下保护层开采覆岩裂隙演化规律模拟试验

以寺河二号井为试验矿井,采用相似模拟和数值模拟实验对下保护层开采后覆岩裂隙演化规律进行研究,结果表明:下保护层开采后覆岩冒落带发育高度为4m,裂隙带发育高度为26m;工作面回采过程中,覆岩破坏呈倒置的梯形演化,覆岩离层裂隙向前与向上同时渐进式演进;覆岩离层裂隙主要经历了形成、扩展、闭合三个过程,随着工作面的逐步推进,中部采动裂隙被上覆岩层压实,而受煤柱支承作用,近煤壁区域裂隙数量仍然非常大;下保护层开采后上覆岩层采动裂隙以高角度、中宽度为主,裂隙数量随着覆岩高度的增加而逐渐减少;下保护层开采后裂隙带分布呈两边高中部低的"马鞍形"。     

被保护煤层底板穿层抽采钻孔合理布置方式研究

为了保障穿层抽采钻孔施工安全和提高被保护层卸压瓦斯抽采效果,通过上保护层开采邻近煤层瓦斯涌出情况的分析和上保护层开采底板煤岩体卸压特征的数值模拟分析,对不同层间距被保护层穿层抽采钻孔的合理布孔方式进行了研究。现场试验表明：下伏不同层间距被保护层底板穿层抽采钻孔不同的布置方式能保障钻孔的安全施工和被保护层卸压瓦斯高效抽粟。     

采场下伏不同距离被保护层应力场演化特征研究

为深入了解开采上保护层的卸压特征,通过开采上保护层底板煤岩体应力变化的数值模拟,对不同距离被保护层的应力变化情况进行了研究.研究表明:随着层间距的增大,被保护煤层的卸压范围越小,卸压程度越低,被保护煤层卸压范围内应力变化也由“W”型向“V”形转化     

大兴矿N2-203开采保护层卸压瓦斯抽采研究

针对开采保护层时瓦斯容易超限的问题,分析了开采煤层过程中,保护层在采动应力作用下卸压增流效应及卸压瓦斯运移规律,采用了对被保护层瓦斯卸压抽采和分源治理的技术措施,以大兴矿瓦斯治理为例,通过实施"封堵漏风口、浅埋大管路、短抽上隅角"等开采保护层和钻孔抽采瓦斯等关键性治理技术,解决了开采高瓦斯煤层群过程中综采面大面积悬顶上隅角空间和回风流中浓度超限的问题,实现瓦斯资源的回收再利用。     

东荣三矿综采工作面矿压规律研究

结合双鸭山分公司东荣三矿的实际条件,从矿压显现的时空关系及其相互作用规律出发,采用现场测试及数值模拟的实验方法,研究近距离煤层群开采过程中产生的应力场及位移场对回采工作面及其周边巷道的影响;从而确定煤层群开采过程中,采准巷道与工作面开采之间合理的时空关系及其巷道的合理支护方式。     

晓明矿4—1#煤层上行开采研究

针对晓明矿地质条件,综合运用关键层理论、围岩平衡法、“三带”法、数值分析及巷道探查等方法分析了7#煤层回采后上覆围岩活动规律,确定了上部4—1#煤层的底板下沉量、煤体破坏程度及煤层应力状态以及煤层的连续性和完整性。综合理论分析、数值分析及现场探查结果,判定4—1#煤层上行开采是可行的,并提出回采设计方案,为晓明矿及类似条件矿井进行上行开采提供了参考。     

多分支水平井技术提高煤层透气性机理分析及数值模拟

本文研究了煤层瓦斯解吸-扩散-渗流的运移规律;分析了多分支水平井技术的增透机理：增大瓦斯解吸影响面积,沟通煤层裂隙并促进裂隙发育,降低瓦斯流动阻力。以山西晋城煤层气田为例,通过分支井产量模型研究分析得出分支数目和分支段长对产能的影响关系：分支井数目越大,抽采效果越好;分支井长度越长,抽采效果越好。     

顺煤层水力割缝抽采煤层瓦斯渗流规律数值模拟

为得到顺煤层水力割缝抽采瓦斯渗流规律以及预测水力割缝后瓦斯气体抽采量,结合渗流力学和弹塑性力学理论,建立了水力割缝抽采煤层瓦斯的固流耦合数学模型,同时给出了相应初始条件及边界条件。利用Madab计算得到顺煤层水力割缝后煤体应力场、瓦斯压力场以及瓦斯抽采量变化规律。数值模拟结果显示：水力割缝后,煤体有效体积应力得到释放;沿割缝方向储层卸压效果明显;煤层内裂隙、裂缝数量增加,长度和张开度增大;煤体渗透性能增强;煤层气抽采量较普通钻孔有较大幅度的提高。模拟结果显示了顺煤层水力割缝抽采煤层气的优势。此模拟方法对煤层气增产工业中确定水力割缝工艺参数以及预测瓦斯产量具有重要的指导意义。     

“三软”大倾角厚煤层大采高综采工作面应力分布规律研究

结合神火集团泉店煤矿14050工作面地质信息,通过FLAC3d数值模拟研究"三软"大倾角大采高工作面的覆岩结构运动及破坏规律,分析工作面倾角、采高对工作面顶板内应力分布规律的影响,从而归纳总结"三软"大倾角厚煤层大采高综采工作面矿压显现规律,为后续工作面的设计布置、巷道推进速度、支架参数确定及支护效果奠定基础,同时也为同类型煤矿提供借鉴。     

顺层交叉钻孔预抽瓦斯技术在高瓦斯低透煤层的试验研究

针对高瓦斯低透煤层瓦斯预抽效果不佳、抽采工艺参数设置不够合理的问题,通过对交叉钻孔围岩塑性区应力叠加效应的理论分析,阐述了其增透利抽、提高本煤层瓦斯预抽效果的机理,罗列了交叉钻孔施工参数要求;结合某矿12103工作面交叉钻孔预抽瓦斯技术的试验应用,量化对比分析了两种钻孔瓦斯预抽效果。结果表明:在不增加工程量的条件下,与传统的平行钻孔相比,交叉布孔方式可将本煤层瓦斯预抽率提高0.77倍左右,有效改善了高瓦斯低透煤层瓦斯预抽效果,降低了工作面回采时瓦斯事故发生的概率,为矿井安全生产增添了保障。     

煤层注水钻孔周围水压衰减规律的研究

为了获得煤层注水过程中不同注水压力影响下的煤体内水压分布特征,对煤层注水的过程进行了数值模拟试验研究,分别模拟了注水压力为2、4、6、8、10、12、14 MPa时,煤体内水压的分布特征。试验结果表明:注水一定时间,煤体内水压分布近似呈圆形分布;注水压力一定时,随着距注水钻孔距离的增加,水压逐渐减小;随着注水压力的增大,注水的有效范围逐渐扩大。最后采用逐步回归分析方法在SPSS软件中进行回归分析,得到了煤层注水过程中钻孔周围水压的分布函数,为煤层注水技术在矿井应用过程中注水参数的选择提供参考。     

基于MRT-LBM的分形裂隙网络渗流数值模拟

单一裂隙渗流规律的研究是岩体裂隙网络渗流规律及渗流场与应力场耦合作用研究的基础和关键．由分形插值算法重构天然粗糙裂隙面，用LatticeBoltzmann方法的MRT—LBM模型，在岩石粗糙裂隙表面微观结构的层次上，对两种具有不同垂直比例因子的粗糙裂隙面进行了数值模拟，得到优势渗流路径长度后，预估了渗透率．针对难以找到优势渗流路径的天然裂隙网络，在数值试验的背景下，提出了一个新的预估渗透率的截面渗透率加权法．该算法不具体针对某条优势路径或某些较优势路径，而是考虑每个截面对阻碍流体通过的贡献．接着对两组基于图像处理的天然裂隙网络进行了数值模拟，预估了各自的渗透率并再现了偏流现象，发现优势渗流路径在演化初期已具雏形，以后逐渐被强化．此外，使用该方法可以清楚地观察到渗流网络中的局部流体流动细节，局部分支路径回流和局部漩涡可能同时存在．证明了该方法的有效性，并为后期的跨尺度渗流模拟奠定基础．     

基于FLAC3D的露井联采下采空区顶板安全厚度研究

在露天煤矿露井联采安全开采的过程中,确立采空区顶板安全厚度和跨度之间的关系已成为一项关键技术。通过对比多种理论方法后,提出了采用普氏拱理论法与长宽比梁法相结合的研究方法,明确了采空区临界高度的概念及计算公式,并应用于某露天矿的实际生产中。在此基础上,运用FLAC3D数值模拟监测采空区上覆岩层中关键点的位移变化量,完成对采空区上覆岩层突变分析的研究。结合数值模拟、理论算法与实际情况,给出了采空区顶板安全厚度在不同跨度下的取值,对露天开采具有一定的参考价值。     

基于概率积分法和数值模拟的采空塌陷区对高速公路影响的预测

利用采煤引起的开采沉陷研究理论和概率积分法,以及ADINA三维模型的建立,结合已有采空区沉陷理论及经验公式和数值模拟对其进行综合分析,并选取合理的计算参数和建立基本数学模型.结果表明,概率积分法和数值模拟的综合分析能够比较准确预计煤层采动覆岩的剩余变形量,对于未来进行灾害的预测和采空塌陷区上高速公路的建设具有重要的意义.     

纤维编织网联合钢筋增强混凝土梁受弯性能解析理论

纤维编织网增强混凝土（TRC）是一种新型的高性能纤维增强水泥基复合材料，其不但有良好的耐腐蚀性，还可以有效限制混凝土的裂缝发展，使混凝土的裂缝宽度和间距变得更小．但由于纤维本身的脆性特征，使TRC结构达到极限荷载时没有明显的破坏预兆，而普通钢筋混凝土结构则由于特殊保护层厚度的限制，具有较大的自重，且不能有效限制结构的主裂缝发展．为克服二者的不足，本文创新性地提出纤维编织网联合钢筋增强混凝土结构，其充分利用了TRC和RC的优点．采用TRC替代其受拉区保护层的部分混凝土，同时减掉纤维编织网所替代钢筋用量，以发展一种自重小、使用安全、耐久性好的结构．分析了这种结构适筋梁的受弯发展过程，基于平截面假定按非线性分析理论给出了整个受力过程不同阶段梁的承载力，M-φ关系和跨中挠度的解析计算公式．最后通过与试验结果的对比，验证公式的合理性．     

基于核磁共振技术的石膏粉末型3D打印试样水理特性及裂隙渗流特性初探

基于石膏粉末的3D打印技术目前在岩石力学领域及石油领域应用广泛.为使该技术更广泛应用于有水条件下的岩石和油气工程,对真空渗透固化改进的石膏粉末型3D打印试样进行了水理特性和裂隙渗流特性研究.首先,借助SEM和低场核磁共振技术(NMR)研究了该3D打印试样的微观结构特征和孔隙分布特征.其次,分别对试样在自然吸水和有压饱和条件下开展了吸水→饱和→干燥的干湿过程试验,并借助NMR技术研究了试样干湿过程中的水分迁移特征.在此基础上,分别对干燥和饱和试样开展了单轴压缩试验,研究试样遇水软化特征.最后,基于NMR岩石驱替渗流分析成像系统,对4种含不同粗糙度(JRC)的裂隙打印试样开展了恒围压、渗透压的渗流试验,借助实时核磁T₂谱和成像研究了试样的裂隙渗流规律.结果表明,渗透固化的石膏粉末型3D打印试样内部大小孔隙分布均匀且连通性好,总孔隙度为18.4%;试样自然吸水时以中、大孔隙充水为主,有压饱和时其大、中和小三种孔隙均充水饱和;试样的自然吸水率、饱和吸水率以及饱水系数分别为6.01%, 8.8%和0.68,与一般砂岩很接近;相比干燥时,饱和试样的变形大、峰值强度降低明显,其...     

基于模糊C-聚类分析的回采工艺选择及MATLAB实现

煤矿生产中,各个回采工作面的地质条件是影响回采工艺选择的决定性因素,工作面回采工艺选择的合理与否,直接关系到煤炭开采的效率.由于地质因素的不确定性和模糊性,导致了在回采工艺方式选择问题上的复杂性.快速发展的模糊数学为分析这类问题提供了一个很好的解决办法.这里采用模糊数学中C-均值聚类对已采工作面进行分类,并利用分类结果对未采工作面选择何种回采工艺做出预测,这种复杂的计算过程借助了MATLAB逻辑工具箱中的C-均值聚类函数(FCM)来完成,使大量数据的分析得以实现,大大提高了数据处理的效率.     

高位抽采下近距离煤层采空区复合致灾数值模拟研究

从煤矿井下安全生产的角度出发,以西铭矿近距离煤层采空区的特点为例,建立了一种高位巷抽采下近距离煤层采空区三维模型。通过Ansys Fluent对采空区气体流动控制方程和非均匀瓦斯释放源项、浮煤耗氧源项进行三维稳态解算发现,随着高位巷抽采流量的不断增大,抽采瓦斯总量逐渐升高,抽采浓度和抽采效率逐渐降低,在抽采流量升至30 m3/min后,所有变化趋势变缓。上部邻近煤层高氧浓度富集区不断增大,下部遗煤处无明显变化。研究表明,采用抽采流量都为20 m3/min的高位巷与上隅角埋管相结合的瓦斯抽采方法能有效控制采空区复合致灾隐患。     

吉林郭勒二号露天矿合理工作线长度的优化

露天矿工作线长度是露天开采设计中的一个重要参数,它直接影响到露天矿的生产能力以及经济效益.考虑到吉林郭勒二号露天矿的煤层赋存条件、生产能力、开采工艺及设备类型、工作帮水平推进速度、内排土运距等因素,采用露天矿SMCAD三维建模软件,对吉林郭勒露天矿进行模拟开采.选取12个不同长度的工作线,每个方案设置21个工程位置,分析了不同工作线长度与生产剥采比、运输费用的变化关系.通过以上分析比较,对工作线长度进行了优化,确定出经济合理的工作线长度.     

大倾角综放工作面粉尘运移速度变化规律及影响因素分析

大倾角综放工作面内的粉尘运移过程主要受重力和拖曳力的作用。通过对其进行受力分析,分别建立了沿工作面方向和垂直工作面方向上的粉尘运动速度模型,研究其变化规律。结果表明:在拖曳力和重力作用下,风速、工作面倾角、粒径是影响粉尘运动速度的主要因素;沿工作面方向上,在0~0.2 s内,粉尘运动速度快速增加至接近于风速,且倾角和风速越小,逼近趋势越明显;沿垂直工作面方向,粉尘粒径越大、倾角越小,最终稳定沉降速度越快,5μm粒径的粉尘颗粒在工作面45°倾角条件下的沉降速度为0.36 m/s,与实际相符。研究结果为更好地采取措施降低采煤工作面粉尘浓度提供了理论支持。