾桥矿
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淮南煤田煤系砂岩含气性分析 预览
7
作者 刘会虎 +5 位作者 赵伟 黄晖 兰天贺 徐宏杰 任波 黄艳辉 《中国煤炭地质》 2018年第9期12-18,共7页
为查明淮南煤田煤系致密砂岩气赋存,通过测井解释成果分析,深入剖析了淮南煤田煤系砂岩气的含气性分布特征。研究结果表明:淮南煤田砂岩气主要赋存于二叠系煤系地层的粉砂岩中,不同钻孔显示砂岩气储层层数不等,潘三矿没有砂岩气储... 为查明淮南煤田煤系致密砂岩气赋存,通过测井解释成果分析,深入剖析了淮南煤田煤系砂岩气的含气性分布特征。研究结果表明:淮南煤田砂岩气主要赋存于二叠系煤系地层的粉砂岩中,不同钻孔显示砂岩气储层层数不等,潘三矿没有砂岩气储层,丁集矿致密砂岩气储层从含气层-气水同层-低产气层-气层的层数从4层到至9层,含气层数及富气差异程度明显,石炭系没有明显含气储层,没有砂岩气赋存;研究区二叠系砂岩气与煤系其它类型成因气存在5种共生组合关系:顶部页岩气向下运移形成砂岩气、底部煤层气向上运移形成砂岩气、顶底部页岩气向中间砂体运移形成砂岩气、顶部煤层气和底部页岩气向中间砂体运移形成砂岩气、底部页岩气向上运移形成砂岩气。 展开更多
关键词 淮南煤田 煤系地层 致密砂岩气 测井解释
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巷道火灾时期烟流参数变化规律模拟分析 预览
8
作者 刘业娇 +2 位作者 袁亮 田志超 邓东生 《中国矿业》 北大核心 2018年第8期144-150,共7页
本文以实际煤矿采区进风系统为原型,按照流体相似原理,建立了矿井巷道火灾模拟实验系统,然后利用GAMBIT软件建立实验巷道的物理模型,采用Hex/Wedge-Cooper方法进行体网格的划分,对初始条件和边界条件进行设定和处理,最后将巷道火灾火源... 本文以实际煤矿采区进风系统为原型,按照流体相似原理,建立了矿井巷道火灾模拟实验系统,然后利用GAMBIT软件建立实验巷道的物理模型,采用Hex/Wedge-Cooper方法进行体网格的划分,对初始条件和边界条件进行设定和处理,最后将巷道火灾火源简化为一个固定体积的稳态高温热源,采用FLUENT软件,针对不同的巷道入口初始速度,分别模拟分析火灾巷道烟流温度场、速度场、密度场和压力场的变化规律和分布情况。研究结果表明:火灾发生后,巷道烟流扩散范围逐渐增大,温度逐渐升高,在火区附近温度最高;烟流速度从巷道入口处到出口处逐渐降低,在巷道交叉口处由于存在局部阻力和节流效应,烟流速度会大大降低;烟流密度从巷道入口处到出口处逐渐增大,在通风情况不好的巷道,烟流密度会更大,且巷道顶部烟流密度要小于巷道底部烟流密度;烟流静压总体升高,但在巷道出口处烟流压力最低。 展开更多
关键词 矿井巷道 火灾时期 烟流参数 数值模拟
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煤与瓦斯突出模拟试验型煤相似材料研发与特性分析
9
作者 王汉鹏 李清川 +5 位作者 袁亮 李术才 朱海洋 段昌瑞 王书刚 《采矿与安全工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期1277-1283,共7页
为了解决煤与瓦斯突出物理模拟试验中型煤相似材料的性质与原煤性质相似性低的问题,以典型突出案例为原型,依据煤与瓦斯突出物理模拟相似准则,研发了一种基本物理力学参数调节方便、性质符合原煤相似要求的型煤相似材料。试验分析了粉... 为了解决煤与瓦斯突出物理模拟试验中型煤相似材料的性质与原煤性质相似性低的问题,以典型突出案例为原型,依据煤与瓦斯突出物理模拟相似准则,研发了一种基本物理力学参数调节方便、性质符合原煤相似要求的型煤相似材料。试验分析了粉煤颗粒级配和胶结剂浓度对型煤物理力学参数的影响规律。试验结果表明:型煤的抗压强度、弹性模量、黏聚力均随胶结剂浓度的增加而增大,且抗压强度可调范围在0.5~2MPa、弹性模量可调范围在55~300MPa、黏聚力可调范围在60~170kPa;颗粒级配对型煤的内摩擦角起主要控制作用;型煤具有和原煤相似的吸附性质;相似材料的重复利用试验证明该相似材料具有良好的重复利用性。最后,通过改变颗粒级配和胶结剂浓度配制出了符合煤与瓦斯突出物理模拟相似准则、与原煤性质相似的试验型煤。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 物理模拟试验 型煤 相似材料 相似准则
沁南东古城区块3^#煤储层显微孔裂隙特征及其成因
10
作者 刘会虎 桑树勋 +5 位作者 吴海燕 徐宏杰 兰天贺 任波 黄艳辉 《煤炭技术》 2018年第12期86-88,共3页
通过对沁南东古城区块3^#煤中显微孔裂隙观察研究了煤储层中显微孔裂隙特征及其成因。结果表明区内储层孔隙整体发育一般,主要为气孔、铸模孔,偶见变形组织孔、零星气孔和不规则孔隙;裂隙整体不发育,内生裂隙常见有静压裂隙、张裂隙和... 通过对沁南东古城区块3^#煤中显微孔裂隙观察研究了煤储层中显微孔裂隙特征及其成因。结果表明区内储层孔隙整体发育一般,主要为气孔、铸模孔,偶见变形组织孔、零星气孔和不规则孔隙;裂隙整体不发育,内生裂隙常见有静压裂隙、张裂隙和缩聚裂隙,外生裂隙常见直交裂隙、平行裂隙、斜交裂隙;铸模孔和组织孔及裂隙多出现充填现象,导致孔裂隙连通性能较差、储层渗透性下降。 展开更多
关键词 古城区块 3^#煤储层 显微孔裂隙
基于微震成像的采煤工作面应力异常监测 预览
11
作者 郭来功 戴广龙 +2 位作者 杨本才 陈本良 《浙江大学学报:工学版》 CSCD 北大核心 2018年第10期2014-2022,共9页
为了实现对深井采煤工作面的冲击地压灾害预防,采用微震走时成像技术,监测采煤工作面的应力异常.根据系统要求布置传感器台网,实现工作面全覆盖;采用层状模型分析地震波传播路径,计算地震波传播速度,利用子空间分阶段求解的方法... 为了实现对深井采煤工作面的冲击地压灾害预防,采用微震走时成像技术,监测采煤工作面的应力异常.根据系统要求布置传感器台网,实现工作面全覆盖;采用层状模型分析地震波传播路径,计算地震波传播速度,利用子空间分阶段求解的方法进行反演,实现对监测区域的地震波走时层析成像;结合地震波速度和岩石所受应力的关系,达到研究采煤工作面应力异常的动态分布及变化特征的目的.试验结果表明:工作面推进时,煤层顶板高应力异常达到最大,工作面前方的高应力异常区动态变化范围较大,工作面后方存在较稳定的地震波低速异常,利用微震成像技术可以有效地监测地震波速度异常区域的范围及变化特征. 展开更多
关键词 微震 地震波速度 层状模型 应力异常 三维成像
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可视化恒容气固耦合试验系统的研发与应用 被引量:1
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作者 李清川 王汉鹏 +4 位作者 李术才 袁亮 陈本良 任波 《中国矿业大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期104-112,共9页
为定量分析地应力、瓦斯压力、动力扰动等因素对预静载环境下含瓦斯煤物理力学性质的影响规律,获取不同加载路径和不同瓦斯压力下煤岩体物理力学参数,研制了可视化恒容气固耦合试验系统,配合伺服压力机,形成了以可视化恒容试验仪为主体... 为定量分析地应力、瓦斯压力、动力扰动等因素对预静载环境下含瓦斯煤物理力学性质的影响规律,获取不同加载路径和不同瓦斯压力下煤岩体物理力学参数,研制了可视化恒容气固耦合试验系统,配合伺服压力机,形成了以可视化恒容试验仪为主体的试验系统.通过实现含瓦斯煤耦合加载室容积恒定消除了气压改变对加载过程的干扰和误差,利用系统自带的环向位移测试装置和可视化窗口实现了对试件体应变增量、煤体裂隙发育与劣化规律等特征参数的全程可视化实时监测.开展了预加静载条件下不同强度型煤试件峰后快速卸气压扰动试验,模拟了现场煤层揭露致使瓦斯压力下降情况.试验结果表明:气体卸压时间在0.55s内完成,随着煤体强度的提高,游离瓦斯对煤岩试件的劣化程度随之降低;当峰值强度低于1 MPa时,游离气体将煤体完全剥离,强度在1.5~2.5 MPa时,卸压扰动对试件仅造成裂隙的进一步扩展;煤体扩容增量随强度的变化符合第一象限单调递减幂函数方程.仪器的研发为深入研究气固耦合条件下含瓦斯煤精确加载与可视化监测提供了新的测试手段和技术支撑. 展开更多
关键词 恒容加载 可视化监测 气固耦合 仪器研发 瓦斯卸压扰动
淮南潘集外围深部煤层气地球化学特征及成因 预览
13
作者 刘会虎 兰天贺 +5 位作者 胡宝林 徐宏杰 张文永 任波 黄艳辉 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期498-506,共9页
潘集外围深部煤层气甲烷碳氢同位素分布及其成因对该区煤层气藏的形成和分布规律、煤层气资源评价均具有重要意义。采集了潘集外围深部主要煤层共25件煤样,通过解吸实验获得解吸气样进行了组分、甲烷稳定碳氢同位素测试,分析了深部煤层... 潘集外围深部煤层气甲烷碳氢同位素分布及其成因对该区煤层气藏的形成和分布规律、煤层气资源评价均具有重要意义。采集了潘集外围深部主要煤层共25件煤样,通过解吸实验获得解吸气样进行了组分、甲烷稳定碳氢同位素测试,分析了深部煤层气组分及稳定同位素分布特征,探讨了煤层气稳定碳氢同位素随埋深的变化特点,结合煤层气形成与演化过程、煤的变质程度分析了煤层气稳定同位素的地质影响,通过Whiticar成因图版揭示了深部煤层气成因,结合相关经验模型估算了煤层气不同成因来源气所占比例。研究结果表明:深部煤样解吸煤层气中CH4含量介于16.2%-96.68%,平均为71.60%,重烃含量介于0.35%-32.13%,平均为9.86%,N2含量介于0.13%-74.72%,平均为21.20%,CO2含量介于1.62%-27.26%,平均为7.30%。自浅部至深部煤层甲烷碳同位素变化于-45.46‰--31.17‰,平均为-40.92‰,甲烷氢同位素变化于-199.99‰--133.87‰,平均为-178.04‰,稳定碳氢同位素具有随深度增加偏重的特点。构造热演化史表明研究区煤层气以热成因气为主,兼有生物气可能,研究区煤层Ro,max介于0.702 2%-0.998 3%,主要为气-肥煤,生成的煤层气为湿气,油型气的输入使得δ^13C1偏重。Whiticar成因图版分析表明研究区煤层气为以热成因为主,经历了后生改造作用的混合气。估算结果表明13-1煤、11-2煤、8煤、7煤、6煤、5煤、4煤、3煤、1煤生成的煤层气中热成因气比例超过80%,生物气主要由CO2还原作用所形成。 展开更多
关键词 潘集矿区 煤层气 地球化学特征 成因 碳氢同位素
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多先验信息约束的三维电阻率反演方法 预览
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作者 郭来功 戴广龙 +2 位作者 杨本才 陈本良 《石油地球物理勘探》 CSCD 北大核心 2018年第6期1333-1340,1350,I0009,I0010共11页
先验约束信息可以有效提高直流电阻率三维反演精度,多数约束信息的施加是通过修改目标函数实现的,具有约束信息单一、施加约束信息繁琐的不足。为了改进上述问题,修改迭代重加权最小二乘法反演方程,将数据加权矩阵中的重加权函数修改为... 先验约束信息可以有效提高直流电阻率三维反演精度,多数约束信息的施加是通过修改目标函数实现的,具有约束信息单一、施加约束信息繁琐的不足。为了改进上述问题,修改迭代重加权最小二乘法反演方程,将数据加权矩阵中的重加权函数修改为误差函数和互补误差函数的形式,增加结构度量、权重均值和标准偏差等参数,通过修改地下空间不同区域的重加权函数参数,达到施加不同先验约束信息目的;反演方程计算采用并行共轭梯度最小二乘法,以提高反演速度。在合成数据算例中,分别施加了平滑约束、块状约束和多信息混合约束,反演结果表明多信息约束的成像精度远大于单一信息约束。工程项目中可根据地质结构状况合理选择权函数参数,达到提高三维电阻率反演精度和计算速度的目的。 展开更多
关键词 三维反演 电阻率 迭代重加权最小二乘法 结构度量 并行共轭梯度最小二乘法
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大型真三维煤与瓦斯突出定量物理模拟试验系统研发 预览
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作者 李术才 李清川 +5 位作者 王汉鹏 袁亮 张玉强 张冰 王静 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2018年第B06期121-129,共9页
采用物理模拟试验开展多种组合条件下煤与瓦斯突出定量化模拟是目前研究煤与瓦斯突出机理与规律的主要研究手段,以综合作用假说、CSIRO突出模型为理论依据,根据推导建立的煤与瓦斯突出相似准则,研发了可考虑不同地质条件、地应力、煤岩... 采用物理模拟试验开展多种组合条件下煤与瓦斯突出定量化模拟是目前研究煤与瓦斯突出机理与规律的主要研究手段,以综合作用假说、CSIRO突出模型为理论依据,根据推导建立的煤与瓦斯突出相似准则,研发了可考虑不同地质条件、地应力、煤岩体强度、瓦斯压力和施工过程的大型真三维煤与瓦斯突出定量物理模拟试验系统;系统由模型反力与空间密封单元、高地应力梯度加载智能控制单元、大流量高压瓦斯气体充填加载单元、巷道微型掘进与高速记录单元和多元信息瞬态获取五大关键单元构成。可实现最大尺寸为1.5 m×1.5 m×3 m(长×宽×厚)的试验模型真三维梯度加载,系统最大加载能力60 MPa,模型厚度方向可按0.6 m倍数调节,系统最大充气压力3MPa,最大气体充填速度360 L/min,微型光纤光栅传感器最大采集频率500 k Hz,巷道最大掘进速度10 cm/min。各模块协同工作,可实现三维气固耦合条件下石门揭煤诱发煤与瓦斯突出试验模拟,为探索不同组合因素下煤与瓦斯突出发生条件,揭示突出机理提供了定量化模拟平台。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 定量化物理模拟 系统研发 气固耦合 智能掘进
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基于物理模拟的煤与瓦斯突出主控因素及能量演化过程
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作者 唐一博 袁亮 +1 位作者 《煤矿安全》 北大核心 2017年第11期1-4,8共5页
配制物理特性与原煤相似的型煤,结合自主研发的煤与瓦斯突出模拟系统,研究煤与瓦斯突出过程中的能量演化过程及突出主控因素。研究表明:突出实验存在临界压力(0.75 MPa),在瓦斯压力0.75~1.25 MPa,模拟地应力5~20 MPa的范围内,突出的... 配制物理特性与原煤相似的型煤,结合自主研发的煤与瓦斯突出模拟系统,研究煤与瓦斯突出过程中的能量演化过程及突出主控因素。研究表明:突出实验存在临界压力(0.75 MPa),在瓦斯压力0.75~1.25 MPa,模拟地应力5~20 MPa的范围内,突出的煤体质量最大可达28.1%,最远达14.1 m。突出过程中,能量是不断衰减的,表现为高压腔体外端压力传感器率先感应,内侧明显滞后约0.1 s。正交实验表明,瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主控因素,但地应力与水分含量同样发挥重要作用。水分由2%上升到7%的过程中,突出强度迅速降低,趋势呈非线性规律。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 物理模拟 主控因素 能量演化 瓦斯压力
吸附瓦斯含量对煤与瓦斯突出的影响与能量分析 被引量:1
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作者 王汉鹏 张冰 +5 位作者 袁亮 李清川 李术才 周伟 周杰 《岩石力学与工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第10期2449-2456,共8页
煤层中高压瓦斯主要以吸附态为主,为了研究吸附瓦斯含量对煤与瓦斯突出的影响,利用吸附性依次增强的氦气、氮气、甲烷和二氧化碳模拟相同气压下吸附瓦斯含量的不同。将0.75 MPa的上述4种气体充入物理力学性质相同的型煤并充分吸附,模拟... 煤层中高压瓦斯主要以吸附态为主,为了研究吸附瓦斯含量对煤与瓦斯突出的影响,利用吸附性依次增强的氦气、氮气、甲烷和二氧化碳模拟相同气压下吸附瓦斯含量的不同。将0.75 MPa的上述4种气体充入物理力学性质相同的型煤并充分吸附,模拟游离瓦斯含量相同、吸附瓦斯含量不同的煤体,考虑4种不同强度型煤开展16次瞬间揭露试验。试验发生9次持续时间1 s左右的突出现象,对于低强度型煤试验不吸附的氦气也发生突出现象;试验结果表明随吸附气体含量增加,型煤发生突出的风险增大,吸附气体含量越大其突出强度越大。提出吸附气体膨胀能的测定方法,根据突出能量公式计算发生突出的煤体弹性能、吸附及游离气体膨胀能等突出潜能和煤体破碎功、抛出功等突出耗能,突出潜能与突出耗能基本相等验证吸附气体膨胀能测定方法的合理性。能量分析表明参与突出过程的吸附气体膨胀能占总气体膨胀能的7.9%~32.3%,占突出潜能的6.5%~25.6%,且其占比随吸附气体含量增大而增大。研究成果为揭示、量化吸附瓦斯含量在突出中的作用提供参考和依据。 展开更多
关键词 采矿工程 煤与瓦斯突出 吸附瓦斯 瓦斯含量 能量分析 型煤试验
煤与瓦斯突出物理模拟试验中甲烷相似气体的探索 被引量:3
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作者 张庆贺 王汉鹏 +4 位作者 李术才 张冰 朱海洋 张德民 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期479-486,共8页
当前煤与瓦斯突出物理模拟试验多采用二氧化碳代替甲烷,导致试验结果偏差较大。为了保证模拟试验相似性并规避甲烷气体带来的安全风险,提出了甲烷相似气体的概念。基于瓦斯在突出过程中的作用机制和相似准则,结合煤与瓦斯突出防治规定,... 当前煤与瓦斯突出物理模拟试验多采用二氧化碳代替甲烷,导致试验结果偏差较大。为了保证模拟试验相似性并规避甲烷气体带来的安全风险,提出了甲烷相似气体的概念。基于瓦斯在突出过程中的作用机制和相似准则,结合煤与瓦斯突出防治规定,建立了以瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质为参数的相似指标。初步采用二氧化碳体积分数为20%、40%、60%、80%的二氧化碳和氮气二元混合气体作为甲烷相似气体的筛选气体。按照相关规范,分别测定了甲烷和筛选气体的相似指标参数值,确定了与瓦斯含量、瓦斯放散初速度、初始瓦斯膨胀能和含瓦斯煤力学性质接近的混合气体组分分别是二氧化碳体积分数为60%、35%、45%和54%。相关性分析结果表明,上述4种配比气体与甲烷性质相关性高,可以作为相似气体的待定气体。采用待定气体和甲烷进行了模拟试验,结果表明,二氧化碳体积分数为45%的混合气体的突出现象和突出临界值与甲烷接近,与甲烷相似性高。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 物理模拟 甲烷 二元气体
不同强度含瓦斯型煤瞬间揭露致突特征及其影响机制
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作者 张庆贺 李术才 +4 位作者 王汉鹏 袁亮 段昌瑞 张寒 《采矿与安全工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期817-824,共8页
为揭示煤体强度对煤与瓦斯突出的影响机制,开展了3组不同强度含瓦斯型煤瞬间揭露致突模拟试验,借助高速录像技术与气体压力高速采集技术,精确获取了突出瞬间0.5 s以内的试验数据。结果表明突出型煤的破坏形式及瓦斯压力变化特征与未突... 为揭示煤体强度对煤与瓦斯突出的影响机制,开展了3组不同强度含瓦斯型煤瞬间揭露致突模拟试验,借助高速录像技术与气体压力高速采集技术,精确获取了突出瞬间0.5 s以内的试验数据。结果表明突出型煤的破坏形式及瓦斯压力变化特征与未突出型煤相比存在差异。突出型煤由揭露口向内呈现口小腔大的粉碎破坏并随瓦斯气体抛出,瓦斯压力下降速率高达2.5 MPa/s,且存在粉煤与瓦斯高速涌出阶段和残余瓦斯缓慢涌出阶段2个阶段。未突出型煤仅在揭露口附近少许破碎,无粉煤瓦斯流喷出,瓦斯压力下降速率在0.01-0.02 MPa/s之间,趋于稳定后仍高于大气压力。试验表明型煤强度对突出起阻碍作用,型煤单轴抗压强度与突出瓦斯压力呈二次函数关系,与突出孔洞深度呈线性负相关关系。在突出的孕育阶段,当总应力相同时,型煤强度越低、瓦斯压力越高,越容易发生破坏,并通过煤体有效应力强度理论分析了其影响机制。分析计算了型煤弹性能和瓦斯内能,突出型煤瓦斯内能占比大,而未突出型煤弹性能占比大,二者能量释放的差异是煤体强度影响煤与瓦斯突出的本质原因。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 含瓦斯煤 煤体强度 影响机制
巷道顶板三维板梁结构的传力机制研究 预览 被引量:1
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作者 周波 袁亮 +1 位作者 《中国安全生产科学技术》 CSCD 北大核心 2017年第12期131-137,共7页
为了揭示巷道开挖前后,巷道顶板三维板梁结构内应力场的演化规律,通过建立层状岩层的承载传力力学模型,研究了层间结构面和层状岩体变形对承载和传递应力的扰动作用,提出了层间结构面和层状岩体承载传力的能量分析方法,确定了层状岩体... 为了揭示巷道开挖前后,巷道顶板三维板梁结构内应力场的演化规律,通过建立层状岩层的承载传力力学模型,研究了层间结构面和层状岩体变形对承载和传递应力的扰动作用,提出了层间结构面和层状岩体承载传力的能量分析方法,确定了层状岩体的应力传递和应变能密度解析解,揭示了结构面储能和层状岩体承载传力的影响规律,并在淮南张集矿1412A工作面开展工程应用。结果表明:法向刚度和切向刚度决定了层间结构面的储能能力,法向应力和切向应力决定了结构面的实际储能大小;岩层的承载应力并非等于上部岩层的负重,而是上部岩层的作用应力、自重应力、下位岩层的作用应力叠加的结果;应力传递效率与相邻上下层岩层的容重比呈正相关关系,与层厚比呈负相关关系,与弹性模量比呈负相关关系;1412A工作面开采时,1#煤顶板第1层薄的软弱泥岩无法承载上方岩层的重量,第2层厚的中砂岩可以承载上方岩层及自身重量,载荷应力为0.90 MPa,计算得到该类条件下基本顶初次断裂步距为30.7 m,与现场实测结果基本一致。 展开更多
关键词 巷道围岩 三维板梁 应力传递 层间结构面 承载应力 应变能密度
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