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当期目录

    2015年 第32卷 第1期    刊出日期:2015-01-15
    论文
    新疆大型煤炭基地科学采矿的内涵与展望
    张东升, 刘洪林, 范钢伟, 王旭锋
    2015, 32(1):  1-6. 
    摘要 ( 1332 )   PDF (280KB) ( 1928 )  
    相关文章 | 计量指标
    新疆煤炭资源丰富,是我国第14个现代化大型煤炭基地。因其处于干旱和半干旱地区,故新疆大型煤炭基地的科学开发,首先就面临“煤炭资源大规模高效开采与极脆弱生态环境保护”这一矛盾,必须解决“生态环境保护性高效开采”这一科学难题。基于新疆煤炭资源的禀赋特征和科学开采面临的挑战,对如何开展“现有厚煤层综采技术的适应性、生态环境容量制约下的高效开采技术的选择性、保水开采与充填开采的可行性以及巨厚煤层与急倾斜厚煤层综采技术的原创性”等科学采矿课题的内涵、目标、特色等内容,提出初步构想与展望,以期拓宽我国大型煤炭基地绿色发展的建设思路。
    覆岩多层坚硬顶板条件下特厚煤层综放工作面支架阻力确定
    刘长友, 杨敬轩, 于斌, 吴锋锋
    2015, 32(1):  7-13. 
    摘要 ( 1377 )   PDF (279KB) ( 1947 )  
    相关文章 | 计量指标
    为分析覆岩多层薄采空区坚硬顶板条件下特厚煤层工作面的强矿压显现机理,合理确定工作面支架支护阻力,采用理论分析、相似模拟与现场实践相结合的研究方法,对特厚煤层开采条件下的多层顶板破断规律与工作面支架阻力确定问题进行了探讨,得出了工作面支架阻力确定原则与方法。研究表明:多层坚硬顶板的破断形式与破断次序对工作面矿压显现影响较为明显;关键层顶板的单层垮断或多层同步失稳将对应不同的工作面支架阻力;坚硬厚层顶板同步失稳条件下,单纯提高支架阻力将难以满足特厚煤层工作面合理支护要求。以大同矿区某煤矿工作面生产实际为背景,对特厚煤层工作面进行了支架合理选型同时配以坚硬顶板的水压致裂控制技术,取得了良好的顶板控制效果。
    大倾角煤层大采高综采围岩运移与支架相互作用规律
    解盘石,伍永平,王红伟,任世广
    2015, 32(1):  14-19. 
    摘要 ( 1429 )   PDF (361KB) ( 2055 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了研究大倾角厚煤层大采高综采围岩运移规律,采用现场实测、数值模拟和相似材料模拟实验相结合的方法,分析了大倾角大采高采场围岩运移、顶板结构和“支架-围岩”相互作用特征。结果表明:其采场围岩运移规律与一般采高大倾角煤层相似,具有明显非对称性;但大采高采场围岩的运移特征更为活跃,初次来压和周期性来压步距均明显减小,来压强度增大,并伴有煤壁片帮现象。采空区垮落顶板的滚滑、充填空间增大,破断基本顶易形成反倾向堆砌结构,工作面下部充填压实程度增加,导致工作面顶板受力非均衡性更明显,采场覆岩易形成多级梯阶岩体结构。顶板与支架的接触及施载特征更为复杂,支架载荷变化幅度增大,架间相互作用明显,工作面装备防倒、防滑难度加大。
    孤岛面开采强矿震异常区的被动声波探测技术及应用
    曹安业, 井广成, 窦林名, 巩思园, 赵永亮, 张贞良
    2015, 32(1):  20-27. 
    摘要 ( 1824 )   PDF (1038KB) ( 1807 )  
    相关文章 | 计量指标
    针对鲍店煤矿103上05孤岛面综放开采面临的高应力集中与强矿震威胁,论文在分析声波波速与加载载荷的关系基础上,建立了基于矿震被动声波探测的孤岛面开采矿震异常区评价方法,提出了采用P波波速异常与波速梯度异常2个指标进行采动应力集中程度的评价,并给出了判别标准,最后开展了现场实践。研究表明:P波波速与应力场具有正相关特性,103上05孤岛工作面临近小采空区侧常出现高波速与高波速梯度异常区,与后续开采阶段的强矿震异常区基本重合。实践证明该方法能够对孤岛面开采强矿震危险性与危险区域做出有效动态评价,强矿震活动的预警准确率较高。矿震被动声波探测技术提升了煤矿强矿震、冲击矿压等煤岩动力灾害的微震识别水平。
    岩石声发射振铃累计计数与损伤本构模型的耦合关系探究
    吴贤振, 刘建伟, 刘祥鑫, 赵奎, 张艳博
    2015, 32(1):  28-34. 
    摘要 ( 5096 )   PDF (489KB) ( 6941 )  
    相关文章 | 计量指标
    为探讨岩石不同破坏模式下声发射特征及其参数与应力、应变、损伤变量之间的关系,通过RMT-150C型测试系统及SAEU2S声发射系统对砂岩、变粒岩、花岗岩和石灰岩4类岩石单轴压缩下声发射特征进行实验研究。研究表明:在峰值应力之前,脆性破坏、脆-延性破坏模式的岩石声发射振铃累计计数均有剧烈增加的现象,延性破坏模式的岩石声发射振铃累计计数则是先激增而后有一段“平静期”,可作为岩石即将进入破坏阶段的前兆信息。以时间为中间变量,建立了脆性破坏、脆-延性破坏及延性破坏模式下岩石声发射振铃累计计数与应变的关系模型;基于威布尔分布岩石损伤本构模型,进一步推导出声发射振铃累计计数与损伤变量、应力的耦合关系。经实测数据与所建模型对比验证,延性破坏、脆性破坏模式本构模型精度较高,可为岩石损伤评估提供依据。
    基于模糊层次分析法的厚煤层采煤方法选择研究
    宋高峰, 潘卫东, 杨敬虎, 孟浩
    2015, 32(1):  35-41. 
    摘要 ( 1908 )   PDF (382KB) ( 2154 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了克服传统评判方法的主观性和单一性,提出了利用模糊层次分析法选择采煤方法的新思路。根据模糊综合评判方法基本原理,针对厚煤层采煤方法选择的模糊性和不确定性,结合东庞矿2#煤层的工程实例,确定了4个影响厚煤层采煤方法选择的一级评判因素,即煤层地质条件、经济效益、技术水平和安全指标,以及23个二级评判因素;采用模糊层次分析法确定一级评判因素、二级评判因素的权值。应用本评判模型对东庞矿厚煤层采煤方法的选择进行综合评判,评判结果表明:厚煤层分层开采、大采高一次采全高、放顶煤开采的隶属度分别为23.19%,41.07%,35.74%,确定大采高一次采全厚为最佳开采方案。
    煤矿膏体充填材料性能随龄期变化的试验研究
    戚庭野,冯国瑞,郭育霞,张玉江,任昂,康立勋,郭军
    2015, 32(1):  42-48. 
    摘要 ( 1362 )   PDF (1121KB) ( 2254 )  
    相关文章 | 计量指标
    煤矿膏体充填材料(CPBM)由煤矸石、粉煤灰、水泥和水为原料混合而成。为了了解各原料的性质,对煤矸石和粉煤灰的矿物组成、化学成分进行了分析,对固定配比CPBM在不同龄期的抗压强度、孔隙率和电阻率性能进行了研究,测定和观测7,14和28 d的矿物成分和微观结构;针对抗压强度、孔隙率、电阻率和水化过程之间存在的相关性进行了深入探讨。结果表明:1) 随龄期的增长,CPBM抗压强度增强,毛细孔减少,孔隙率降低,电阻率增长。2) CPBM原料之间进行水化反应和火山灰反应,生成物是氢氧化钙、C-S-H凝胶和钙矾石。氢氧化钙晶体只存在于7 d龄期的CPBM中,14 d和28 d并未发现氢氧化钙晶体,钙矾石在28 d时化学表达式种类和晶体数量较7 d和14 d时明显增多,并且钙矾石晶体结构随龄期增加呈细长状生长。3) 水化反应和火山灰反应是CPBM性能随龄期变化的根本原因,并且性能之间存在着相互联系。
    综放工作面过陷落柱阶段划分及其顶板结构分析
    田多, 师皓宇, 梁兴旺, 牛国星
    2015, 32(1):  49-53. 
    摘要 ( 1328 )   PDF (409KB) ( 1640 )  
    相关文章 | 计量指标
    为实现综放工作面安全推过陷落柱,根据中煤平朔公司井工一矿实际条件进行数值模拟计算,通过监测布置在计算模型上测线的垂直应力值,根据其应力变化特点,将综放工作面推过陷落柱的整个过程划分为6个阶段,即应力正常阶段、应力一般升高阶段、应力异常升高阶段、应力降低阶段、应力二次升高阶段和应力恢复正常阶段。并在砌体梁理论的基础上分析了6个阶段的采场覆岩结构及其力学特性,提出了各阶段相应的支护措施。
    重复采动影响下采场底板隔水层裂隙演化规律试验研究
    付宝杰,涂敏
    2015, 32(1):  54-58. 
    摘要 ( 1158 )   PDF (417KB) ( 1793 )  
    相关文章 | 计量指标
    我国华北型矿区均受石炭二叠纪煤系底部的太灰、奥灰强含水层影响。为分析带压开采过程中,受采动应力及水压双重作用下,煤层底板隔水层承载变形特征及其破坏机理,设计了承压水自动加载系统,通过物理模拟试验再现底板隔水层重复采动影响下裂隙萌生、扩展、贯通等破坏失稳过程。明确底板不同层位的裂隙分布及其形成机理,并通过全场位移监测系统得出底板岩层移动变形规律及位移分区特征。
    背斜构造成因机制及冲击地压灾变机理研究
    顾士坦, 黄瑞峰, 谭云亮, 李文帅, 肖治民
    2015, 32(1):  59-64. 
    摘要 ( 1592 )   PDF (474KB) ( 2014 )  
    相关文章 | 计量指标
    针对背斜构造诱发冲击危险相关特点,基于材料力学及Winkler弹性地基理论,建立了背斜构造成因力学模型,导出了该模型挠度、弯矩及应变能理论解;通过UDEC数值试验,揭示了背斜轴影响下工作面煤壁前方支承压力分布特点,研究了采动影响下支承压力峰值处盈余能量E0-Ec值变化规律。结果表明:背斜构造的形成受到多重因素共同作用,煤体埋深、上覆岩层容重、特征系数及地基系数越小,构造力偶越大,背斜越易形成;背斜不同位置处应变能不同,构造力偶越大、抗弯刚度越小,微段dx处应变能越大;随着工作面不断推进,煤壁前方支承压力与背斜轴高构造应力呈现出“连接-叠加-分离”现象;工作面越靠近背斜轴,支承压力峰值处盈余能量E0-Ec值越高,发生冲击危险的可能性就越大。
    动态扰动诱发嗣后充填采场灾变事故分析
    徐文彬,潘卫东,刘辉
    2015, 32(1):  65-72. 
    摘要 ( 1133 )   PDF (501KB) ( 1653 )  
    相关文章 | 计量指标
    了明确某矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,结合事故现场工程实际及调查结果,采用相似模型、数值分析及现场监测手段,研究了阶段嗣后充填采场围岩变形特征、破坏模式、巷道表面变形规律。结果表明:开采活动对嗣后采场围岩及周边工程影响具有明显的区域特性;不同分段的开采活动对采场顶板位移影响程度不同,第2分段开采导致顶板最大位移增量最多,而第3分段开采时加剧了矿柱应力集中,致使矿柱发生沿近似60°的结构面发生剪切滑移破坏;同时也使位于矿柱内部邻近空区的巷道侧壁发生垮塌。通过对比分析数值模拟与现场监测的结果,证明了相似模型试验的结论。研究结论不仅全面认识了该矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,还明确了阶段嗣后充填采矿方法采场安全潜在危险源,可为其他类似矿山提供安全借鉴。
    露天煤矿倒堆条件下底部薄煤层柱式回采工艺研究
    马力,李克民,彭洪阁,丁小华,肖双双
    2015, 32(1):  73-77. 
    摘要 ( 1170 )   PDF (281KB) ( 1658 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了解决抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺条件下底部薄煤层的回采难题,根据倒堆工艺作业特征提出了露天薄煤层柱式回采工艺。推导出了薄煤层开采剥采比的计算公式,确定了适宜回采薄煤层的岩煤高度比,分析了露天薄煤层柱式回采工艺对工作线长度的要求。通过对黑岱沟露天煤矿9#煤回采参数的分析及现场应用,得出:在工作线长度为2 200 m时,每条采掘带可回收煤炭资源37.2万t,获得直接经济效益6 128万元;同时,对露天矿生产能力影响较大,如要兼顾生产能力要求和9#煤的资源回收,需在6#煤采至端帮时适当舍弃部分9#煤。
    深井高应力强膨胀软岩泵房硐室群稳定性控制对策
    王炯,王浩,郭志飚,郝育喜,崔家森
    2015, 32(1):  78-83. 
    摘要 ( 1396 )   PDF (1358KB) ( 2077 )  
    相关文章 | 计量指标
    针对传统布置形式下泵房硐室群各关键部位的破坏,对其原因及主控因素进行分析,并提出相应的稳定性控制对策。结果表明:布置形式、埋深大、地应力高、特别是高的水平构造应力以及围岩黏土矿物含量高是传统布置形式下硐室群出现大变形破坏的主控因素;采用泵房硐室群集约化设计技术,结合锚网索+桁架+底角注浆锚管的耦合支护技术的综合应用,有效削减了硐室围岩的应力集中程度,提高了整体稳定性,有效控制了硐室群围岩稳定性。上述技术在孔庄矿-1020水平泵房硐室群支护工程中进行了现场应用,监测数据显示,控制效果良好。
    大倾角综放面预掘巷道群快速过断层技术
    马立强,余伊河,金志远,李嘉明,王广,李永升
    2015, 32(1):  84-89. 
    摘要 ( 1084 )   PDF (314KB) ( 1742 )  
    相关文章 | 计量指标
    针对长壁工作面过断层时存在产量低、煤质差、工期长及安全系数低等问题,提出了预掘巷道群快速过断层技术,即在考虑断层落差、工作面开采条件及支架稳定性的基础上,确定出大倾角综放面过断层的“预想层位”,并在此层位上预掘若干条巷道(巷道群),使工作面连续推过预掘巷道群过断层。此项技术的关键为:1) 预掘巷道群围岩控制技术,包括其布置方式、预掘巷间岩柱尺寸及支护参数等;2) 大倾角综放面过断层期间支架稳定性控制技术,即考虑走向角度对液压支架倾向稳定性及倾向角度对液压支架走向稳定性的影响,分析大倾角(双斜)综放面过断层期间支架失稳机理,得出支架不倾倒、不滑移所需的临界支护阻力,并提出对应控制技术。高庄煤矿3上1101大倾角综放面应用此项技术,快速(历时23 d)推过了落差为13.5 m的断层,保证了工作面(呈双斜状态)过断层期间原煤产量的稳定。
    垂直交岔点扰动主应力变化规律及围岩稳定性研究
    赵维生,韩立军,张益东
    2015, 32(1):  90-98. 
    摘要 ( 1258 )   PDF (829KB) ( 1933 )  
    相关文章 | 计量指标
    以矿山垂直交岔点为工程背景,通过VB编程对数值分析结果进行二次处理,揭示了与地应力存在不同空间位置关系的垂直巷道交岔点的扰动主应力矢量分布规律(主应力的大小变化和方向偏转);并引入点安全系数法,研究了垂直巷道交岔点围岩变形量和松动圈范围随交岔点空间位置变化的规律。结果表明:扰动主应力矢量主要受原岩主应力的影响,而几乎不受交岔点与地应力空间位置和巷道开挖顺序的影响,扰动主应力由浅部至深部先增加后减小,交岔点顶底板和两帮的最大扰动主应力分别为水平应力和垂直应力;垂直交岔巷道轴线越靠近两水平主应力法向平分线,交岔点围岩变形量和扰动屈服范围越小、围岩稳定性越高,且先开挖更靠近最大水平主应力方向的巷道对交岔点围岩的扰动影响更小。
    爆破对邻近巷道背爆侧倾斜裂纹影响实验研究
    郭东明,刘康,杨仁树,左建平,范敬冲
    2015, 32(1):  99-104. 
    摘要 ( 1159 )   PDF (411KB) ( 2341 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于常被忽略的爆炸荷载对邻近巷道背爆侧围岩缺陷的扰动问题,采用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,探究了爆炸荷载作用下邻近巷道背爆侧不同倾角裂纹缺陷的扩展规律。试验结果表明:爆炸荷载作用下,直墙拱形巷道背爆侧倾角θ=30º(逆时针方向为正)的预制裂纹最终扩展位移最大,之后随着倾角增大或者减小,裂纹扩展位移均逐渐减小;弧形断面对应力波的削弱作用小于矩形断面,这导致斜向上预制裂纹扩展位移为关于水平方向对称的斜向下裂纹的2 3倍;能量释放率对裂纹的扩展具有驱动效应,且其随时间基本呈现先振荡增加达到峰值,然后振荡减小为零的规律,但这种振荡幅度随裂纹最终扩展位移的减小而变小。上述的研究为邻近巷道背爆侧经济安全合理的支护提供了理论依据。
    基于神经网络模型的立井冻结施工预测研究
    卫建军,张杰
    2015, 32(1):  105-111. 
    摘要 ( 1122 )   PDF (347KB) ( 1778 )  
    相关文章 | 计量指标
    在立井冻结施工过程中,及时了解不同深度、不同岩性地层下冻结壁交圈时间及其形成特性是实现科学施工的前提和基础。针对现有立井冻结设计存在的客观问题,应用神经网络系统理论,合理确定输入参数及输出参数,在学习训练的基础上,建立了胡家河矿井筒冻结施工信息的神经网络预测模型。采用该模型分别对主井、副井及风井冻结壁的交圈时间、内外侧扩展范围、平均扩展速度、有效厚度、井帮温度、荒径范围、平均温度等特性参数进行了工程预报,并对实测数据及预测数据进行了对比分析。结果表明:现场实测结果与预测结果基本吻合,预测模型准确度高,适用性广,为科学设计立井施工方法及其支护方案提供了理论依据。
    单轴压缩下破裂岩样强度及变形特征
    牛双建,靖洪文,杨大方,郭佳奇
    2015, 32(1):  112-118. 
    摘要 ( 1765 )   PDF (728KB) ( 2420 )  
    相关文章 | 计量指标
    巷(隧)道围岩的显著特点为破裂后承载,破裂围岩强度及变形特征的正确评价对其围岩稳定控制意义明显。以从已破坏返修段巷道现场采集的破裂岩样为研究对象,根据其现场多处于近似零围压或低围压的应力环境,借助MTS伺服试验机对其单轴压缩下再破坏时的强度及变形特征进行系统研究。结果表明:破裂面对岩石的峰值强度产生明显的影响,对残余强度无直接决定性的影响;破裂岩样全应力-应变曲线总体可分为单峰型和多峰型2类;破裂面对岩石的割线模量及泊松比、峰值轴向应变影响不明显,但对峰值环向及体积应变影响明显;破裂岩样破裂面扩展过程及最终的破坏模式与原主破裂面的角度有关,主破裂面与加载方向近乎平行时,多发生竖向劈裂破坏,当两者垂直时,多发生竖向劈裂与横向主破裂面贯通破坏,其他情况大多发生竖向劈裂与剪切组合破坏模式;破裂岩样表面破裂面分布具有明显的分形特征,且其单轴压缩峰值强度与其表面破裂面盒维数两者之间总体符合线性单调减函数关系。
    发泡材料隔热条件下单管局部冻结温度场研究
    张涛,杨维好,韩涛,黄家会,张驰
    2015, 32(1):  119-125. 
    摘要 ( 1210 )   PDF (417KB) ( 2084 )  
    相关文章 | 计量指标
    局部保温冻结技术可解决冻结法在深井开拓工程中遇到的诸多技术问题,并可节约大量冷量。为获得保温材料特性对冻结温度场的影响规律,以外加套管的单管局部保温冻结温度场为研究对象,首先,将相似理论与理论分析相结合,导出了单管局部保温冻结温度场的无量纲数学模型及相应的准则表达式;其次,以无量纲准则作为影响因素,结合数值计算和模拟试验,研究了冻结管采用发泡材料保温条件下的单管局部冻结问题。分析获得了冻结管热流密度与保温材料的比热容、导热系数、保温层外半径等无量纲因素间的关系,提出局部保温冻结工程中保温材料导热系数最佳选用范围应不大于0.035(无量纲),保温层外半径宜为1.4~1.6(无量纲)之间。研究结果具有广泛的适用性,为局部保温技术的设计和应用提供了理论基础和便利条件。
    深部节理岩体TBM滚刀破岩效果及最优刀间距研究
    孙建中,杨圣奇,温森
    2015, 32(1):  126-131. 
    摘要 ( 1242 )   PDF (500KB) ( 1890 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了优化深部岩体中TBM刀盘滚刀的布置,提高TBM掘进效率,采用二维离散元软件UDEC分别研究了节理间距、倾角及贯入度对滚刀破岩的影响。研究结果表明:节理间距为50 mm时,裂纹均扩展到节理面,但节理面对裂纹的扩展有阻隔作用,不管节理的倾角如何,裂纹仍然沿着其倾斜的方向扩展;节理间距不大于100 mm时,岩石的裂纹可以扩展到节理面,节理对裂纹扩展起到控制作用;当节理间距不小于150 mm时,裂纹的扩展无法到达节理面,节理基本不影响裂纹扩展;对于水平节理,节理间距较小时,节理的存在不利于滚刀破岩,随着节理间距的增加,这种不利影响逐渐减弱、直至消失。节理倾角为30°时,由于节理倾角较小,节理间距的减小导致最优刀间距也在减小。节理倾角为60°时,节理间距越小越有利于滚刀的破岩。最佳贯入度随着节理倾角的变大存在逐渐上升的变化趋势,倾角0°变大至90°时,最佳贯入度从2 mm左右比较迅速地增大至7 mm左右。
    考虑围压影响的岩石弹脆塑力学模型
    张春会,徐晓攀,王锡朝,赵全胜
    2015, 32(1):  132-137. 
    摘要 ( 1346 )   PDF (336KB) ( 2485 )  
    相关文章 | 计量指标
    为模拟围压对岩石峰后强度、模量退化和剪胀的影响,将岩石的变形过程简化为线弹性变形、脆性跌落和理想塑性3个阶段,利用退化指数和扩容指数描述围压对岩石峰后强度、模量退化和剪胀的影响,建立了考虑围压影响的岩石弹脆塑力学模型。通过Hoek-Brown和Mohr-Column准则之间参数的转换关系,给出了模型峰后力学参数的确定方法。在FLAC软件下,利用Fish函数方法实现了建立的弹脆塑性力学模型。在数值算例中,利用本文模型分析了不同围压下岩石的峰后力学特性劣化和剪胀扩容特征,结果表明本文模型不仅能较好地模拟岩石峰前、峰后全程变形发展过程,而且能较好地考虑围压对岩石峰后力学特性的影响。
    围岩三维应力光栅监测方法及相似模拟实验研究
    魏世明,马智勇,李宝富,柴敬
    2015, 32(1):  138-143. 
    摘要 ( 1263 )   PDF (511KB) ( 2016 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了实现对采动下围岩三维应力状态及变其化规律的有效监测,采取了光纤光栅的监测方法,并进行了相关的相似模拟实验。在橡胶基质的立方体表面分别粘贴3根与x,y,z方向平行的光纤光栅,形成了对三维应力敏感的测试结构;以广义胡克定律为基础,推导了光纤应变与岩体应力之间的力学关系,并进行了相关力学标定实验。结果表明传感器对三维应力具有良好的力学响应特性,应力的灵敏度系数λ1,λ2分别为0.047 14和0.021 84 ε/MPa;对相似模拟实验中采动影响下三维应力变化过程进行了监测,结果表明,传感器可以实现相似模型内部三维应力变化的监测,监测结果与实际变化规律相一致,可满足岩体内部三维应力监测的要求。
    煤层高压注水渗透特性试验研究
    于岩斌,蒋宇静,程卫民,陈连军,周刚,王刚
    2015, 32(1):  144-149. 
    摘要 ( 1438 )   PDF (301KB) ( 1812 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了研究不同孔隙水压对煤岩渗透特性的影响规律,利用MTS电液伺服岩石试验系统对深部矿井的煤岩试件进行了不同孔隙水压、尤其是高孔隙水压下的煤岩渗透特性试验。结果表明:渗透率以及体积应变曲线具有较好的一致性,均呈现U字形走势;而在外界条件一定的情况下,孔隙水压对渗透性能以及体积应变的作用效果与该煤岩孔隙水压临界阈值有关,高于临界阈值的孔隙水压对煤岩渗透性能起到数倍于低孔隙水压时的改善作用。此外,孔隙水压对煤岩强度极限亦有重要影响,且孔隙水压愈高,煤岩的破坏强度极限愈低,扩容效果愈明显,渗透率峰值亦愈加后延。研究结果对利用高孔隙水压改善煤岩渗透性能、提高煤层注水防灾效果具一定指导意义。
    软弱破碎矿体化学注浆浅孔留矿法试验研究
    吴爱祥,刘超,韩斌,黄明清,于少峰,王恒
    2015, 32(1):  150-155. 
    摘要 ( 1847 )   PDF (585KB) ( 1710 )  
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    汤丹铜矿矿体开采技术条件极为苛刻,矿体及围岩松散、破碎、含泥量高、自稳能力差,造成采矿过程中凿岩成孔率低、放矿困难、贫损高、生产能力差等诸多困难。通过对不同注浆的方法对比、理论计算、类比分析,确定采用裂隙化学注浆方案;通过化学浆液注入矿体及上盘部分围岩裂隙中,将松散的岩体黏结为一个整体,从而改善工程岩体的力学特性、完整性,提高炮孔成孔率及各项采矿指标;采用力学计算、室内实验及ANSYS与FLAC3D数值模拟,通过9种方案对比,得出顶柱15 m、矿柱16 m、矿房12 m为最佳设计方案。现场工业试验结果表明:裂隙高压化学注浆浅孔留矿法可以增强矿岩稳定性,提高采场安全系数,增加存窿矿石流动性,降低贫损指标,实现软弱破碎矿体的安全高效开采。
    顺层钻孔瓦斯抽采半径及布孔间距研究
    鲁义,申宏敏,秦波涛,张雷林,马洪芬,毛桃良
    2015, 32(1):  156-162. 
    摘要 ( 2748 )   PDF (422KB) ( 2224 )  
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    为合理确定本煤层瓦斯抽采钻孔的布孔间距,通过煤层瓦斯渗流场控制方程、煤体孔隙率和渗透率耦合方程及煤层变形场控制方程,建立了钻孔抽采条件下瓦斯渗流固气耦合数学模型;采用数值模拟计算方法,得出顺层瓦斯抽采钻孔的抽采半径,并推导出瓦斯抽采钻孔布孔间距与单钻孔抽采半径的关系式。以黄岩汇矿15107工作面为应用实例,通过在该工作面进行单钻孔和多钻孔瓦斯抽采试验,求算并验证了抽采半径及布孔间距与抽采半径关系式的正确性,为现场瓦斯抽采提供科学依据。
    含水煤岩体瓦斯压力测定的水锥效应研究
    李晓伟,蒋承林
    2015, 32(1):  163-167. 
    摘要 ( 1560 )   PDF (362KB) ( 1988 )  
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    针对直接法瓦斯压力测定过程中受承压水影响的问题进行分析研究,通过查阅国内外文献发现,目前含水煤岩层瓦斯压力测定过程中,考虑煤层透气性系数、吸附特性的水锥效应尚未有人研究。针对此建立了动态水锥突破钻孔界限理论模型,分析认为瓦斯压力测定过程中放空时瓦斯流量最大,水锥突破速度最快,封孔后气体流量减少后影响变小。推导出了动态水锥上升过程中突破钻孔界限的时间与瓦斯流量、煤层厚度、钻孔深度及煤的孔隙率的关系式。并举例计算了不同流量、煤层厚度及钻孔长度下水锥突破界限的时间,发现,突破时间随流量的增大显著减小,流量一定时,随钻孔深度的增加,先经历一个变化较小过程,然后大幅度减小。工程上利用球向流场进行瓦斯压力时,可以通过缩短放空时间避免煤层水锥效应对测压的影响。
    温度和轴向变形耦合作用下受载含瓦斯煤渗流规律研究
    魏建平,吴松刚,王登科,李富仁
    2015, 32(1):  168-174. 
    摘要 ( 1486 )   PDF (444KB) ( 2028 )  
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    利用自主研发的三轴渗流实验装置,恒定围压和瓦斯压力条件,进行不同温度条件下的含瓦斯原煤渗流实验,模拟煤体变形中瓦斯渗流过程,建立了受载含瓦斯煤渗透性与温度和轴向应变的定性定量关系。结果表明:1) 轴向应变对受载含瓦斯煤渗透率的影响很大,受载含瓦斯煤屈服之前,渗透率随轴向应变的增加而降低,且降幅逐渐减小;失稳破坏后,渗透率剧增,最高增幅为769%。2) 温度变化对渗透率的影响与受载含瓦斯煤所处的变形阶段密不可分,从实验角度说明了开采过程对含瓦斯煤渗流特性的影响分3个主导阶段,即基质外膨胀主导阶段、基质内膨胀主导阶段和滑脱效应主导阶段。3) 建立了适合受载含瓦斯煤应变与温度共同影响下的渗透率计算公式k=(aT+b)εcT+d,该公式能很好地描述受载含瓦斯煤渗透率与应变和温度的关系。研究结果可以为瓦斯渗流规律的揭示和矿井瓦斯防治提供理论依据。