液氮冻融过程无烟煤未冻水分布及温度-应力场演化规律

1

作者 秦雷 张弦 +4 位作者 林海飞 王伟凯 李博涛 王裴 李树刚 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期76-86,共11页

煤体在冻融过程中孔隙未冻水含量和分布直接影响煤体微观孔隙结构和宏观力学性能,决定煤层增透效果与煤层气抽采效率。以无烟煤为研究对象,基于二维核磁共振技术研究无烟煤在冻结及融化过程未冻水分布特征,综合测量T_(1)-T_(2)谱图、T_... 煤体在冻融过程中孔隙未冻水含量和分布直接影响煤体微观孔隙结构和宏观力学性能,决定煤层增透效果与煤层气抽采效率。以无烟煤为研究对象,基于二维核磁共振技术研究无烟煤在冻结及融化过程未冻水分布特征,综合测量T_(1)-T_(2)谱图、T_(2)曲线以及3D峰图,定量分析煤样冻融过程孔隙结构及未冻水分布空间演化规律。实验结果表明,液氮冻结煤体过程中,冻结时间对孔隙内不同流体分布空间演化过程作用不同。自由水分布空间随冻结时间呈指数下降关系,受冻结时间影响较大,束缚水次之;结构水和吸附水分布空间几乎不受冻结时间的影响,主要附着于煤基质表面,其分布空间仅取决于煤样孔隙结构特征。根据流体空间分布情况将冻结过程划分为2个阶段:加速冻结阶段(0~20 s)和稳定阶段(20~60 s)。冻结饱水煤样融化时,孔隙未冻水含量受温度与热应力2个因素影响。煤样的融化从小孔开始,直至温度升高到一定程度,大孔开始融化。针对上述分析,建立温度场改变引起热应力的产生及演化过程模型。总结基于液氮冻结煤样融化过程孔隙扩张收缩以及孔隙流体分析体系,涉及T_(2)图谱分析、3D峰图计算等问题,分析融化过程未冻水含量变化规律。计算得出,煤样融化过程,孔隙结构逐渐复杂,孔隙水含量随温度呈指函数上升关系。其中自由水含量从24%增长到44%,增幅最大,束缚水含量增加了11%,吸附水和结构水含量均增加了6%,孔隙水含量由孔隙大小及总孔隙体积决定。 展开更多

关键词 二维核磁共振 冻融过程 孔隙水传热 T1-T2谱图 热应力

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混合煤样吸附瓦斯对孔隙比表面积影响的试验研究 被引量：2

2

作者 赵鹏翔 李树刚 +2 位作者 张远琛 严敏 潘红宇 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期104-109,共6页

为探讨混煤吸附瓦斯膨胀变形与瓦斯涌出之间关系,选取典型煤与瓦斯突出矿井的原生质煤及构造煤,制作混合煤样,测定不同质量比混合煤体等温吸附特性及其吸附前后比表面积。结果表明,比表面积及吸附量在混合煤样质量比为1:1时均达到最大;... 为探讨混煤吸附瓦斯膨胀变形与瓦斯涌出之间关系,选取典型煤与瓦斯突出矿井的原生质煤及构造煤,制作混合煤样,测定不同质量比混合煤体等温吸附特性及其吸附前后比表面积。结果表明,比表面积及吸附量在混合煤样质量比为1:1时均达到最大;混合煤样吸附前后中小孔比表面积占比之差,呈先减小后增大的变化趋势;吸附前后微孔比表面积变化与中小孔变化规律相反;根据试验结果,建立了混合煤样吸附瓦斯前后比表面积变化与孔隙膨胀应力应变之间关系的数学模型,得出混合煤样吸附前后孔隙结构变化与瓦斯涌出之间的关系。 展开更多

关键词 混合煤样 瓦斯 比表面积 膨胀应变 膨胀应力

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CO_2浓度对煤低温氧化影响的试验研究 被引量：8

3

作者 刘少南 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第S1期149-151,共3页

采用程序升温试验装置,通过模拟煤炭低温氧化自燃过程的升温条件和环境,利用黄岩汇矿煤样在不同CO2浓度条件下进行程序升温试验,研究了不同浓度CO2对煤低温氧化(160℃以下)过程的影响规律。结果表明:温度160℃条件下,CO2浓度和温度对煤... 采用程序升温试验装置,通过模拟煤炭低温氧化自燃过程的升温条件和环境,利用黄岩汇矿煤样在不同CO2浓度条件下进行程序升温试验,研究了不同浓度CO2对煤低温氧化(160℃以下)过程的影响规律。结果表明:温度160℃条件下,CO2浓度和温度对煤自燃惰化性能影响较大;温度100℃以上时,CO2对煤的惰化作用得到明显体现;体积分数50%以上CO2对煤氧复合惰化作用较明显。 展开更多

关键词 二氧化碳 煤自燃 低温氧化 程序升温 煤氧复合

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液氮浸融对不同预制温度煤体损伤特性试验研究 被引量：14

4

作者 严敏 张一真 +2 位作者 林海飞 李锦良 秦雷 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2813-2823,共11页

为研究液氮对不同预制温度煤体浸融后的表面裂隙扩展规律和孔隙损伤特性,分别采用显微镜观测、超声波波速测试以及核磁共振测试技术对不同预制温度煤体液氮浸融前后其表面裂隙扩展规律、内部微裂隙发育规律、内部孔隙发育过程及孔径分... 为研究液氮对不同预制温度煤体浸融后的表面裂隙扩展规律和孔隙损伤特性,分别采用显微镜观测、超声波波速测试以及核磁共振测试技术对不同预制温度煤体液氮浸融前后其表面裂隙扩展规律、内部微裂隙发育规律、内部孔隙发育过程及孔径分布变化规律进行试验研究。试验结果表明,液氮浸融过程中随着预制温度的升高,煤体表面产生热应力随之增大,煤体特征裂隙面积增比也随之增大,且热应力增加与煤表面特征裂隙面积增比呈显著相关关系。煤体预制温度越高液氮浸融后煤体内部超声波波速下降越明显,且煤体孔隙度增比越大,微裂隙、孔隙发育越良好。液氮浸融过程中煤体孔裂隙发育存在两个阶段:第1阶段中,微小孔隙向中大孔隙的转化数量大于微小孔自身新生数量,表现为液氮浸融后煤体微小孔数量减少,中大孔数量增加。随着煤体预制温度升高变为第2阶段,微小孔隙新生数量大于其向中大孔隙的转化量,表现为液氮浸融煤体后全孔隙段孔隙数量均增加。液氮浸融不同预制温度煤体后其特征裂隙增比-声波波速变化率-孔隙度变化率3者之间存在正相关关系。以上结果表明,煤体预制温度因素对液氮浸融后煤体表面裂隙发育及孔隙损伤特性影响显著,且液氮浸融不同预制温度煤体其表面裂隙扩展和内部损伤呈正相关关系。 展开更多

关键词 液氮致裂 孔隙损伤 孔径分布 核磁共振 热应力

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煤层开采“固-气”耦合相似材料特性分析 被引量：2

5

作者 赵鹏翔 康新朋 +4 位作者 李树刚 刘俊 贾永勇 索亮 何永琛 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第4期580-588,共9页

为研究采动裂隙演化规律,选取适合的“固-气”耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂... 为研究采动裂隙演化规律,选取适合的“固-气”耦合相似材料,结合岩石力学和流体力学理论,运用自行改进的单轴压力仪及渗透性测试装置,对不同材料配比所制作试件的力学及渗透特性进行研究。最终确定以砂子作为骨料,淀粉及水泥作为胶结剂,水作为溶剂,并对这种原材料组合在不同配比条件下制作试件的力学及渗透性影响因素开展试验研究,以此为依据开展“固-气”耦合物理相似模拟试验,揭示不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律。结果表明:最终确定的材料配比组合能够满足岩石力学性能的要求,较原始固相相似模拟材料及“固-气”耦合相似材料PSO(Paraffin石蜡,Sand砂子,Oil油),其渗透速度平均分别下降91.61%及68.29%;通过对新型材料制作出的试件开展力学及渗透特性影响因素试验并进行非线性回归拟合,得出相应变化趋势的拟合方程,同时得到不同淀粉含量对试件抗压强度及渗透性影响趋势的拟合方程。开展二维煤层开采物理相似模拟试验,得到采动覆岩裂隙演化及不同覆岩层位瓦斯浓度分布规律,为进一步开展煤与瓦斯共采多场耦合物理相似模拟试验提供理论依据。 展开更多

关键词 “固-气”耦合 相似材料 物理相似模拟实验 渗透率 瓦斯浓度

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双碳战略中煤气共采技术发展路径的思考 被引量：20

6

作者 李树刚 张静非 +5 位作者 林海飞 丁洋 白杨 周雨璇 朱冰 戴政 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期138-153,共16页

自提出“双碳”目标以来,我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变,能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH_(4)-CO_(2)协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶... 自提出“双碳”目标以来,我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变,能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH_(4)-CO_(2)协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶段煤矿CH_(4)-CO_(2)双重碳减排面临挑战的基础上,明确了双碳战略中煤气共采技术发展需结合现状需求-技术攻关-政策驱动的核心原则,制定了双碳战略中煤气共采技术的发展路径,论述了其中的关键技术问题。碳达峰阶段,CH_(4)减排以排放源管控为基础视角,核心为瓦斯抽采-利用全周期碳减排关键技术,包含瓦斯富集区靶向精准抽采技术、低渗煤层增透及注气驱替增流抽采技术、关闭矿井瓦斯逃逸通道封堵减碳技术、瓦斯富集-提浓-利用一体化技术,目的是大幅提升高浓度瓦斯抽采-利用效率,减少低浓度及通风瓦斯碳排放;CO_(2)减排以“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术为核心,包含煤层CO_(2)封存、工业固废采空区充填协同CO_(2)地质封存、煤矿碳封存区域土壤-地表-大气异常监测及生态碳汇技术,进一步吸纳烟道气或纯CO_(2)排放。碳中和阶段核心任务是实现CH_(4)-CO_(2)(近)零碳排放,CO_(2)减排应当由技术攻关示范工程转变为规模化应用阶段,并建立全生命周期煤矿CH_(4)-CO_(2)排放智能监测及动态管控技术体系,实现监测管控技术手段与碳排放环节深度匹配、碳排放监测管控云平台与煤矿全局监控系统深度对接。最后对未来煤气共采体系绿色低碳发展提出了自身见解与思考:(1)继续深化“高效精准抽采+全浓度梯级利用”煤矿CH_(4)零排放技术模式;(2)持续攻关“CO_(2)工程封存+生态碳汇”CO_(2)零排放技术体系;(3)积极探索煤矿“零碳智慧园区”综合解决方案,形成激励和倒逼并重的煤矿碳减排政策支持体系。 展开更多

关键词 双碳目标 CH_(4)-CO_(2)协同减排 煤气共采 发展路径 绿色低碳

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采空区碳封存条件下CO_(2)-水界面特性及溶解传质规律 被引量：4

7

作者 李树刚 张静非 +5 位作者 林海飞 包若羽 丁洋 白杨 周雨璇 朱冰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期513-527,共15页

采空区CO_(2)封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备,在采空区废弃资源二次利用、CO_(2)封存等方面具有广泛的应用前景。利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO_(2)地层水系统的界面张力... 采空区CO_(2)封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备,在采空区废弃资源二次利用、CO_(2)封存等方面具有广泛的应用前景。利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO_(2)地层水系统的界面张力(IFT)影响规律实验,明晰了CO_(2)注入含水碎胀煤岩体中的气液界面扩散效应,并将基于统计缔合理论结合兰纳−琼斯势能模型的状态方程(SAFT-LJ状态方程)与密度梯度理论(DGT)结合预测了IFT理论值;利用自主研发的地质封存地化反应模拟实验平台对相同条件下的CO_(2)溶解性进行了探究实验,得到了采空区储层环境下CO_(2)溶解度变化特征,采用D-S模型计算了对应CO_(2)溶解度理论值。实验结果表明:环境温度一定时,采空区储层压力与IFT呈线性负相关关系,储层温度升高,IFT相应增加,但变化幅度较小;温压条件一定时,矿化度与IFT存在正相关性,且在本实验范围内,低压、高温、高矿化度会促使IFT升高;CO_(2)−盐溶液之间的IFT呈现出随着阳离子价态升高而增大的现象(K^(+)<Na^(+)<Ca^(2+)<Mg^(2+));采空区储层压力与CO_(2)溶解度呈正相关关系,当温度为25℃、纯水条件下,压力由0.5 MPa增至2.5 MPa,对应CO_(2)溶解度由0.1627 mol/kg升至0.7141 mol/kg;CO_(2)溶解度随着温度与矿化度的升高而降低;相同质量分数下,一价阳离子溶液(NaCl、KCl)比二价阳离子溶液(CaCl_(2)、MgCl_(2))可溶解更多的CO_(2)。注入采空区中的游离相CO_(2)克服界面张力通过扩散溶解传质作用打破了采空区地层的地球化学平衡,通过明确环境温压条件、采空区水环境对IFT及CO_(2)溶解度的影响规律,阐明CO_(2)地层水气液界面效应及溶解传质机理,以期为采空区CO_(2)封存安全性及封存量评估提供理论基础。 展开更多

关键词 采空区 CO_(2)封存安全性 气液界面扩散-溶解 界面张力 溶解度

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综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析 被引量：24

8

作者 李树刚 刘李东 +3 位作者 赵鹏翔 林海飞 徐培耘 卓日升 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期95-104,共10页

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演... 为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明:采空区覆岩"三带"高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远,其贯通度越小,并在达到一定高度后,出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用,覆岩离层率呈现两侧高于中部的"马鞍形"。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则,得到不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态,进而发现采高对压实区影响主要表现在高度方面,煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大,推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论,结合物理相似模拟试验结果,构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。 展开更多

关键词 覆岩压实区 采高 推进速度 煤层倾角 椭抛带 瓦斯治理

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综采工作面上隅角瓦斯流动活跃区形成机理研究 被引量：21

9

作者 李树刚 乌日宁 +2 位作者 赵鹏翔 肖鹏 杜轩宏 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期207-213,共7页

为解决综采工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型,基于物理相似模拟试验,采用分形理论从细观角度证实了瓦斯流动活跃区的存在性,通过构建瓦斯流动活跃区的空间模型和力学模型,研究了工作面上隅角瓦斯... 为解决综采工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题,以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型,基于物理相似模拟试验,采用分形理论从细观角度证实了瓦斯流动活跃区的存在性,通过构建瓦斯流动活跃区的空间模型和力学模型,研究了工作面上隅角瓦斯流动活跃区的形成机理,并结合FLUENT数值模拟软件,对上隅角埋管抽采瓦斯的布置参数进行了优化。结果表明:通过对比局部瓦斯优势通道裂隙网络与整体覆岩裂隙网络的分形特征,认为局部裂隙网络发育更为丰富,进而证实了瓦斯流动活跃区的存在;推导出了瓦斯流动活跃区关键岩块的二次失稳形式及判据,认为关键岩块不会发生二次失稳,保证了关键岩块的存在,从而保证了瓦斯流动活跃区不会消失,为上隅角埋管抽采活跃区瓦斯提供了可稳定参考的位置基础;通过对埋管深度为5、15、25 m时采空区及工作面的瓦斯浓度分布进行数值模拟,认为埋管深度为15 m时的抽排效果最佳。 展开更多

关键词 瓦斯流动活跃区 关键岩块 埋管深度 上隅角

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倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区辨识及抽采关键技术 被引量：9

10

作者 李树刚 刘李东 +2 位作者 赵鹏翔 林海飞 卓日升 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期105-115,共11页

为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究,得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙... 为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究,得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙分形维数随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了靶向区演化煤层倾角效应模型。结果表明:破断裂隙宽度呈现采空区两侧边界区域大于中部,低层位大于高层位的分布特征,同时破断裂隙宽度受铰接梁影响较强,随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),在第1层铰接梁所在层位上部邻近区域破断裂隙宽度相比下部邻近区域大幅度减小,仅有下部邻近区域的52.8%,64.3%以及71.1%;瓦斯运移优势通道带内离层裂隙面积占比呈现底部最大,顶部次之,中部最小的分布规律;上覆岩层裂隙分形维数整体呈现先减小后增大的现象;基于第1层铰接梁与裂隙分形维数极小值点所在层位两侧裂隙演化规律差异明显,将瓦斯运移优势通道带按空间层位上的高低依次划分为低层位靶向区、中层位靶向区和高层位靶向区。最后,基于采动裂隙椭抛带理论,在工作面侧瓦斯运移优势通道带基础上,建立了考虑煤层倾角因素的倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区空间形态数学方程,形成了靶向区卸压瓦斯抽采方法选择依据,为优化倾斜厚煤层工作面卸压瓦斯抽采布置参数提供参考依据。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 倾斜厚煤层 卸压瓦斯 靶向区 裂隙演化 椭抛带

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煤层群重复采动卸压瓦斯储运区演化规律实验研究 被引量：9

11

作者 林海飞 李磊明 +3 位作者 李树刚 孔祥国 刘思博 丁洋 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第3期385-393,共9页

为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16#、18#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工... 为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16#、18#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工程应用。结果表明,实验矿井上层煤开采后,覆岩垮落带高度11 m、裂隙带高度53 m。工作面附近覆岩关键层形成的砌体梁结构与其下方岩层之间的离层裂隙成为卸压瓦斯储集的空间。当下层煤开采后,受重复采动的影响,垮落带和裂隙带高度分别为13和83 m。上下煤层之间存在关键层,在其下部仍会形成瓦斯储集空间,采动裂隙贯通后下煤层卸压瓦斯易沿着裂隙区通道向上运移至煤层间隔层关键层下的储集空间,再顺着上煤层冒落带内裂隙通道继续向上。此时,上煤层采动形成的瓦斯储集空间也将充满瓦斯成为抽采的重点区域。基于此,提出采动卸压瓦斯储集空间判别方法,并在贵州某矿进行了抽采验证,抽采效果良好,保证了工作面的安全生产。 展开更多

关键词 煤层群 采动裂隙 演化过程 瓦斯储运 瓦斯抽采

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煤层倾角对仰斜工作面覆岩压实区裂隙演化规律的影响 被引量：6

12

作者 赵鹏翔 刘李东 +4 位作者 李树刚 徐培耘 李刚 魏宗勇 贾永勇 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期65-72,共8页

为研究仰斜综采工作面采动覆岩压实区裂隙演化规律的煤层倾角效应,用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩压实区裂隙演化规律的研究,得到了压实区高度、垮落角以及宽度随煤层倾角变化的演化规律... 为研究仰斜综采工作面采动覆岩压实区裂隙演化规律的煤层倾角效应,用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩压实区裂隙演化规律的研究,得到了压实区高度、垮落角以及宽度随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了压实区演化煤层倾角效应模型。结果表明:随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),平均来压步距逐渐减小(12.5 m>11.6 m>10.4 m),采动覆岩离层量逐渐增加。同时,以采动覆岩离层量和底板应力为压实区边界判定依据,分析得出压实区高度随煤层倾角的增大而不断增大,且压实区高度变化趋势所拟合的直线斜率所组成的曲线随工作面推进距离的增加出现平缓、陡增、平缓的变化趋势,即压实区在形成初期高度相差不大,但会在工作面推进至55~65 m时高差迅速增大,且维持此较大高差直至工作面回采结束;随煤层倾角的增大,开切眼侧垮落角逐渐减小,而工作面侧垮落角逐渐增大;以压实区的高度和垮落角的演化规律为基础,建立了压实区空间简化模型,进一步得到压实区宽度随煤层倾角变化的数学表达式。最后,以采动裂隙椭抛带理论为基础,结合试验结果,建立了考虑煤层倾角的采动裂隙椭抛带压实区数学方程,为仰斜综采工作面准确定位卸压瓦斯储集优势区提供一定的理论依据。 展开更多

关键词 仰斜开采 压实区 煤层倾角 裂隙演化 采动覆岩离层量

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构造煤组合体单轴加载下裂隙演化及分形规律 被引量：2

13

作者 赵鹏翔 刘云川 +4 位作者 韩霜莹 刘妍群 刘莹莹 曹聪颖 王玉龙 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第6期1035-1044,共10页

为研究不同占比的构造煤-原生质煤组合体压裂后的裂隙演化规律及分形特征,运用单轴加载试验手段,得到了5种不同占比构造煤组合体的裂隙长度、角度及分形维数演化规律。结果表明,随构造煤占比的增大,组合体抗压强度、弹性模量均呈减小的... 为研究不同占比的构造煤-原生质煤组合体压裂后的裂隙演化规律及分形特征,运用单轴加载试验手段,得到了5种不同占比构造煤组合体的裂隙长度、角度及分形维数演化规律。结果表明,随构造煤占比的增大,组合体抗压强度、弹性模量均呈减小的趋势,而峰值应力应变呈增大的趋势,组合体整体特性向构造煤的脆性特性靠近,破坏形式从剪切破坏逐渐过渡到拉伸破坏。随构造煤占比的增大,主裂隙扩展时间占比由14%增大至59%,主裂隙平均扩展速率由0.76 mm/s增长至2.34 mm/s,主裂隙角度平均变化速率由3.07°/s减小至0.70°/s,煤体交界处的主裂隙角度和主裂隙角度平均变化速率均逐渐减小。随着不断的加载,组合体分形维数逐渐增大,各峰值应力处分形维数普遍分布在0.99~1.31。随着主裂隙角度的变化,全原生质煤试件主裂隙不同角度的分形维数逐渐减小,全构造煤试件主裂隙不同角度的分形维数逐渐增大,其他占比的构造煤组合体不同角度的主裂隙分形维数均先增加后减少,且其变化均发生在各自的煤体交界处。揭示了不同占比的构造煤组合体在加载过程中的裂隙扩展与角度的有关变化规律,为煤矿安全开采提供理论依据。 展开更多

关键词 构造煤组合体 单轴加载试验 裂隙演化 主裂隙发育角度 分形特征

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倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区分域方法及分形特征研究

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作者 赵鹏翔 王玉龙 +4 位作者 李树刚 林海飞 金士魁 卓日升 双海清 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期71-83,共13页

为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建... 为研究倾斜厚煤层仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区的分域方法及分形特征,以分形理论和灰色理论为基础,采用平面物理相似模拟试验方法,开展了仰斜综采工作面覆岩瓦斯缓渗区裂隙演化规律研究,得到了覆岩瓦斯缓渗区的动态扩展规律,进而构建了覆岩瓦斯缓渗区精细分域方法,并采用灰色关联分析方法对覆岩瓦斯缓渗区沿横向(工作面推进方向)和纵向(垂直于煤层底板向上方向)分形维数与离层量、破断裂隙密度及应力集中系数之间的最大关联度分别进行确定。研究结果表明:覆岩瓦斯缓渗区在第一次周期来压后初步形成,其后每次周期来压时,覆岩瓦斯缓渗区两侧的垮落角均不断减小而宽度和高度均不断增大。具体表现为从缓渗区初次形成至缓渗区充分发育期间,缓渗区开切眼侧和工作面侧的垮落角分别从68.3°和76.2°减小到44.7°和53.5°;而缓渗区的宽度和高度分别从16.3 m和19.2 m增大到52.1 m和38.4 m。根据建立的覆岩瓦斯缓渗区分域准则及流程,结合灰色关联分析方法,得到覆岩瓦斯缓渗区沿横向和纵向分形维数变化均与离层量变化相关性最强(r_(1)=0.93,r_(1)^(*)=0.91),并通过试验验证了理论计算的准确性。因此,在后期确定卸压瓦斯抽采钻孔(巷道)终孔(巷)时,可通过现场观测离层量对覆岩瓦斯缓渗区边界进行判断,研究结果对采空区卸压瓦斯精准高效抽采具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 倾斜厚煤层 仰斜综采工作面 覆岩瓦斯缓渗区 分域方法 分形特征

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