含瓦斯煤岩流固耦合渗流数值模拟

为研究含瓦斯煤岩体长时效应及变形规律,采用理论推导与数值模拟的方法,利用含瓦斯煤岩变形理论与瓦斯渗流的基本理论,假定煤岩渗透率与体积应变正相关,推导获得体积应变与渗透率理论关系;利用COSOL Multiphysics软件,数值模拟研究了含瓦斯煤岩流固耦合的全过程,得到了含瓦斯煤岩渗流特性.研究结果表明:理论推导的体积应变与渗透率的关系式是合理的;当含瓦斯煤岩处于弹性阶段,煤岩体的渗透率随体积应变的增大而增大.研究结果对煤层瓦斯抽采参数设计具有重要的理论意义.     

基于PAC的采煤机滚筒自动调高系统设计

针对采煤机滚筒自动调高存在的技术难题和单纯采用记忆调高的局限性,采取以记忆调高为主,预见控制和模糊控制为辅的综合控制方法实现采煤机滚筒的自动调高。在没有可以直接分辨煤岩分界传感器的条件下用模糊控制进行处理,以判断截齿是否截割到岩层,从而输出控制,调整滚筒高度,实现智能调高。在硬件上采用PAC(可编程自动化控制器)取代传统的PLC控制,可大幅调高运算速度和能力,使运行可靠。     

煤岩非线性损伤试验及理论模型

为了研究煤岩材料的损伤演化过程,分别对煤和砂岩试样进行了轴向应变控制、定常环向应变控制、不同围压下的单轴压缩和三轴压缩试验研究,观察煤岩的实验损伤演化过程;对试验数据进行分析,结合煤样的变形损伤特征,基于损伤力学和热力学基本原理,推导并建立了煤岩非线性损伤演化方程和煤岩试样非线性损伤本构方程.通过试验结果验证了煤岩材料的非线性损伤理论的合理性,同时也丰富了煤岩损伤理论体系.     

煤岩显微组分的成烃实验研究与评价

选取了一批有代表性的煤和煤岩显微组分样品进行煤成油、成气的模拟实验、Ｒｏｃｋ－Ｅｖａｌ热解、色谱、色总－质谱等分析测定,提供了不同热演化阶段各类煤样的气态烃、轻烃、氯仿沥青Ａ、液态烃和总烃产率数据和曲线。综合研讨了煤的成油和成气规律及煤岩组成、热演化程度等对油气产率和产物组成的影响,并通过新疆吐哈盆地、塔里木盆地等煤成油气田样品的分析测定与各类煤岩样品生油生气模拟实验结果的对比研究,提出了烟煤阶段     

煤岩结构纳米级变形与变质变形环境的关系

煤岩结构的纳米级变形与变质变形环境有着较密切的关系. 在不同变质变形环境中, 煤岩结构可以发生显微变形, 甚至可以表现在纳米级尺度上, 由此并导致分子结构和纳米级孔隙结构(<100 nm)的变化, 后者是煤层气的主要吸附空间. 通过X射线衍射和液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤大的分子结构与纳米级孔隙结构特征进行了深入研究, 并结合高分辨透射电子显微镜对大分子结构和孔隙结构直观观测, 结果表明: 构造煤大分子基本结构单元(BSU)堆砌度L_c从低煤级变质变形环境至高煤级变质变形环境增长较快, 这主要反映了不同变形机制下构造煤不同变质变形环境的差异. 尽管温度因素对大分子结构参数L_c的变化也取重要作用, 但应力作用更明显. 煤BSU堆砌度L_c以及L_a /L_c参数的变化反映了构造变形强弱的变化, 可以当作构造煤结构纳米级变形程度的指示剂. 由于温度、压力的增大, 主要是定向应力的作用, 分子的局部定向性增强, BSU内各碳网及BSU间排列的秩理化程度明显增强. 对于纳米级孔隙结构的变形, 随着应力作用的增强, 同一变质变形环境不同类型构造煤纳米级过渡孔孔容所占比例明显降低, 微孔及其以下孔径段孔容明显增多, 可见亚微孔和极微孔; 过渡孔比表面积所占比例大幅度降低, 而亚微孔却增加得较快. 非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当. 但不同变质变形环境构造煤的纳米级孔隙的变形又有所区别. 温度与围压条件对纳米级孔隙特征参数的演化也有一定的作用, 但应力的变化却对纳米级孔隙特征参数的演化起到主要作用.     

煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性及产生机制

通过实验研究了不同加载方式下的煤岩破坏电磁辐射记忆效应特性;借助细观损伤力学和电磁动力学等理论,对煤岩内部结构损伤扩展及电磁辐射产生机制进行了分析。结果表明,煤岩破坏电磁辐射具有记忆效应特性,但记忆最大历史应力、纵向应变的能力明显优于记忆横向应变和体应变的能力,受载煤岩损伤破坏过程的不可逆性是煤岩破坏电磁辐射产生记忆效应的直接原因。     

基于地质雷达探测的煤—岩分界面实验分析

煤矿巷道掘进过程中,如果煤层相对比较厚无法进行全断面掘进,会在巷道的顶板或底板留有一定厚度的煤层,等待工作面回采过程中再次全部回采。因此,需要事先了解煤层顶—底板的煤层的变换,即煤岩界面的实时快速的识别。本测试实验地点在单候煤矿巷道下进行,利用煤和岩石的物理电性差异,采用高频电磁波反射方法(即探地雷达方法)识别煤—岩界面。最终得出单侯煤矿5104工作面43.8 m和50.2 m测区煤—岩分界面变化图。     

一种基于2DPCA的煤岩识别新方法

针对传统PCA方法用于煤岩识别常常面临图像维数高,直接计算数量大的问题,提出并实现了一种基于2DPCA的煤岩识别方法。这种识别方法是基于图像矩阵的主分量分析法,由于它的协方差矩阵可由原图像矩阵直接构建,因此2DPCA使用的协方差矩阵同传统PCA相比要小很多。实验结果表明,在训练样本数相同的情况下,2DPCA耗时仅占PCA总耗时的60%左右,并且随着训练样本的增多,2DPCA与PCA之间的耗时差会越来越大。识别率较PCA方法提高了近10%,图像SNR也由原来的4.53 dB提高到12.17 dB。2DPCA在速度方面表现优越,准确性方面也令人满意,有效的提高了煤岩识别的效率。     

小波去噪含水煤岩单轴压缩红外热像特征

研究红外热像的多步骤滤波去噪技术以及基于红外热像的含水煤岩单轴压缩损伤特征分析.对试验室尺度煤岩试样进行了浸水饱和、单轴加载试验与红外热成像探测.对在试验中得到的红外热像,首先利用中值滤波去除脉冲噪声;然后利用小波多分辨分析算法去除热像中的相干噪声.研究结果表明:红外图像温度分布的不同模式表征了不同的损伤阶段,即随机分布的小尺度高低温区代表压密阶段;大尺度集中高温区是破坏的早期信号;贯通性大尺度高温区是破坏的临界点;孤立大尺度低温区表示由微破裂汇合而成的塑性损伤,是损伤局部化的表征;贯通的大尺度低温区代表宏观破坏.浸水煤样有较大的原始损伤;在压密、弹性、微裂纹稳定扩展、非线性破坏等各个峰前阶段的损伤尺度与扩展速率大于不含水煤岩;在峰值后只有应变软化阶段,以突然失稳形式破坏.     

急倾斜煤层巷帮变形失稳数值模拟

为控制新强煤矿急倾斜煤层巷帮变形失稳,采用数值模拟、理论分析和现场试验相结合的方法对急倾斜松软煤层回采巷道围岩变形破坏规律、合理支护方式与支护参数进行研究.研究表明:急倾斜松软煤层两端区是破坏的集中区域,下端头破坏更为剧烈,急倾斜松软煤层巷道的变形与破坏具有非对称性;急倾斜煤层巷道无支护时,巷道冒顶、底鼓、上帮破坏比较严重,而采用锚杆支护后,底鼓是影响上帮稳定性的关键,巷道上帮底角是控制的关键部位.通过数值模拟优化,确定了最终的支护参数,并进行了现场工业性试验,观测结果表明:巷道变形得到了有效控制,取得了较好的支护效果.