突出矿煤岩微孔隙特征及其渗透特性

从煤与瓦斯突出矿采集煤样,通过扫描电镜对其微结构和孔隙裂隙特征进行了观测。利用MTS815.02型岩石力学实验系统进行了3块标准煤样全应力应变过程的电液伺服试验,给出了主应力差、煤样渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数与轴向应变关系曲线。研究表明:该突出矿煤样结构不均一,以粒状、网状、片状结构为主,也可见到鳞片状和压扭性结构;在煤样破坏过程中,由于围压的作用,全应力应变过程中煤样的渗透率随着应变的增大而发生变化,但其变化不很显著;非Darcy流β因子和加速度系数趋势相同,非Darcy流β因子均为负值。     

MGM(1,N)模型用于瓦斯涌出量预测

矿井瓦斯涌出量预测是新建矿井和改扩建矿井通风设计、安全管理、制定合理的瓦斯防治措施必不可少的重要环节。加强瓦斯涌出量预测方法研究,正确预测瓦斯涌出量,对改善我国煤矿安全生产状况具有积极的意义。在瓦斯涌出量预测中,瓦斯涌出量受多因素综合影响,且各个因素间相互影响、相互关联。文中提出一种新的矿井瓦斯涌出量预测方法——MGM(1,N)模型预测法。该方法综合考虑了瓦斯涌出量的各个影响因素,预测精度较高。其结果对煤矿安全生产具有指导意义。     

光纤光栅测试岩石变形的试件模拟实验研究

为了预报松散含水岩层失水引起的沉降变形,采用预设钻孔埋入光纤Bragg光栅方法,对岩石变形进行监测,制作水泥砂浆试件4个,在实验室模拟预埋入光纤光栅砂浆试件的拉伸和压缩受力过程,测定光纤光栅波长偏移量,实验得出不同受力状态下光纤光栅的波长变化特征,采用光纤光栅传感技术是一种有效观测岩石变形的方法。     

矿用对旋风机气固两相流磨损特性

为探索对旋风机在矿井含尘环境中叶片的磨损情况,以及颗粒长久性磨损造成叶片表面粗糙度增加的后果,基于SST k-ω湍流模型和Finnie磨损模型,利用多相流求解技术对FBD No.6.3矿用对旋式局部通风机进行气固两相流数值模拟,分析不同颗粒浓度和粒径条件下叶片磨损分布特征,探究叶片表面粗糙度对风机内部流场和整机性能的影响。结果表明：气固两相流场内颗粒浓度对叶片磨损率的影响较大,磨损率随浓度的增加而增大;叶片表面粗糙度的均匀和非均匀分布形式导致前缘和尾缘不同程度的能量耗散,在进行对旋风机气固两相非定常流动特性的分析时,应采用粗糙度非均匀分布的方法真实反映叶片粗糙度变化的影响;风机性能随叶片粗糙度的增大而降低,大流量工况下的影响更为显著,但随工作时间的增长,叶片表面粗糙度均匀性提高,流场恶化情况减缓。因此,适时修复或更换磨损叶片,有利于风机安全高效运行。     

黏土水泥浆水化固结微观特征研究

通过注浆堵水方式来治理陕北地区露天煤矿水害问题,以提高注浆堵水效果,对黏土水泥浆固结体的水化过程和固结机理进行研究。采用X射线衍射试验和扫描电镜试验相结合的方法,探究不同浆液配比与不同养护龄期的水化产物含量和固结体的微观形貌特征。结果表明：浆液的水化产物主要有水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石以及还没完全水化的石英SiO₂,随着水化反应的进行,C-S-H和钙矾石等凝胶物质含量逐渐增加,固结体强度增强;黏土多有利于固结体生成更多的凝胶团,加强结构的抗渗性;水泥加量过少,生成的硅酸钙等胶体微粒不足,大量黏土颗粒不能有效生成凝胶物质参与固化反应,导致固结体强度不足;随着水固比的增加,固结体的孔隙也相应变少变小;在黏土水泥浆水化期间生成了大量黏土-水泥球凝胶团以及C-S-H凝胶,黏土-水泥球凝胶团之间相互吸附、连接成片,同时C-S-H对裂隙进行填充并连接成网。黏土水泥浆液水固比1.5∶1,水泥加量为20%～40%时,浆液固结体的阻水效果优异,可为工程实践提供参考。     

基于免疫粒子群混合算法优化BP网络的矿压预测方法

为攻克综采工作面顶板矿压显现规律预测预报的难题,构建一种基于免疫粒子群混合算法优化BP神经网络的矿压预测模型(IA-PSO-BP),针对BP神经网络收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,采用免疫粒子群混合算法优化BP神经网络,并选取11种矿压主要影响因素作为模型基础数据,对工作面来压强度和来压步距进行预测。结果表明：IA-PSO-BP网络模型的收敛速度较BP网络模型和PSO-BP网络模型分别提高8倍和2倍,IA-PSO-BP网络模型的预测值与实测值基本吻合,预测结果的相对误差分别约为BP网络模型和PSO-BP模型的1/5和1/3。基于IA-PSO-BP的工作面矿压预测方法具有较快的收敛速度和较高的准确率,实现了工作面初次来压强度、周期来压强度、初次来压步距和周期来压步距距预测,为煤矿井下工作面矿压预测提供了一种新的技术途径。     

深部软岩巷道破坏分析及其稳定性控制

随着煤矿开采深度的加大,越来越多巷道围岩呈现软岩变形特性,变形破坏非常严重。针对石嘴山一矿深部高应力复杂软岩巷道围岩破坏特点,从地质赋存条件、水对岩石的软化影响和支护结构方面分析,制定了相应对策,提出了锚、网、喷、注全封闭联合支护,用FLAC3D2．0对支护效果进行数值模拟可视化计算,确保巷道的稳定性,对巷道支护实践有一定参考价值。     

基于图像检索技术的受载煤样裂隙演化规律

在煤岩试样破坏过程中进行CT扫描测试,可实现煤岩试样内部裂隙结构可视化表征,但是在加载过程中,因试样位移变形,会引起扫描层定位不准确,进而影响试验结果。为了解决这一问题,笔者利用图像相似性检索技术,检索出受载试样在不同应力水平下的最相似的CT图像,从而更加准确的描述受载煤样裂隙演化规律。研究结果表明：(1) 在三轴压缩破坏过程中,试样应力应变曲线分为5个明显的阶段,即初始压密阶段、线弹性变形阶段、塑性屈服阶段、峰值破坏阶段以及残余变形阶段。(2) 基于感知哈希算法的图像检索技术能够准确识别并定位不同应力阶段相似度最高的CT图像,且CT图像相似度随着轴向荷载不断增大而逐渐降低。(3) 在整个三轴加载过程中,CT图像的相似度绝对差均值表现出两个明显的变化阶段：缓慢增加阶段和快速增加阶段。(4) 分形维数可以定量描述裂隙演化,受载样品破坏过程中分形维数主要经历了缓慢减小,缓慢增大,快速增大三个阶段。     

煤结构对自燃性的影响

松散煤体在一定的外界环境条件下,其自燃性很大程度上受到煤自身化学结构和孔隙结构的影响,可通过分析煤结构来判断其自燃倾向性.通过BET吸附实验与程序升温研究,表明煤样的孔结构与煤样自燃反应性有一定的正相关系.同时,结合红外光谱的研究,得到了实验煤样的分子官能团归属,从煤样化学结构方面对煤自燃性影响因素进行了深入研究.研究结论对给定煤样自燃发火预测预报有重要的理论指导意义.     

添加CaCl2·6H2O/膨胀蛭石定形相变材料的尾砂基充填体热学与力学性能试验研究

采用常压浸渍法制备了CaCl₂·6H₂O/膨胀蛭石定形相变材料(CEV)，以金矿尾砂为充填材料骨料，制备添加CEV的充填体，对不同灰砂比和不同CEV添加比例下充填体的比热容、导热系数和单轴抗压强度(UCS)进行试验测试，分析了上述变量对充填体热学、力学性能的影响。结果表明:膨胀蛭石对CaCl₂·6H₂O的最大封装能力约为60%，CEV的熔化焓和凝固焓分别高达98.87 J/g和97.56 J/g。对于未添加CEV的充填体，比热容、导热系数和单轴抗压强度均随着灰砂比的降低而降低，对于添加CEV的充填体，比热容随CEV添加比例的增加显著提高，添加12% CEV后，其显热和潜热蓄热能力至少分别提高了10.74%和218.97%。然而CEV的添加会导致充填体孔隙增加，导热系数和单轴抗压强度均随CEV添加比例的增加而降低。当灰砂比为1:8，CEV添加比例分别为6%、9%、12%时，养护期为28天的充填体单轴抗压强度均小于1 MPa。综合考虑充填体蓄热能力和材料成本，推荐充填材料配比方案为灰砂比1:6、添加12% CEV，且添加CEV充填体的蓄热/释热温度区间推荐为20–40°C。本研究可为绿色矿山蓄热充填技术的应用提供理论依据。