瓦斯抽采SCMC-Bent基封孔水凝胶漏失特性及黏度演化机制

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作者 王志明 冯涵坤 +3 位作者 关坤 孙玉宁 刘志成 李刘申 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期103-113,共11页

为实现瓦斯抽采钻孔漏气裂隙的有效动态封堵,防止负压驱动下浆液在裂隙中漏失,以羧甲基纤维素钠(SCMC)与钠基膨润土(Bent)为主料,通过引入系列添加剂制备了SCMC-Bent基封孔水凝胶,并测试了该水凝胶黏度的演化过程。然后通过开展负压作... 为实现瓦斯抽采钻孔漏气裂隙的有效动态封堵,防止负压驱动下浆液在裂隙中漏失,以羧甲基纤维素钠(SCMC)与钠基膨润土(Bent)为主料,通过引入系列添加剂制备了SCMC-Bent基封孔水凝胶,并测试了该水凝胶黏度的演化过程。然后通过开展负压作用下的浆液运移实验,研究了SCMC-Bent基水凝胶在煤颗粒间裂隙网中的运移及漏失特性。最后测试了SCMC-Bent基封孔水凝胶pH演化过程,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)表征了其微观结构,进而揭示SCMC-Bent基水凝胶黏度演化的微观机制。研究表明:①在恒温条件下,SCMC-Bent基水凝胶的黏度随时间呈现“先上升、后降低”趋势;水料比越大,SCMC-Bent基水凝胶的黏度越低、越早发生后期黏度下降。②水料比越高的水凝胶在裂隙网络中运移越快,但负压作用下却越早发生漏失;相较其他水料比,水料比10∶1的水凝胶在负压抽气第24天仅运移41 mm,更容易长时间密封漏气裂隙。③SCMC-Bent基水凝胶内部的蒙脱石层结构随时间先增多后减少,存在中间产物(SCMC-CXP)插入蒙脱石层间的现象,SCMC-CXP插入量随时间先增多后减少并随水料比增大而减少;蒙脱石层与层间SCMC-CXP形成了类似“三明治”的夹层结构,在水凝胶体系中逐渐形成了由蒙脱石层、层间SCMC-CXP、层外SCMC-CXP组成的三维网络。④三维网络结构的形成是造成SCMC-Bent基水凝胶黏度前期升高的原因;但随时间持续,中蒙脱石层结构减少且SCMCCXP大分子链断裂,导致了三维网络结构消散进而致使水凝胶黏度降低;另一方面,高水料比削弱了SCMC-CXP在蒙脱石层间的插入量及大分子间的相互作用、增强了三维网络结构的过水能力,进而导致水凝胶黏度下降。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 封孔 裂隙封堵 水凝胶 黏度演化 浆液漏失

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软弱再生顶板巷道围岩失稳机理及其控制原理与技术 被引量：29

2

作者 王平 冯涛 +5 位作者 蒋运良 刘海 李立新 余伟健 朱永建 鲁义 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2953-2965,共13页

针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动... 针对软弱再生顶板巷道围岩大变形问题,结合现场调研、室内试验、理论分析等手段研究了软弱再生顶板围岩失稳机理,并提出了针对该类围岩的控制原理、支护原则和支护技术。研究表明:软弱再生顶板具有自稳平衡拱结构,但极其不稳定。在扰动作用下快速松散、破碎,表现出局部到整体的连锁失稳特征。基于再生顶板围岩条件提出再生顶板“抛物线-半双曲线”扩展力学模型,即再生顶板平衡拱边界在纵向上以“抛物线”形式向上扩展,横向上以“半双曲线”形式延伸。巷道底臌使得两帮整体下沉或两帮肩角处破坏造成再生顶板自稳平衡拱结构不断地向围岩深部转移。根据该模型计算发现,此时棚架上的载荷增加更快。再生顶板松散范围的非线性增加使得棚架上的荷载急剧增加,围岩变形量增大,最终导致巷道整体失稳。因此,提出了“护底→固帮→控顶”的软弱再生顶板围岩控制基本原理。结合州景煤矿再生顶板巷道实际情况,通过疏干排水防止底臌、改善棚架结构加强帮、顶支撑,形成了“强化整体约束、优化棚架结构和架间协同控制”的支护原则,具体形成了“双层金属网+预支撑囧型棚架+可缩性纵向连接器”的组合支护技术,经工程试验表明该支护技术可有效控制软弱再生顶板巷道围岩初期的稳定,后期回采时建议采用“三支一体”支护体系进行加强支护,控制再生顶板围岩回采期间的稳定。 展开更多

关键词 再生顶板 破坏机理 围岩控制 组合支护

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长壁开采覆岩内水平定向长钻孔位置特征与卸压瓦斯抽采机理 被引量：31

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作者 郭明杰 郭文兵 +3 位作者 赵高博 袁瑞甫 王雨生 白二虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3750-3765,共16页

长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有... 长壁采空区卸压瓦斯抽采是煤矿绿色开采技术体系中煤与瓦斯共采的重要组成部分,在覆岩内布置水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯近年来应用较多;与高抽巷、普通高位钻孔不同,其在采动覆岩内布置抽采时,对覆岩破坏及瓦斯运移的响应与敏感性具有显著的特殊性。通过理论分析、数值模拟与工程实例验证等方法研究了采动覆岩内水平定向长钻孔的位置特征与卸压瓦斯抽采机理。阐述了水平定向长钻孔抽采卸压瓦斯的技术原理,结合室内试验、数值模拟分析了水平定向长钻孔的3个位置特征:①钻孔布置位置区域瓦斯积聚程度高,为钻孔抽采瓦斯提供浓度条件;②钻孔布置位置区域裂隙较为发育,为钻孔抽采提供瓦斯源保障;③钻孔布置位置区域岩层受采动影响较小,为钻孔提供稳定性条件。在此基础上,从采动裂隙内瓦斯积聚程度、采动岩层渗透率和采动钻孔稳定性3个方面揭示了水平定向长钻孔布置抽采机理,提出了水平定向长钻孔的位置判据,给出了确定钻孔抽采位置的方法流程,并通过数值模拟、工程实例进行了合理性验证。研究结果表明:依据钻孔位置判据进行钻孔布置抽采的最大瓦斯抽采纯量达2.59 m^(3)/min,为其他对比钻孔的2.56倍;在定向长钻孔抽采作用下,回风巷最大瓦斯体积分数为0.11%~0.72%,风排瓦斯量为0.69~2.79 m^(3)/min,验证了按照钻孔位置确定方法进行钻孔布置抽采的合理性。研究成果可对矿井布置水平定向长钻孔抽采采空区卸压瓦斯提供技术依据,进而提高矿井卸压瓦斯抽采率、促进煤矿绿色开采技术发展。 展开更多

关键词 长壁开采 水平定向长钻孔 位置特征 卸压瓦斯 抽采机理

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深部巷道围岩卸压协调控制技术 被引量：9

4

作者 王猛 司英涛 +1 位作者 胡景宝 邓华易 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第5期9-16,共8页

为解决深部高应力巷道围岩支护难维护问题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析及工业性试验等方法,基于深部巷道钻孔卸压机理、钻孔参数确定方法及卸压钻孔与支护结构作用关系的分析,提出深部巷道围岩卸压协调控制技术,包括一次让压... 为解决深部高应力巷道围岩支护难维护问题,综合采用现场实测、数值计算、理论分析及工业性试验等方法,基于深部巷道钻孔卸压机理、钻孔参数确定方法及卸压钻孔与支护结构作用关系的分析,提出深部巷道围岩卸压协调控制技术,包括一次让压、钻孔卸压和二次高强锚注支护等3方面:一次让压支护使围岩产生恒阻变形,降低卸压引起的支护结构非协调受力;钻孔卸压的作用是转移巷道周边高应力,补偿围岩变形,减小巷道径向收敛;二次高强锚注支护为卸压协调控制技术的核心,目的是控制卸压后破碎岩体的后期蠕变。工程应用效果表明,该技术可有效控制深部巷道围岩大变形,具有一定的推广应用价值。 展开更多

关键词 深部巷道 钻孔卸压 应力转移 二次支护 协调控制

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基于流固耦合模型的穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究 被引量：24

5

作者 李胜 毕慧杰 +2 位作者 范超军 罗明坤 兰天伟 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第5期121-127,共7页

为研究钻孔瓦斯抽采渗流规律,为钻孔合理布置提供依据,提出了考虑气-水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在多孔介质的有效应力原理基础上,考虑瓦斯吸附/解吸产生的应力,推导出煤体应力-应变本构关系;分析水和瓦斯运移的气-水两相流过程,... 为研究钻孔瓦斯抽采渗流规律,为钻孔合理布置提供依据,提出了考虑气-水两相流的瓦斯抽采流固耦合模型。在多孔介质的有效应力原理基础上,考虑瓦斯吸附/解吸产生的应力,推导出煤体应力-应变本构关系;分析水和瓦斯运移的气-水两相流过程,以相对渗透率为桥梁,给出水渗流方程和考虑Klinkenberg效应的瓦斯渗流方程;构建作为耦合项的煤层孔隙率和渗透率动态演化方程,结合成庄矿4321工作面进行数值模拟。结果表明:成庄矿4321底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采预抽期定为90 d是合理的,抽采过程中瓦斯渗流速度具有阶段性,增大抽采负压对抽采效果影响不明显;穿层钻孔布置方式为终孔间距9 m,钻场间距9 m。工程实践表明,测得的煤层瓦斯压力变化情况与数值模拟结果基本吻合,抽采后煤层瓦斯含量为6.46~7.67 m^3/t,43212巷瓦斯浓度降低了37%,抽采效果良好。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 流固耦合模型 穿层钻孔 钻孔布置

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瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置研发及应用 被引量：11

6

作者 赵洪宝 张勉 +2 位作者 张欢 王宏冰 李福来 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第1期127-132,198,共7页

为实时动态监测瓦斯抽采钻孔深部稳定性,自主研发了瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置,其主要由主体承载机构、高灵敏度应力应变片、快速连接杆和精密应力应变测量仪组成。该装置可采集不同角度地应力值,采集钻孔变形数据,不同材质的主体... 为实时动态监测瓦斯抽采钻孔深部稳定性,自主研发了瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置,其主要由主体承载机构、高灵敏度应力应变片、快速连接杆和精密应力应变测量仪组成。该装置可采集不同角度地应力值,采集钻孔变形数据,不同材质的主体承载机构可实现钻孔稳定性加固的效果。现场实测结果表明:钻孔形变曲线可大致分为快速形变阶段、缓慢形变阶段、基本稳定阶段3个阶段;快速形变阶段与缓慢形变阶段间,缓慢形变阶段与基本稳定阶段间,均存在较明显拐点;对于不同直径钻孔中的相同深度,形变量随着直径增大而增大;对于相同直径钻孔中不同深度,浅处形变大于深处形变;瓦斯抽采钻孔形变在一定程度上影响了瓦斯抽采工作的进行。该装置具有较好的实用性和可靠性,为实时动态监测瓦斯抽采钻孔稳定性提供了一种新的手段。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 抽采钻孔 钻孔稳定性 监测装置

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基于多物理场耦合的顺层钻孔瓦斯抽采参数优化研究 被引量：14

7

作者 刘佳佳 贾改妮 +1 位作者 王丹 马权 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第7期115-119,156,共6页

为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采... 为了揭示多物理场耦合作用下本煤层顺层钻孔瓦斯抽采渗流机制,建立了考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩影响的流固耦合模型,运用该模型对本煤层顺层钻孔抽采参数进行优化。结果表明:抽采时间对有效抽采半径影响非常显著,钻孔抽采1 d时有效抽采半径为0.38 m,钻孔抽采10 d时有效抽采半径的范围仅增加1.55倍,抽采180 d时有效抽采半径的范围增加8.26倍;在高瓦斯压力区域,煤层钻孔周围煤体的孔隙率、渗透率呈现下降趋势,随着钻孔抽采影响程度的减小,煤基质解吸收缩效应逐渐加强,孔隙率、渗透率下降趋势逐渐缓慢,模拟结果与理论分析相吻合;随着抽采钻孔直径的增加,钻孔周围煤体的瓦斯压力降低范围逐渐增大,有效抽采半径与钻孔直径之间满足幂函数关系,在保证钻孔抽采效果的前提下,确定某矿29031工作面最合理的钻孔直径为94 mm。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 顺层钻孔 Klinkenberg效应 多物理场 流固耦合

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水耦合作用下高压空气冲击煤岩破裂规律与声发射响应试验研究 被引量：1

8

作者 马衍坤 张正锐 张纪辉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期1-10,29,共11页

为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,... 为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,借助动态气压监测与声发射检测手段,研究了煤岩体裂缝形态、气压曲线及能量释放规律。结果表明:水耦合作用显著提高了高压空气的能量利用率,使试块产生的水平及竖直裂缝长度明显大于空气耦合时;水耦合时试块的破裂面无碎屑出现,而空气耦合时试块破裂面出现了较多碎屑;随着钻孔不耦合系数的增大,试块裂缝长度呈现先增大后减小的趋势,当钻孔不耦合系数为2.0时,裂缝长度达到峰值,此时试块产生的裂缝网络最为丰富;致裂过程的气压曲线呈现起裂、扩展和贯通三个阶段,水耦合作用时的气压峰值均大于空气耦合作用时的气压峰值;声发射信号主要集中在扩展阶段,水耦合作用时声发射信号响应更为剧烈,且以多簇形式出现,而空气耦合作用时则以单簇形式出现;当钻孔不耦合系数为2.0时,声发射累积能量和累积事件数均达到峰值。 展开更多

关键词 冲击致裂 真三轴 水耦合 声发射能量

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深井大采高综采面矿压显现及覆岩破断规律研究 被引量：11

9

作者 孙波 张向阳 涂敏 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期119-125,共7页

针对深井大采高综采技术中采场矿压控制难的特点,以潘二矿11223大采高综采工作面为工程背景,采用相似模拟、数值模拟、现场矿压监测、理论分析等方法,对深井大采高综采工作面矿压显现及覆岩运动破断规律进行研究。结果表明:深井大采高... 针对深井大采高综采技术中采场矿压控制难的特点,以潘二矿11223大采高综采工作面为工程背景,采用相似模拟、数值模拟、现场矿压监测、理论分析等方法,对深井大采高综采工作面矿压显现及覆岩运动破断规律进行研究。结果表明:深井大采高综采面覆岩运动破断后结构形态演化特征可概括为"组合悬臂岩梁结构——压实填充结构——非铰接岩梁结构——铰接岩梁结构"的动态演化过程,这种动态演化过程直接影响着工作面的矿压显现特征及覆岩破坏特点;得到工作面初次来压步距为34 m,基本顶周期来压步距15 m,来压由中部开始向两端转移;工作面前方应力集中区距煤壁平均4.4 m,应力峰值平均为26 MPa,工作面矿压显现特点受控于覆岩运动破断的动态演化力学结构,研究结果对类似条件下的工作面安全开采具有一定的理论依据和借鉴意义。 展开更多

关键词 深井大采高综采 矿压显现规律 覆岩破断规律 动态演化

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高应力红页岩巷道失稳机理与控制技术研究 被引量：4

10

作者 张东岳 马振乾 +3 位作者 梁旭超 陈安民 罗超 丁万奇 《中国矿业》 2021年第12期83-89,共7页

为解决高应力红页岩巷道维护的难题,本文以平安磷矿二矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内测试及工业性试验等方法,研究了红页岩的微观结构特征及巷道失稳机理。研究结果表明:红页岩内部孔隙孔径主要集中在0~50 nm和10~200μm之... 为解决高应力红页岩巷道维护的难题,本文以平安磷矿二矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内测试及工业性试验等方法,研究了红页岩的微观结构特征及巷道失稳机理。研究结果表明:红页岩内部孔隙孔径主要集中在0~50 nm和10~200μm之间;自然状态下孔径在10~200μm之间的微孔隙占总孔隙体积的37.45%,吸水后占比增加至45.82%,吸水后引发的岩石强度弱化是造成红页岩巷道失稳破坏的重要原因。本文提出了高强锚注+格栅拱架+小孔径锚索的高应力红页岩巷道支护对策,该支护结构能够适应红页岩巷道初期的变形要求,有效限制巷道出现过大的变形,并充分调动深部围岩的承载能力。现场监测结果表明,红页岩巷道两帮最大变形量在100 mm以内,顶板下沉量控制在40 mm以内,锚索受力在100~120 kN之间趋于稳定,说明新方案控制效果良好。 展开更多

关键词 红页岩 巷道 格栅拱架 锚索 锚注

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基于流-固-热耦合的深部煤层气抽采数值模拟 被引量：56

11

作者 范超军 李胜 +3 位作者 罗明坤 杨振华 张浩浩 王硕 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3076-3085,共10页

为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分... 为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分析不同地应力、初始渗透率、储层压力和温度等深部特征参数以及不同埋深条件下煤层气抽采的储层参数和产气演化规律。结果表明:渗透率变化为地应力增加、温度降低和煤层气解吸引起的煤基质收缩效应与储层压力降低引起的煤基质膨胀效应的综合竞争结果;随着煤层气和水被采出,储层温度降低和煤层气解吸占主导,储层渗透率升高;地应力对深部储层渗透率比例的变化起着主要作用,初始渗透率对产气速率起着控制作用;当煤层埋深小于临界埋深时,产气量随埋深逐渐增加,达到临界埋深后,产气量随埋深逐渐降低;低渗透率是制约埋深超千米的气井高产的关键。 展开更多

关键词 煤层气抽采 深部储层 流-固-热耦合模型 气-水两相流 产气量 渗透率

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钻孔间距对水力压裂促抽煤层瓦斯的影响 被引量：2

12

作者 李胜 任延平 +3 位作者 范超军 杨振华 罗明坤 兰天伟 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期70-76,共7页

针对定量确定合理钻孔间距困难问题,基于损伤力学和多场耦合理论,建立了水力压裂和瓦斯抽采的煤层流固耦合模型,包括瓦斯和水运移场、应力场以及孔隙度、渗透率演化方程,并采用Comsol联合Matlab求解,研究了不同钻孔间距时压裂和抽采过... 针对定量确定合理钻孔间距困难问题,基于损伤力学和多场耦合理论,建立了水力压裂和瓦斯抽采的煤层流固耦合模型,包括瓦斯和水运移场、应力场以及孔隙度、渗透率演化方程,并采用Comsol联合Matlab求解,研究了不同钻孔间距时压裂和抽采过程中煤层弹模、损伤值、渗透率、瓦斯压力、抽采量和压裂贯通时间的变化规律。结果表明:耦合模型可较准确地模拟煤层水力压裂和瓦斯抽采过程;压裂贯通时间与钻孔间距呈指数增长关系;在马堡煤矿,当钻孔间距为4~8 m时,压裂损伤区在抽采孔贯通,渗透率呈"n"型曲线,瓦斯抽采后,瓦斯压力迅速下降,抽采有效区随间距的增加而增大;当钻孔间距为9~12 m时,压裂损伤区未贯通,煤层渗透率呈"m"型曲线,抽采有效区随间距的增加而减小,与间距4~8 m相比,瓦斯抽采量较小。 展开更多

关键词 水力压裂 瓦斯抽采 煤层增透 钻孔间距 流固耦合模型

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开采上保护层对巨厚砾岩诱发冲击矿压的减冲机制分析 被引量：12

13

作者 庞龙龙 徐学锋 +2 位作者 司亮 张浩 李正可 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期120-128,共9页

为研究开采上保护层对巨厚砾岩断裂诱发冲击的防治作用,根据跃进煤矿25采区的地质条件和采掘条件,将25110工作面下巷作为研究对象,从理论上分析了动静载叠加诱发冲击矿压的机制以及开采上保护层后的防冲原理,数值模拟研究了未开采上保... 为研究开采上保护层对巨厚砾岩断裂诱发冲击的防治作用,根据跃进煤矿25采区的地质条件和采掘条件,将25110工作面下巷作为研究对象,从理论上分析了动静载叠加诱发冲击矿压的机制以及开采上保护层后的防冲原理,数值模拟研究了未开采上保护时和开采上保护层后在同等强度的动载扰动应力的影响下巷道底板的位移、速度、应力以及塑性区的变化规律,进行相似模拟试验研究了人工震源的作用下未开采上保护时和开采上保护层后巷道底板的加速度和动应力响应规律。结果表明,上保护层开采后能够有效地释放围岩内部的高应力,且采空区顶板自然垮落,形成的软弱松散岩层结构,能够更好地起到对动载扰动应力波的衰减作用,从而降低了冲击矿压发生的可能,一定程度上能够较好地防治冲击矿压。研究成果对巨厚砾岩下冲击矿压的防治具有一定指导意义。 展开更多

关键词 巨厚砾岩 冲击矿压 上保护层 扰动应力波 减冲作用 衰减

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巷道开挖扰动下围岩宏细观力学响应及能量机制 被引量：10

14

作者 于辉 张晓君 +1 位作者 李宝玉 褚夫蛟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期60-69,共10页

为揭示不同应力环境巷道开挖扰动应力重分布特征及能量演化机制,利用离散元PFC程序建立半圆拱泥岩巷道模型,获取巷道围岩宏观应力场及全断面变形动态演化曲线,以巷道开挖细观应力场分布特征为基础,揭示巷道开挖声发射特性及能量演化一... 为揭示不同应力环境巷道开挖扰动应力重分布特征及能量演化机制,利用离散元PFC程序建立半圆拱泥岩巷道模型,获取巷道围岩宏观应力场及全断面变形动态演化曲线,以巷道开挖细观应力场分布特征为基础,揭示巷道开挖声发射特性及能量演化一般规律,探究垂直应力和侧压系数对不同能量特征的影响,并以应变能释放速率作为表征巷道开挖能量释放严重程度的指标。结果表明:巷道开挖后围岩径向应力和切向应力均经历"卸压—回升—波动—稳定"4个阶段,卸压阶段应力快速释放,且越靠近临空面,应力释放越剧烈。拱顶不同深度测点径向应力和切向应力模拟值与解析解比较吻合,表明模拟结果能够较好地反映巷道开挖后围岩不同深度应力分布规律。λ=1.0时,巷道最大位移量与垂直应力近似呈线性正相关。颗粒黏结力、线性力等细观接触力随垂直应力及侧压系数增加而增大。开挖扰动期间裂纹主要产生在应力升高阶段,集中在巷道底角及拱顶等处。围岩应变能、动能、摩擦能随垂直应力和侧压系数增加而增大,在相同侧压系数下应变能与垂直应力平方成正比,定量揭示了应变能与垂直应力关系。应变能释放速率随围岩应力水平增加而增大,反映出高应力巷道应变能释放更加剧烈,导致围岩动能和摩擦能显著增加。 展开更多

关键词 巷道 应力重分布 能量演化 离散元

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不同冲击方向下高压气体致裂岩石特征试验

15

作者 张纪辉 马衍坤 +1 位作者 谭辉 赵敖寒 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期200-208,共9页

为探索含瓦斯煤层增透性,提高抽采率,利用自主研制的真三轴高压气体冲击致裂岩石试验系统,开展不同冲击方向下高压气体致裂试验,试验变量为气体冲击方向与最大水平主应力的夹角,在三向应力的作用下开展高压气体冲击试验,得到冲击方向与... 为探索含瓦斯煤层增透性,提高抽采率,利用自主研制的真三轴高压气体冲击致裂岩石试验系统,开展不同冲击方向下高压气体致裂试验,试验变量为气体冲击方向与最大水平主应力的夹角,在三向应力的作用下开展高压气体冲击试验,得到冲击方向与最大水平主应力呈现0、30、45、60和90°夹角时岩石破裂形态及声发射响应。结果表明:高压气体冲击致裂岩石过程呈现5个显著阶段,即冲击起裂阶段、气压上升阶段、裂缝扩展阶段、气压稳定阶段和压力衰减阶段;高压气体冲击产生垂直裂缝和水平裂缝,射流角度增加后,垂直裂缝出现偏转,且偏转角度逐渐变大,裂缝偏转点也逐渐远离钻孔,水平断裂面呈现中间低四周高的形态;气体峰值压力随着射流方向与最大主应力的角度增加而增加,从0~90°峰值压力呈线性增长;分析声发射信号发现,岩石冲击破坏以张拉破坏为主、剪切破坏为辅,但随着射流角度增加,逐渐转变为剪切破坏为主的拉-剪复合破坏。 展开更多

关键词 高压气体 致裂岩石 冲击方向 声发射 裂缝扩展

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高压气体致裂煤岩孔壁应变响应特征研究

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作者 孔子幸 马衍坤 +3 位作者 杨发德 王小岐 龚立强 江明锋 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期105-111,共7页

目前缺乏对空气致裂全过程进行精准监测和评价的手段,而应变监测能够实时记录裂纹萌生和扩展的过程。通过研究高压气体冲击全过程中孔壁的应变响应,可明确致裂过程裂纹与应变响应之间的关系,获得最优致裂角度。为了探寻高压气体致裂煤... 目前缺乏对空气致裂全过程进行精准监测和评价的手段,而应变监测能够实时记录裂纹萌生和扩展的过程。通过研究高压气体冲击全过程中孔壁的应变响应,可明确致裂过程裂纹与应变响应之间的关系,获得最优致裂角度。为了探寻高压气体致裂煤岩体过程中裂纹和与应变之间的关系,利用高压气体冲击致裂煤岩体真三轴实验系统,开展了5种冲击角度(0,30,45,60,90°)下的高压气体致裂实验,研究了气体致裂过程中煤岩体裂缝形态、气压曲线与孔壁应变响应特征。实验结果表明:(1)随着冲击角度增加,煤岩体裂缝形态呈现先复杂后单一的分布特征。(2)致裂过程中气压呈现上升、陡降、聚集、稳定释放4个阶段。(3)孔壁应变数据主要由拉应变组成,应变曲线出现2个明显峰值,第1个峰值在气压曲线达到峰值0.1 s后出现并伴随主裂纹产生,第2个峰值常伴随着主裂纹的衍生与扩展。(4)当冲击角度为45°时,试件内部容易萌生复杂裂纹网络,致裂效果最佳。 展开更多

关键词 气体致裂 孔壁应变 冲击角度 裂缝形态 气压响应

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CH_4与N_2,CO_2间竞争吸附关系的核磁共振实验研究 被引量：14

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作者 罗明坤 李胜 +2 位作者 荣海 范超军 杨振华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期490-497,共8页

利用核磁共振(NMR)技术测试了CH_4与CO_2,N_2在煤样中相互作用过程的NMR信号,并通过T_2谱形态和谱面积对各气体间相互作用的整个过程进行了描述和分析。测试结果表明:CH_4在煤中吸附过程的T_2谱呈双峰结构,弛豫时间较小的为吸附峰,另一... 利用核磁共振(NMR)技术测试了CH_4与CO_2,N_2在煤样中相互作用过程的NMR信号,并通过T_2谱形态和谱面积对各气体间相互作用的整个过程进行了描述和分析。测试结果表明:CH_4在煤中吸附过程的T_2谱呈双峰结构,弛豫时间较小的为吸附峰,另一个为游离峰。随着吸附时间和注入压力的增加,吸附总量逐渐增加,但吸附速率逐渐降低。强吸附性气体能置换煤中已吸附的弱吸附性气体,反之效果不明显;置换过程中,大孔隙内的气体比小孔隙内的更容易置换。将弱吸附性气体注入已吸附强吸附性气体的煤中,一定程度上能促使原气体由吸附态向游离态转化;同时,少量的弱吸附性气体也能被吸附,气压越大越明显。NMR测试结果直观反映了CH_4与各气体间的相互作用关系。 展开更多

关键词 核磁共振 吸附解吸 置换作用 增产措施

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褐煤酸碱预处理-微生物气化联产H_2-CH_4的实验研究 被引量：18

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作者 夏大平 陈曦 +1 位作者 王闯 苏现波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3221-3228,共8页

为探讨酸、碱处理煤的发酵联产生物气生成特征,对新疆伊宁矿区褐煤进行酸、碱预处理,以焦作古汉山矿井水为菌源进行发酵联产H_2-CH_4实验。对联产后的产气量、气体组分、HPE活性、COD质量浓度进行测定分析,对产气后煤样进行XRD和红外测... 为探讨酸、碱处理煤的发酵联产生物气生成特征,对新疆伊宁矿区褐煤进行酸、碱预处理,以焦作古汉山矿井水为菌源进行发酵联产H_2-CH_4实验。对联产后的产气量、气体组分、HPE活性、COD质量浓度进行测定分析,对产气后煤样进行XRD和红外测试。结果发现:(1)碱处理煤的产氢效果最佳,产气总量为20.25 mL/g,酸处理煤次之为17.05 mL/g,而原煤的产氢效果最差为14.4 mL/g;(2)HPE活性测定规律基本与之对应,碱处理煤产氢后菌体的氢化酶活性最优为4.35 mL/(mg·min);(3)酸处理煤的联产甲烷效果最好,产气总量为23.35 mL/g,而原煤和碱处理煤的联产甲烷效果基本一致;(4)联产中液相COD质量浓度均呈下降状态;(5)经预处理煤样的有机质降解率高,大分子结构更易被降解。实验结果得出了预处理煤联产生物气的生成特征,证实了联产H_2-CH_4有利于煤的资源化利用,明显提升了能源转化率。 展开更多

关键词 预处理 发酵联产 生物气 生成特征

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承压注浆加固含弱面岩体时的岩−浆抗剪强度耦合机理 被引量：6

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作者 王春 王怀彬 +4 位作者 熊祖强 王成 程露萍 李雪峰 展帅菲 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2758-2772,共15页

采用不同强度的水泥砂浆块模拟均质性较好岩性不同的岩体,开展承压注浆加固含弱面岩体时的岩−浆抗剪强度耦合机理研究,探索承压注浆加固效果的评价机制。结果表明:承压注浆加固可有效提高含弱面岩体的抗剪强度,并延缓含弱面岩体宏观破... 采用不同强度的水泥砂浆块模拟均质性较好岩性不同的岩体,开展承压注浆加固含弱面岩体时的岩−浆抗剪强度耦合机理研究,探索承压注浆加固效果的评价机制。结果表明:承压注浆加固可有效提高含弱面岩体的抗剪强度,并延缓含弱面岩体宏观破坏的发生;含弱面岩体抗剪强度随法向应力的增大呈线性趋势增加,随着注浆材料强度的增强呈对数函数趋势增加,且抗剪强度参数(τ、c、φ)都随注浆材料强度和岩体基体强度比值的增大呈先增大后减小的趋势变化;含弱面岩体黏聚力随注浆材料强度、岩体基体强度的增加呈线性增加,内摩擦角却随注浆材料强度的增加而减小,随岩体基体强度的增加维持稳定。试验验证了基于岩−浆抗剪强度耦合机理建立的承压注浆加固含弱面岩体效果评价准则能有效判定承压注浆加固的最优效果,可用于指导含弱面岩体注浆加固控制工程。 展开更多

关键词 承压注浆 含弱面岩体 抗剪强度 耦合机理 评价准则

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孔隙压力梯度对煤的渗透性影响实验 被引量：7

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作者 李波 孙东辉 +1 位作者 魏建平 张路路 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期35-40,共6页

为了研究煤体渗透率与压力梯度之间的关系,在考虑煤体吸附变形的基础上建立了煤体渗透率与瓦斯压力梯度的数学模型,并在恒温条件下进行同一压力梯度不同吸附平衡压力的条件下和同一吸附平衡压力不同压力梯度条件下的渗流实验。研究结果... 为了研究煤体渗透率与压力梯度之间的关系,在考虑煤体吸附变形的基础上建立了煤体渗透率与瓦斯压力梯度的数学模型,并在恒温条件下进行同一压力梯度不同吸附平衡压力的条件下和同一吸附平衡压力不同压力梯度条件下的渗流实验。研究结果表明:在较低的孔隙压力条件下,煤体渗透率随着吸附平衡压力和压力梯度的增加而减小;建立的渗透率动态演化模型能够较好地描述煤层瓦斯抽采过程中瓦斯的流动规律。研究结果可以为我国煤矿瓦斯治理和抽采工作提供一定的理论支撑,具有一定的指导和实践意义。 展开更多

关键词 渗透率 压力梯度 瓦斯 吸附平衡

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