抚顺龙凤矿冲击地压实验室研究报告——用煤(岩)刚度建立冲击性指标的研究

本文用刚性试验机、声波检测仪和显微镜等仪器测定了抚顺龙凤煤矿主要煤层及其顶、底板岩石的物理力学性质,获得1,100多个数据及110余条全程应力—应变曲线.通过力学模型,分析探讨了冲击地压的机理、发生的条件以及防治措施.并提出利用煤(岩)全程应力—应变曲线峰值前、后刚度的变化来建立冲击性指标的建议.     

层间岩层厚度对上组煤的影响分析

下组煤的开采直接影响着上组煤及其顶底板的稳定性,层间岩层厚度及岩层垮落特征是能否进行上行开采的关键因素。以山西省吕梁某矿4号煤层与42采区煤层层间岩层为背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究层间岩层厚度变化对层间岩层及其垮落特征的影响,以便确定42采区上组煤层开采的可行性。结果表明:当层间岩层厚度为18.2～28.2 m时,42采区煤层位于4号煤层裂隙带,顶底板较完整,可进行上行开采,同时在4号煤层采空区边界上方出现悬空结构,上行开采时应采取底板充填、调斜工作面等措施以避免矿压灾害的发生;当层间岩层厚度为10.2 m时,42采区的煤层位于4号煤层规则垮落带与裂隙带的交界处,42采区煤层及其顶底板遭受严重破坏,不建议开采;当层间岩层厚度为10.2～18.2 m时,42采区煤层处于4号煤层裂隙带,但裂隙较发育,需采取一系列安全技术措施或延长间隔时间,方可进行开采。该研究可为类似条件下的上行开采可行性分析提供理论依据与工程参考。     

利用测井资料评价煤层顶底板的裂缝发育程度

针对常规测井难以有效评价煤层顶底板裂缝发育程度的问题,对鄂东气田东缘韩城矿区50块煤层顶底板砂泥岩样品进行岩石力学特性实验研究。在静态力学参数刻度测井资料计算的动态岩石力学参数的基础上,对煤层顶底板的完整性系数、破裂系数、稳定性系数进行了计算,进而对研究区煤层顶底板裂缝发育程度进行评价。结果表明:所述方法能够有效地预测煤层顶底板的裂缝发育程度;研究区煤层顶底板裂缝较为发育。煤层含气量分析化验和排采结果显示,在裂缝发育的井区含气性和排采出气量较低,表明煤层顶底板的封闭性较差。     

勘探阶段可采煤层顶底板岩体质量分类模型

提出了在煤田勘探阶段利用主要物理力学性质指标和岩体质量指标进行可采煤层顶底板岩体质量分类的模型.以新疆伊犁州尼勒克县某煤矿为研究背景,选取了天然单轴抗压强度、饱和单轴抗压强度、天然抗拉强度、饱和抗拉强度、天然抗剪强度、饱和抗剪强度、天然密度、含水率、孔隙率、软化系数和RQD值等11项因子作为分类指标,以该煤矿8个可采煤层顶底板的50组岩样样品作为学习样本,首先采用因子分析和Q型聚类分析方法对样品进行综合评价分类,分类结果理想;然后分别计算每一类别样品11项分类指标的平均值并进行对比分析,结果表明,11项指标选取合理;最后采用Fisher判别分析方法对50组样品进行训练,建立了相应的Fisher判别模型,经检验正确率达到98%;将该判别模型应用到乌鲁木齐市某一煤矿对岩样进行分类,其分类结果与神经网络模型、因子和聚类联合分析的分类结果一致,有3个分类结果与规范分类出现偏差,经分析认为新建的判别模型分类结果更为真实可靠.     

组合方式对煤岩组合体力学特性和冲击倾向性影响实验研究

为探讨组合方式对煤岩组合体力学特性和冲击倾向性的影响,基于煤岩单体试件单轴压缩实验,对自主构建的二元、三元组合体开展单轴压缩实验研究,探讨不同组合体力学特性和冲击倾向性规律。结果表明:组合体呈"碎状"、"锥形"、"Y形"破坏;应力应变曲线对比明显,有煤参与的组合体,压密阶段明显,无煤参与的组合体,弹、塑性阶段显著;组合体强度受中间试件和上下试件接触面积的影响:中间试件相同时,上下试件接触面积越大,组合体强度越小;组合体中弹性模量小的软弱岩层是能量积聚的主要载体;组合体组分之间硬度差别越大,冲击能量指数越大,冲击倾向性越强。     

“三软”煤层采动底板变形特征数值模拟与实测对比分析

通过数值模拟系统研究了矿山压力作用下郑州矿区超化煤矿22061工作面"三软"煤层底板采动变形破坏的深度及其受岩层组合结构控制的变化规律.提出了在正常采动情况下软顶、厚的软煤和软底的"三软"煤层底板变形仅发生在一定浅部范围内,厚的软煤和软底对应力和变形的传播具有一定的缓冲作用.揭示了中段灰岩组(L7、8灰)对应力分布和变形破坏的重要控制作用,并与该面的实测相关结果进行了对比分析.这为豫西煤炭资源向深部开采所引起的底板水防治提供了部分力学的参考依据.     

基于熵权-理想点法的煤层冲击倾向性分类

针对目前采用的煤层冲击倾向性判别方法存在的不足,基于理想点法的基本原理,选取动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数和单轴抗压强度作为评判指标,通过信息熵理论确定各指标的权重系数,建立基于熵权-理想点法的煤层冲击倾向性判别分类模型,并将该模型应用在实验室实测煤样的冲击倾向性分类中.研究结果表明:熵权-理想点法的判别结果与综合判定方法结果相同,且符合实际情况,从而验证了该方法用于煤层冲击倾向性分类的合理性和有效性.     

煤层冲击倾向性的模糊综合评判

本文根据煤层冲击倾向性的五项指标,应用模糊数学的方法对砚石台煤矿6号煤层的冲击倾向性进行了三级模糊综合评判。其评判结果表明,该煤层具有中等倾向性。这一结果较好地反映了该煤层的实际情况,并对该矿冲击地压的防治具有参考价值。图1,表1。     

焦家寨煤矿2号煤综采中位放顶煤工作面矿压研究及应用

通过对焦家寨煤矿2号煤层22105综采中位放顶煤工作面的矿压观测和研究分析,明确了工作面上覆岩层的运动变化规律、变化参数以及矿压显现程度对工作面生产的影响,可为今后工作面两巷超前支护及采煤设备、支架选型提供重要的决策依据。     

煤层下伏岩层采动变形规律及承压水突水机理研究

煤层底板突水是华北区域煤矿事故的最主要原因.基于肥城矿区地质条件,应用FLAC3D软件和岩石力学电液伺服系统分别对开采煤层下伏岩层移动变形规律、岩体的渗透特性、岩体在渗流场作用下的变形破坏特征等方面进行了深入研究,分析了水体上煤层开采突水机理,为确定高突危险水体上煤层的安全开采技术与工艺奠定了理论基础,具有十分重要和深远的意义.     

大尺度冲击性煤体电阻率变化规律的实验研究

在未加载条件下对大尺度煤样的电阻率测试结果表明,在自然状态下煤样的电阻率较大;经过浸泡后其电阻率明显下降.在单轴压缩条件下的大尺度冲击性煤样电阻率实验表明,电阻率变化曲线整体上成不对称的"凹"型,基本符合二次曲线;煤样电阻率随压力增加逐渐减少,当达到一定的应力值时,电阻率达到最小值;继续加载,电阻率将升高,直到完全失稳.1#、3#和4#煤样单轴抗压强度与其受载过程中的视电阻率变化存在一定的正相关性;受载煤体的电阻率变化与其变形破裂过程中的裂隙分叉、发育、汇合贯通密不可分;兼有剪裂和拉裂特点的破坏类型可能是大尺度煤样较常见的破坏形式.     

冲击地压的区域危险性预测

对砚石台煤矿地应力进行地现场测试。采用５种指标对该矿６＾＃煤层冲击倾向性进行了实验研究。通过煤体强度实验建立了其强度准则,并结合工程实际建立了能量判据。在此基础上,根据“三准则”机理模型,对该矿６＾＃煤层冲击地压的区域危险性进行了预测。     

承压破碎煤矸石力学性能研究

为了研究煤矸石作为路基填筑材料时的力学性能,进行了标准煤矸石的单轴压缩试验、变角剪切试验和劈裂试验,以及破碎煤矸石的压实试验。测试得到了煤矸石的抗压强度、内聚力、内摩擦角和抗拉强度等基本力学性能指标,还得到了5种Talbol幂指数下,承压破碎煤矸石的应力-应变曲线。研究表明:(1)煤矸石的拉压性能差别较大,抗拉强度是抗压强度的8倍;(2)破碎煤矸石压实过程中,应力呈先缓慢增大后快速增大的变化规律;(3)随着Talbol幂指数的减小,低应力水平时试样的变形量较大,高应力水平时试样的变形量较小。研究结果可为煤矸石作为路基填筑材料的推广应用提供试验依据和理论参考。     

极近距离煤层采空区下顺槽巷道掘进技术

针对四台矿404盘区10^#层与11^#层属极近距离煤层，10^#层已采空，掘进11^#层5423顺槽穿越采空区时，压力显现明显，掘进非常困难的状况，通过采取一系列的先进施工工艺，顺利地实现了巷道的掘进，总结出了一套完整的极近距离煤层顺槽巷道掘进方法。     

单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验

冲击地压是煤岩体损伤破坏的特殊表现形式，为了弄清冲击地压的发生机理，利用CT机及其配套专用加载设备，进行了单铀压缩荷载作用下煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩在从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数。通过对CT数和方差等数据进行分析，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律，为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据，可进一步研究煤岩的宏观破坏及其本构关系。     

压缩荷载下煤岩损伤演化规律细观实验研究

利用计算机层析摄影技术 (CT)进行了单轴压缩荷载作用下脆性煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验 ,得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数 .根据实验结果可把白皎煤矿煤岩细观损伤演化规律全过程分为 5个阶段 :损伤弱化阶段、准线性阶段、损伤开始演化和稳定发展阶段、损伤加速发展阶段、峰后软化阶段 .通过对CT数及其方差进行分析 ,得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律 ,为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据 .     

煤岩单轴压缩声发射试验分形特征分析

针对有效预测煤岩破裂引起的动力灾害的难题,运用分形理论建立了声发射参数分形维数计算模型,对冲击倾向性煤岩单轴压缩声发射试验信号分形特征进行了研究. 结果表明:随试件的加载进程,声发射能量计盒维数逐步上升,破坏前上升到最高;关联维数降低,试件破坏前下降到最低;Gauss Amp方程能较好地描述煤岩在单轴压缩荷载作用下声发射能量关联维数随荷载的变化规律;可将声发射能量关联维数的持续降低作为煤岩失稳破坏的前兆.      

煤岩学原理在粉煤成型机理中的应用

针对多煤种粉煤的无粘结剂常温成型，发挥发分煤加粘结剂成型和双组分型煤热成型等，运用煤岩学原理，采用显微观测，显微照相、扫描电镜观察等煤岩学方法，对粉煤成型机理作了较系统的研究，证明用煤岩学原理研究和解释成型机理是可行的，显微结构是决定型煤强度的关键因素之一。     

洗煤厂煤质管理信息系统的开发

介绍了基于C/S模式的洗煤厂煤质管理信息系统的开发。在系统分析的基础上,提出了系统的网络结构与功能结构,并就系统实现中的安全管理机制、数据报表设计、与LED显示屏播放系统的集成等关键技术,进行了详细介绍。该系统的开发与应用,对于加强企业生产控制,提高产品质量具有重要的意义。     

煤矸石混凝土冻融损伤本构关系试验研究

通过对冻融后煤矸石混凝土的单轴受压试验,研究了冻融循环次数和煤矸石取代率对煤矸石混凝土力学性能的影响,提出了冻融作用下煤矸石混凝土峰值应力、峰值应变的退化规律,并拟合应力-应变曲线,提出了煤矸石混凝土冻融损伤单轴受压本构关系。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土峰值应力逐渐降低,峰值应变和极限应变逐渐增加,应力-应变曲线趋于扁平,受压早期压实效应尤为明显,弹性模量迅速降低,应力-应变曲线前端部分出现下凹。此本构关系精度较好,对煤矸石混凝土的推广应用和进一步改性研究有一定参考价值。