低温作用下煤体细观结构变化及相变致裂实验研究

为了研究低温作用下煤体细观结构演化规律,采用CT扫描不同冻结温度下干燥和饱水煤样细观结构图像,构建三维可视化裂隙模型,探究冻结煤体裂隙演化机理。研究结果表明:随着温度的降低,煤样内部产生的拉应力逐渐增大,加之,冰水相变产生冻胀力,导致煤样内部裂隙网格不断扩展演化;冰水相变产生的冻胀力是饱水煤样和干燥煤样裂隙演化具有差异性的原因,孔隙、裂隙水冰点随着孔隙、裂隙的半径减小而逐渐下降,从而导致壁厚较大的裂隙中水分先行冻结,随着温度的继续降低,壁厚较小的裂隙中水分才发生冻结。     

大断层采动“活化”导水特性研究

煤层回采引起的断层“活化”导水是矿井突水的一种重要形式,具有很高的危险性和隐敝性。依托具体的工程背景,建立简化的力学模型和数值模型,根据弹塑性力学和裂隙介质水动力学理论分析不同推进距离时断层面上的主应力和法向应力变化情况,并通过模拟计算得出回采过程中应力变化与塑性破坏特征。研究结果表明,新集矿区F10大型断层在煤层推进至距断层20 m位置时开始有“活化”趋势,断层带岩体位移值陡增到005 m,距10 m时断层面主应力急剧增大,峰值应力向浅部转移,断层带发生明显位移,孔裂隙扩张。为保证生产安全,需预设30 m防水煤柱,避免煤岩体突水通道沟通主干断层及承压含水层,该研究成果可为矿井生产提供一定的参考价值。     

不同配比下破碎岩体变质量渗透试验研究

为了分析破碎岩体不同骨架-充填物配比条件下的变质量渗透特性,揭示煤矿陷落柱、断层等含破碎岩体地质构造的突水机理,利用自主研制的可考虑颗粒迁移作用的渗透试验系统开展了不同试样配比条件下的变质量渗透试验研究,得到了破碎岩样孔隙率、渗透率、质量流失率等参量随时间的变化规律。并在试验结果的基础上,结合陷落柱突水实例,分析了充填物颗粒迁移作用下的陷落柱突水演化规律。结果表明:1)颗粒迁移作用下破碎岩体的渗透性变化可分为3个阶段,即渗流缓变阶段、渗流突变阶段和渗流稳定阶段;2)试样充填物颗粒在水流冲蚀作用下不断迁移流失,孔隙率快速增大后趋于稳定,质量流失率先快速增加后逐渐减小;3)充填物含量对破碎岩体渗透性具有重要影响,随试样中充填物比例的增加,试样的最大质量流失率不断增加,孔隙率增幅也越大,初始渗透率和渗透率增幅均呈现先增大后减小的变化规律。     

基于PSO-SVM模型的隧道水砂突涌量预测研究

复杂工程地质条件下,隧道水砂混合物突涌的预测防控是隧道安全建设的基础,准确预测水砂混合物突涌量,为工程提供安全保障至关重要。为提高预测准确性,提出一种基于粒子群算法优化的支持向量机(PSO-SVM)的隧道水砂突涌量预测模型。综合考虑地质构造、气象条件、施工影响三类因素,选取七个因子,结合某公路隧道,利用PSO-SVM建立隧道水砂突涌量预测模型,并对该隧道水砂突涌量进行预测,结果与实际突涌量一致。证实综合粒子群算法和支持向量机优势的PSO-SVM方法预测精度高,且易于实现,为类似隧道工程突涌预测提供参考与借鉴。     

尾矿坝静力稳定分析的探讨与建议

尾矿坝不同于传统水库土石坝,不应完全按照传统土石坝的稳定分析方法。探讨了上游式尾矿坝静力稳定分析中的常见问题,分析了尾矿坝中孔隙水压力与超孔隙水压力来源,提出dp不大于005mm的尾矿坝年上升速率应不大于20m/a,对于上升速度过快的尾矿坝内应增设排水设施,以利于超孔隙水压力及时消散。在抗滑稳定分析方面,依据土力学的基本原理,明确了有效应力与总应力稳定分析方法的适用条件,将尾矿坝生命周期初期坝施工结束期、堆坝期、退役期等三个阶段,分别采用不同的稳定分析方法与强度参数。还讨论了尾矿坝中的两种特殊材料饱和松     

不同筋料对尾矿坝渗透特性影响规律研究

铺设加筋材料作为一种普遍使用的提高土体或坝体稳定性的工程措施,在提高坝 体力学强度的同时,在筋带处形成的混合体也改变了尾矿砂自身的渗透特性。采用理论 分析、渗透试验和数值模拟相结合的研究手段,探析了不同筋带密度下土工格栅与土工 织物对尾矿砂渗透系数的影响。结果表明:土工格栅与土工织物两种加筋方式均会使尾 矿砂渗透系数减小;土工织物加筋在渗流时会阻挡细粒组运移,有效避免细粒组随渗透 水流出,从而降低试件渗透系数;土工格栅则通过横肋对尾矿砂颗粒的嵌锁作用阻滞颗 粒运移,致使渗流过程中孔隙扩展变弱,最终达到降低渗透系数的作用。研究成果加深 了对加筋尾矿坝渗透规律的认识,为研究加筋尾矿坝的稳定性提供了新的思路。     

黄土与砂土液化特性的对比──土液化与减灾防灾

基于系统的试验 ,总结已有成果 ,研究了饱和黄土和砂土液化在液化机理、液化判别标准、影响液化的因素、孔压和应变的发展等方面的异同之处。研究表明 ,由于在液化机理上存在差异 ,导致二者动荷载下的孔压和应变发展特点有显著差别 ;同一因素对二者液化性状的影响可能相似 ,也可能不同 ;在动三轴液化试验中 ,黄土和砂土均可采用初始液化作为液化的判别标准。     

高温高压下煤孔隙结构的变化对瓦斯吸附特性的影响

为了研究高温高压条件下煤孔隙结构变化对瓦斯吸附特性的影响,选取九里山矿无烟煤,在压力为7 MPa、温度为40～130℃的条件下进行等温吸附实验和压汞实验。研究结果表明:煤样对甲烷的等温吸附曲线在该压力、温度条件下符合Ⅰ型吸附曲线特性,吸附规律符合Langmuir吸附模型;在压力7 MPa和温度130℃条件下,煤样的孔隙结构发生一定的变化,煤的比表面积增大、累计孔体积降低,可见孔及裂隙的数量比例增高,加强了煤样孔隙之间的连通度,导致原本吸附在煤样表面的甲烷分子大量解吸;在压力不变的情况下,随着温度的不断增高,煤的极限吸附量逐渐减小,其主要原因是样品孔隙结构的破坏和分子间作用力的变化。     

热-水-力耦合作用下岩石损伤力学模型与验证

为了探讨高温、高孔隙水压、高围压对岩石损伤破坏的影响,基于损伤力学基本理论,并结合应变等价性原理,建立热-水-力耦合作用下的损伤力学模型,构建表征岩石损伤演化的表达式,通过水-力耦合作用下热损伤花岗岩室内试验验证了该模型的合理性,并根据室内试验确定了模型参数。试验结果表明:提出的模型能较好地反映热-水-力耦合作用下岩石应力-应变过程,且能表征上述作用下岩石损伤演化规律;高温损伤会导致岩石由脆性逐渐向延性转变,而孔隙水压会进一步加剧岩石损伤演化。     

强制通风下炼钢厂工作场所煤气泄漏扩散研究

为探索在强制通风条件下,炼钢厂工作场所煤气泄漏后在车间内的扩散规律和影响范围,以某炼钢厂为例,建立煤气泄漏扩散数学模型;对其离散格式、边界条件设定和气体性质定义;采用计算流体力学方法模拟煤气泄漏后CO的浓度变化过程以及不同监测点的CO浓度变化分布规律。模拟结果显示:在相同风压下,随着通风时间的增加,CO在呼气带的浓度逐渐降低;随着通风压力的增加,CO在呼气带的浓度降低得更快,特别是在泄漏停止后,通风压力的增加,使空气对流加快,新空气的进入使CO得到迅速的稀释;当通风压力从2 MPa到6 MPa递增时,距离地面1.5 m处6个水平监测点上CO浓度随时间变化无数量级差异;通过0.4 MPa和0.6 MPa压力的对比分析可以看出,0.6MPa通风压力具有明显的趋势变化。     

加卸载作用下裂隙岩芯渗透性变化规律研究

针对光滑平行板裂隙加载渗流规律难以准确反映实际工程裂隙岩体卸荷渗流特性的问题,利用水力压裂方法制作了天然岩芯裂隙,开展了裂隙试件受轴压、围压加载和卸载作用的渗流试验,并将裂隙试件的CT扫描图像导入ABAQUS软件,对粗糙裂隙受载时的应力和变形规律进行了数值模拟。结果表明:裂隙面的法向应力是影响裂隙渗流的主要因素;在加载阶段,粗糙裂隙面受载产生接触应力致使接触部分产生变形和破坏,裂隙接触刚度增大,裂隙宽度非线性减小,渗透率降低速率越来越小;在卸载阶段,弹性变形逐步恢复,裂隙宽度缓慢增加,渗透率先缓慢增大,当载荷卸到一定值后,在孔隙压力作用下裂隙张开、渗透率突然增大。研究结果表明了粗糙裂隙与光滑平行板裂隙对载荷敏感性不同的机理,反映了实际工程裂隙岩体卸荷渗流特性。     

循环载荷下煤样不同方向渗透特性试验研究

针对循环采动过程中煤层不同方向渗透特征的演化规律问题,以平顶山十二矿己15煤层煤样为研究对象,利用自行研制的应力-渗流-解吸煤体变形试验装置,开展了循环围压加载下煤样不同方向渗透试验。研究结果表明:在相同的轴压、围压和平均孔隙压力下,试样平行层理面方向的渗透率大于垂直层理,平行层理面内的渗透率相差不大。在围压恒定的情况下,通过试样的流量随着渗透压差的增大而增大,且二者之间的关系可以用二次函数描述;围压增加,导致裂隙闭合,渗透率减小,当循环围压大于煤屈服强度和抗压强度时,裂隙扩展,渗透率增加;循环围压加载可以改变煤样原有不同方向渗透率大小顺序,渗透率与原初始渗透率比值随循环加载次数的增加而增大。     

饱和层状尾砂动力特性研究

为探究动力作用下尾砂液化破坏特性,基于某矿山尾矿库坝体分层尾砂,开展不同固结应力和层状结构条件下动三轴试验,分析层状尾砂动弹性模量、阻尼比及动剪应力比等动力参数与动孔压的变化规律.结果表明:固结应力对层状尾砂力学特性和动孔压变化趋势有较大影响,固结应力越大,动孔压增长越明显,初始增长斜率随固结应力增大而下降;尾粉土厚度...     

矿井突水路径搜索算法与应用

为了实现对矿井突水路径的搜索以及突水范围的预测,基于图论与网络理论,以巷道交叉点的标高为搜索权重,将水流流向分成下向蔓 延和上向升涨两个突水阶段,提出了水流下向、上向蔓延路径搜索算法。实现了对突水路径的搜索,并在已知巷道突水点的情况下,通过两个 时刻的巷道水位变化,计算得出了单位时间的突水量,结合给定的矿井巷道拓扑结构信息,对未来时间段的突水范围和水位标高点进行预测。 研究结果表明:在已知矿井突水点和矿井基础数据信息的情况下,应用无向图宽度优先搜索法生成矿井突水路径, 并结合得出的单位时间的突 水量,对下一时间段的突水量进行计算并对突水范围进行预测。     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m× 3 m × 2.5 m（长×宽×高）小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。     

煤层气开采过程中渗透率模型比较研究

为了得到煤层气开采过程中渗透率的准确预测模型,分析了不同泊松比和孔隙压力下的储层孔隙率变化规律,通过理论分析对4种经典渗透率模型进行了比较研究。研究结果表明: P&M模型和C&B模型对泊松比敏感度较小,改进P&M模型和S&D模型对泊松比敏感度较大;改进P&M模型能有效反映渗透率变化趋势,在p＜1.4 MPa和p＞4.1 MPa时k/k0数值拟合度较高;P&M模型和S&D模型不能准确描述p＜1.4 MPa时k/k0变化情况,而在p＞1.4MPa时k/k0数值拟合度较高;煤层渗透率随孔隙压力增大表现为“U”型趋势,包含低孔隙压力骤减区、中孔隙压力稳定区和高孔隙压力稳步升高区3个阶段,改进P&M和S&D模型更能表现煤层气渗透率随孔隙压力变化趋势。     

围压作用下自振空化射流脉动特性实验研究

就围压下自振空化射流动压力特性进行了实验研究,其实验结果表明：在围压作用下,自振空化射流脉动幅度存在最优喷距,并且最优喷距随围压的增大而增大;在压降一定情况下,脉动幅度随围压的增加而减小;在围压和压降一定时,自振空化射流的最大冲击压力明显高于普通连续射流;自振空化射流的脉动频率,基本不随围压、压降和喷距的变化而变化,在本实验条件下,基本保持在１．３８ＫＨｚ 左右     

救生舱水密及承压性能数值模拟与试验研究

透水事故是井下常发灾害之一。为满足井下紧急避险要求,救生舱不仅要具备持续耐高水压的能力,而且还需保持良好的水密性。为了检验救水舱的水密及承压性能,应用ANSYS模拟软件对舱体应力变化进行了数值模拟,确定了舱体应力值可能偏大的区域,进而选定了现场试验应变监测点;通过水压试验中心现场试验,制定详细升压方案,观察及分析试验现场和试验应变数据。实验结果表明,救生舱在外界水压达到3MPa的情况下,舱体未发生渗漏及明显变形,救生舱水密及承压性能良好。     

采动与承压水耦合作用下煤层底板的 力学效应及破坏机理分析

应用三维弹性中厚板理论,分析了采动与承压水耦合作用下煤层底板的力学效应及破坏机理。基于Hamilton原理推导了采空区底板在采动和水压耦合作用下的变形和应力表达式,分析了其变形和应力的分布特征。最后,推导了在采动与承压水耦合作用下煤层底板破坏极限载荷PS,讨论了影响煤层底板破坏极限载荷PS的因素。研究成果对揭示回采工作面开采时煤层底板隔水层变形破坏,预防煤层底板突水提供了理论依据。     

细水雾对障碍物遮挡火源抑制作用的数值研究

以大涡模拟、混合物分数模拟和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法为基础,采用火灾动力学软件FDS研究了细水雾对障碍物不同程度遮挡火的抑制作用,通过改变雾滴粒径、喷头操作压力来分析细水雾对不同遮挡情况油池火的抑制灭火作用。结果表明:当火源被障碍物完全遮挡时,操作压力低于1MPa,细水雾很难达到抑制作用,当压力达到4MPa以上时,细水雾能够将温度控制在较低范围内;细水雾粒径小于50μm时,细水雾对障碍物遮挡火有较好的抑制作用;从整体来看,随着细水雾粒径的减小、压力的升高,细水雾对障碍物遮挡火的抑制作用逐渐增强。