河南理工大学安全科学与工程学院

河南理工大学安全科学与工程学院成立于2005年5月，是在原资源与材料工程系的安全工程教研室、瓦斯地质研究所以及学校的发展战略研究中心的基础上组建的，是全国第一个拥有博士-硕士-学士及安全培训，集教学与科研为一体的安全科学与工程学院。学院下设“三系”、“四所”、“一中心”，即：安全工程系、公共安全管理系、消防工程系以及瓦斯地质研究所、安全技术工程研究所、煤岩动力灾害研究所、社会发展战略研究所（公共安全研究所）、煤矿安全技术工程研究中心。     

不同组合比例煤岩的电荷感应与微震规律试验研究

针对煤岩在屈服破坏过程中有微震和电荷信号产生这一特征,利用自行设计的微震和电荷感应信号监测试验系统,分析不同组合比例煤岩在变形破裂过程中微震和电荷信号的变化规律。研究结果表明:微震和电荷信号是低频信号,信号频谱集中分布在0~80 Hz,应力突变与微震信号和电荷信号的产生及变化有较好的一致性;随着“煤-岩”高度比的增加,试样的单轴抗压强度减小,试样屈服破裂时微震和电荷信号幅值增大,同步性增强,试件破坏的突发性增强;试件破坏过程中电荷比微震信号数更多,初次明显的电荷信号也早于初次明显的微震信号。     

基于FLAC3D的复合煤岩受载破裂数值模拟及试验研究

采用FLAC~(3D)对复合煤岩模型的单轴压缩破裂进行数值模拟及试验,研究复合煤岩受载破裂应力与应变关系变化规律。针对煤样厚度、复合煤岩组合比、煤层参数、顶底板岩性等参数,对复合煤岩模型进行加载仿真研究,仿真及试验结果表明:单一煤样模型随着高度的减小,应力应变曲线整体阶段存在尺寸效应;改变煤岩组合比例时,其抗压强度基本不变,随煤样比例增大,复合煤岩的整体弹性模量减小,整体刚度减小;单一改变复合煤岩的煤样参数时,随煤样弹性模量增大,复合煤岩的弹性模量越强,应力应变曲线峰值点越高,对应应变越小;单一改变顶底板岩性,对复合煤岩模型的应力应变曲线影响不大。试验结果和仿真结果变化趋势一致,表明所建模型具有一定正确性和适用性。     

一种典型的煤岩冲击破坏的微震前兆模式

基于跃进煤矿23130工作面硬顶板破裂诱发的强岩爆灾害的微震监测结果,发现了典型的煤岩岩爆破坏的MS效应规律,即“前兆冲击-静期-主震”模式。通过小波去噪和傅里叶变换,详细揭示了岩爆不同阶段的MS频谱演化规律。研究结果表明：岩爆破坏前,前兆MS信号的优势频率开始下降,中心频率小于25 Hz;频谱分布呈单峰型,振幅较大。静期MS信号幅值突然减小,同时大量微裂缝压裂产生的高频分量开始明显增加,频谱分布呈现多峰型;这一阶段被称为静储能阶段,大量的弹性应变能开始在煤岩材料中积累。当煤岩材料中累积的总弹性能达到极限储存能时,触发岩爆,且主震信号的中心频率小于10Hz,同时振幅达到峰值,通过煤岩组合试样变形,断裂和岩爆破坏的MS效应实验,验证了岩爆现场实测结论,该研究结论为利用MS监测系统进行岩爆危险性评价和预警提供了有益的尝试。     

阜新盆地地形对地应力场的影响研究

为了探讨隆起地形对阜新盆地内地应力场的影响,利用半无限平面边界上受分布荷载作用的弹性力学模型计算了阜新盆地两侧的闾山山脉和松岭山脉对盆地内地应力场的影响。结果表明,隆起地形导致阜新盆地内部水平应力增加,在地表至-100 m深度,地形引起的水平应力随深度增加而急剧减小,在近地表处达到了2.81 MPa,在-100 m深度约为1.73 MPa;在-100~-300 m,水平应力随深度增加变化不大,总体维持在1.65~1.73 MPa;随着深度的进一步增加,水平应力又有逐步减小的趋势,在-300~-800 m,水平应力逐步从1.65 MPa逐步减小至1.43 MPa。隆起地形的水平应力效应使盆地内部最大主应力增加,最大主应力与最小主应力之差更为显著,从而造成煤岩体受强烈的构造应力和差异应力作用,增强了煤岩动力灾害的地质动力环境。     

煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究进展与展望

随着我国煤矿快速进入深部开采,煤岩瓦斯复合动力灾害日渐成为威胁深部煤炭安全高效开采的重大灾害,研究其发生机理成为煤矿安全领域新的重大科学问题。本文首先在调研统计的基础上,阐述我国煤岩瓦斯复合动力灾害的发生规律和主要破坏特征,从定性和初步定量研究角度对煤岩瓦斯复合动力灾害机理的研究现状进行综述分析,然后介绍笔者近年来在受载含瓦斯煤岩组合体耦合失稳诱发复合动力灾害机制方面的研究进展,最后展望煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究中亟待解决的问题及未来研究方向。     

复合煤岩循环加卸荷红外辐射及能量演化特征北大核心CSCD

为了深入分析循环加卸荷过程中复合煤岩能量演化特征,以平庄煤业集团风水沟矿为研究对象,利用三轴试验机和长波热像仪对复合煤岩在不同加卸荷速率下进行循环加卸荷试验并实现红外辐射监测,得到复合煤岩在加卸了过程中各部分表面平均红外温度变化,研究了不同加卸荷速率下弹性能密度、耗散能密度随温度及轴向载荷变化的规律,确定了总能量、弹性能和耗散能与轴向载荷和红外辐射温度之间的拟合关系。结果表明,煤岩红外辐射温度变化分为起始升温、温度平稳、温度骤降和快速升温4个阶段,其中快速升温阶段各能量增长速率最大。总能量、弹性能、耗散能与轴向载荷、煤体红外辐射温度高度相关,可以采用非线性曲线较好地拟合。研究成果为采用红外辐射温度变化法来分析循环加卸载过程中煤岩能量演化特征提供了依据。     

深部开采煤岩瓦斯动力灾害统一发生机制及监测技术

为研究深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出及其复合动力灾害的发生机制,并对其进行有效监测预警,运用事故调研、理论分析、工程实践等方法,分析了我国煤岩瓦斯动力灾害的影响因素,研究了其发生的统一机制和监测技术。结果表明:煤岩瓦斯动力灾害是冲击、突出共性因素和个性因素共同影响下的结果;根据灾害发生过程中能量释放的主体和形式,将煤岩瓦斯动力灾害分为冲击地压、煤与瓦斯突出、冲击-突出型复合动力灾害、突出-冲击型复合动力灾害4种类型;采用多层次统一监测模式,可对深井煤岩瓦斯动力灾害进行全方位连续的统一监测。最后将研究成果应用于煤矿现场实例,效果良好。     

复合煤岩受载破裂电磁辐射和红外辐射相关性试验

利用煤岩电磁辐射采集系统和红外测温仪,试验研究由顶板岩、煤层、底板岩组成的复合煤岩体受载破裂的电磁辐射信号及煤层内部的红外辐射温度。对复合煤岩体内部进行钻孔,利用红外测温仪研究试样内部红外辐射温度的演化特征,采用环形天线测量电磁辐射信号强度。结果表明:煤岩内部微观裂隙和宏观破裂均对电磁辐射及红外辐射信号产生明显影响,且其影响程度随载荷增强而逐渐增强;红外辐射主要来源于摩擦热效应与热弹效应,呈温阶跃式、突增型上升。两者呈现较强的相关性,决定系数均在0.8以上。     

复合隔水条件下煤层群涌水控制因素及对瓦斯赋存的影响

为了探究其水害成因、涌水规律，并找到合适的水害防治手段，采用工业分析、煤岩组分、元素分析等微观实验手段，分析柳塔煤矿各煤层煤体的含水分布及微观影响因素并结合矿井煤系地层赋存特征、区域降水特征、井下涌水统计数据，对柳塔煤矿煤层的涌水来源、涌水构成、涌水的影响因素及其对瓦斯赋存的影响进行分析。结果表明，柳塔煤矿富水性较差，且水分随深度逐渐增加；采动形成的大量裂隙使得原有的隔水层产生裂隙，形成了涌水通道；矿井的涌水量与降水量密切相关，应加强顶板水害的防治。