平顶山东部矿区地应力场特征及其对煤与瓦斯突出的影响

为了研究平顶山东部矿区地应力场特征,以及地应力对煤与瓦斯突出的影响,利用地应力实测资料,运用理论分析和数理统计计算相结合的方法,系统研究了东部矿区地应力的分布规律;并且进行了地应力区块划分,揭示了东部矿区地应力在突出中的作用。结果表明:1)东部矿区地应力场以水平构造应力为主,最大主应力方向为NEE-SWW向,最大水平主应力百米梯度为5.4 MPa左右,该区域内集聚了较高的水平构造应力,应力场类型为大地动力场;2)依据最大水平主应力随埋深增加而增大的应力梯度线,将东部矿区划分为应力升高区和应力梯度区;3)应力升高区由于地应力集中,提供了突出的动力,构造煤的发育则减少了突出阻力,造成了该区域频繁发生突出事故,突出的主导因素为地应力。     

断层构造对高地应力隧道初始地应力场影响分析

为减少地下工程区断层等地质构造对局部应力场的影响,以云南省红河州某高速公路隧道工程为例,分析隧道选址区域初始地应力场。首先,建立隧道选址区域三维地质模型,使用空芯包体法采集10处测点的初始地应力数据;然后,根据实测地应力数据,通过多元线性回归反演分析方法反演,得到隧道选址区岩体初始地应力场,同时,在该方法的基础上考虑区域内断层和破碎带的影响,总结断层对地应力分布状态的影响;最后,根据现场勘察所得地质构造条件(主要为断层),对断层带施加挤压力和压扭力模拟断层错动,从而进行局部地应力调整,得到符合实际的地应力场。结果表明：研究区域水平垂直隧道轴线方向的应力最大,表现为σ_y>σ_z>σ_x;应力值在断层内部减小,断层带边缘增大。在高地应力硬岩隧道工程中,应力集中的断层边缘存在岩爆发生概率增大的可能性,应加强防治,以保障施工过程安全。     

瓦斯压力场方程的研究

掌握瓦斯压力分布对采掘工作面瓦斯灾害的防治至关重要。利用理论推导和软件模拟的方法,对单一巷道(钻孔)瓦斯压力场方程进行了分析。根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程,建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解,得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程。根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上的单位面积瓦斯流量方程和煤层透气性系数λ的方程,它们都是关于时间t和距钻孔(或巷道)中心距离r的函数。利用λ的方程和矿山压力理论解释了煤层中打钻时出现的喷孔现象。瓦斯压力场方程的得出有助于掌握瓦斯在煤层的赋存状况,进而采取有效的瓦斯灾害防治措施。     

复杂地形对含硫气井应急计划区划分的影响

研究复杂地形对含硫气井应急计划区(EPZ)划分的影响,为高风险油气田的安全生产提供参考。根据含硫气井井口与周边地形的关系,将复杂地形分为3类;选择不同类型复杂地形的3口含硫气井,采用大涡模拟方法模拟不同H2S释放速率、不同风速和风向、不同井喷点火时间的组合条件下H2S大气扩散质量浓度场,积分计算各井H2S毒性负荷的时空分布。在此基础上,研究EPZ半径与H2S释放速率之间的关系,然后建立以H2S释放速率为指标的不同类型复杂地形含硫气井EPZ的划分方法。结果表明第一类模型计算结果明显大于第二类和第三类模型,第三类模型的计算结果最小,此差异随着H2S释放速率增大而愈显著。计算结果合理,方法适用且可行。     

降雨对尾矿库渗流场的动态影响

尾矿库能否安全运行的影响因素之一就是渗流问题。而降雨又是影响尾矿库渗流场的一个重要因素。运用ANSYS有限元软件的热力学模块建模,计算了3种干滩长度、3种降雨量及7种雨型,共计63种组合工况。分析计算发现,降雨时干滩长度越长,尾矿库出口节点渗透压上升越高。由此可知降雨时,如果尾矿库干滩面未做防渗排水防护措施,那么干滩长度越长对坝体的稳定越不利。建议尾矿库工程设计过程中考虑在干滩面设置防渗排水设施。     

基于场动力理论的建筑工人人格特质、情绪与不安全行为关系研究*

为深入探讨建筑工人人格特质、情绪与不安全行为之间的作用关系,提高建筑工人安全认知能力,以293名一线建筑工人为调查对象,基于场动力理论,构建人格特质和情绪对不安全行为影响机制的理论模型,实证检验人格特质和情绪对不安全行为的预测作用以及情绪调节效应。研究结果表明:外倾性、神经质、开放性3种人格正向预测不安全行为显著;正负性情绪对不安全行为水平具有显著影响,正性情绪在外倾性-不安全行为和神经质-不安全行为间具有显著调节效应,负性情绪在责任心-不安全行为和开放性-不安全行为间具有显著调节效应。研究结果可为建筑施工企业根据工人个性化心理特征,溯源工人自身安全问题,为后续开展分类干预管理和矫正不安全行为提供理论支持。     

不同精度地形数据对AERMOD模型预测面源扩散的影响

STRM是迄今为止现势性最好的全球性数字地形数据,其高精度地形数据逐渐在各领域得到研究与应用。通过STRM得到90 m和30 m两种精度的DEM地形数据,设计多组地形-地表类型组合方案,利用AERMOD模型模拟一面源的扩散情况,讨论高低精度地形数据对面源扩散的影响,并探索其与反照率、波文比、粗糙度等地表参数因子的关系。研究结果表明,提高地形数据精度后:最大小时浓度值有所增加,尤其是复杂地形,平坦地形最大小时浓度值变化幅度与地表粗糙度呈负相关;最大达标距离与地表粗糙度成反比,而最大达标距离变化幅度与地表粗糙度成正比。     

工作压力对细水雾雾场特性参数影响的实验研究

为了研究工作压力对细水雾雾场特性参数的影响,针对高、中低压细水雾喷头,测量、计算了不同工作压力下细水雾的雾化锥角、雾通量分布、粒径分布及雾动量,得到了高压细水雾与中低压细水雾雾场特性参数的区别及不同工作压力下细水雾雾场特性参数的变化规律,为细水雾喷头的开发及设计应用提供了相应的实验依据。     

温度对煤体吸附瓦斯性能影响的研究

为了明确温度对煤体吸附瓦斯性能的影响程度,根据Langmuir等温吸附方程及单分子层定位吸附模型等相关理论,推导并分析了瓦斯吸附量、吸附常数与温度的关系,得出瓦斯吸附量随温度的升高而降低,吸附常数α与温度没有直接关系,而吸附常数b与温度存在直接联系.利用WY-98B型瓦斯吸附常数测定仪对赵楼3上煤层煤样进行了不同温度下的瓦斯吸附常数测定试验,试验温度分别选取293 K、298 K、303 K、308 K、313 K、318 K、323 K,得到不同温度下煤样的吸附等温线,进而得到不同温度下的吸附常数值.对结果进行对比和验证,得到温度对煤体吸附常数的影响规律.结果表明:在压力条件一定时,煤对瓦斯吸附几率及吸附时间等影响瓦斯吸附量的主要因素均随温度的升高而减小,导致瓦斯吸附量随着温度升高而下降;吸附常数α只与煤体表面性质有关,但温度引起的比表面积变化对吸附常数α影响显著;吸附常数6取决于吸附温度T、吸附压力p以及煤体自身物理性能所决定的振动时间(r)0.     

地形环境因素对塔河林业局人为森林火灾发生的影响

应用1974年—2009年间人为火的空间地理坐标,结合研究地的基础地理信息及矢量化林相图,应用ArcGIS10.0中的空间分析工具和SPSS19.0的逻辑斯蒂回归模型深入分析地形环境因素对人为火发生的影响。研究结果表明"到铁路距离"对人为火的影响显著,其次,在1∶1和1∶3选取随机点条件下人为火发生分别与"优势树种"和"林型"显著相关。本文研究显示在运用"随机点"方法进行相关性分析时,随机点选取数量对模型拟合结果有一定影响。     

金矿渣场废水对地面水环境的影响评价

阐述了在降雨时金矿渣场浸渣中残留的氰化物及泥沙淋溶于雨水中,形成地表径流进入地面水,对地面水环境造成的污染影响。具体介绍了在降雨时,渣场地表径流量、径流中污染物排放量、地面水（湖泊）允许纳污量的预测模式的应用。可为一般工矿企业露天渣场废水预测及环境影响评价提供借鉴。     

长倾向矿体连续回采对采场稳定性的影响

为研究沿倾向延伸较长但不属于深部开采的一类矿体在连续回采时对采场稳定性的影响,采用数值模拟方法对云南某磷矿的地下开采进行了计算,系统分析了采场顶板、矿柱的位移、应力及塑性区等特征在矿体连续回采过程中的变化规律.结果表明,开采深度越大,当前作业采场的顶板沉降越大,而且随着其回采结束,采场顶板位移并不会停止,而是会随着后续采场的开采继续增大直至全部采场作业结束,即采场顶板的位移具有累积效应;另外,随着采场逐渐下移,顶板和矿柱所承受的应力越来越大,塑性区分布范围亦呈扩大态势,表明按照浅部结构参数设置的采场在开采下部矿体时已不能完全满足稳定性和安全性的要求.因此,对于非深部开采但倾向延伸较长的矿体回采,在开采下部矿体时不能简单照搬浅部的采场结构参数进行作业,而应适当增大矿柱尺寸或减小矿房和矿柱间距,以保证采场的持续稳定及矿山生产安全.     

水分对无烟煤瓦斯吸附影响的低场核磁试验研究

为研究水分对无烟煤瓦斯吸附的影响,以山西晋城集团王台铺煤矿无烟煤为研究对象,利用低场核磁共振技术,研究了煤样在不同水分含量下的核磁共振T2谱图,分析了T2谱图核磁信号与瓦斯吸附量的关系。结果表明:煤中水分质量分数较大时,水分在微孔、小孔、中大孔内均有分布;水分含量较小时,水分主要存在于微孔内。瓦斯吸附量随水分增加而减少,但水分对煤瓦斯吸附的抑制程度不同,水分质量分数从0增加到1.92%,水分主要存在于微孔隙中,瓦斯吸附量显著降低;而水分质量分数从1.92%增加到3.09%时,水分主要在小孔隙及中大孔隙内增加,瓦斯吸附量降低幅度较小。微孔隙中水分对瓦斯吸附的抑制作用较明显,随含水量增加,瓦斯吸附速度逐渐降低,吸附平衡所需时间增大。     

煤层倾角对采空区流场及瓦斯分布的影响研究

为获得不同煤层倾角条件下的采空区流场及瓦斯分布变化规律,以平煤六矿22310工作面为原型,通过建立采空区数学物理模型并设置边界条件,数值模拟了工作面采空区气体压力、漏风和瓦斯分布情况,并与该工作面现场实测通风参数对比,对模型可靠性进行验证。在已建立模型的基础上,模拟了煤层倾角分别为5.75°、35.75°、65.75°时的采空区气体压力、漏风和瓦斯分布,对比分析了三种煤层倾角下的采空区流场及瓦斯分布变化规律。结果表明:随着煤层倾角增加,采空区气体压力降低,压力梯度升高;工作面漏风量变化微小,漏风分布规律不变;采空区瓦斯浓度和采空区瓦斯总量降低。     

采空区场流安全理论及其研究的新进展

提出采空区场流安全理论的概念,并对采空区场流流态、瓦斯涌出和自燃“三带”理论及自燃温度等数值模拟计算的发展历程进行概要总结;分析了当前采空区场流安全理论研究的最新进展和发展趋势。指出目前的现代通风安全理论研究正处在前所未有的历史变革时期,即从网络流通风安全理论到场流安全理论的过渡与统一。采空区问题(瓦斯涌出和自燃)应综合考虑特定开采条件下的采场漏风与供氧系统的背景环境。其理论研究的主流方向应是基于场流方法的灾害与各因素影响关系的分析,重点是灾害机理和多灾害间耦合等一般规律;技术手段是多孔介质渗流力学、多相气体扩散、综合传热理论和有限元数值模拟方法,关键是模型求解的收敛稳定性和流场分布解问题。     

基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。     

THF对高浓度瓦斯气体水合物生成压力-温度影响试验研究

利用自制可视化试验装置,研究了初始压力7 MPa下,3种浓度的四氢呋喃(THF)溶液(0.10 mol·L-1、0.20 mol·L-1和0.30mo1·L-1)对两组高体积分数瓦斯气样Ⅰ和Ⅱ的水合物临界生成热力学条件的影响,获取了瓦斯水合物生成过程的压力-温度-时间曲线.对水合物临界生成相平衡模型与试验值进行了比较.结果表明,高浓度的THF溶液能够很好地改善水合物热力学条件,THF溶液浓度为0.30mol·L-1时,气样Ⅰ和Ⅱ的瓦斯水合物临界生成压力比相平衡计算压力分别小0.41 MPa和0.06MPa,对改善高体积分数瓦斯水合物生成热力学条件效果最好.     

水的后置侵入对瓦斯解吸影响试验研究

利用自主设计的外液条件下瓦斯解吸试验装置,首次进行了无水侵入和外来水侵入后含瓦斯煤的瓦斯解吸对比试验.共进行6组,瓦斯吸附平衡压力分别为3.5 MPa、3.0 MPa、2.5 MPa、2.0 MPa、1.5MPa、1.0MPa,环境压力分别为3.0 MPa、2.5 MPa、2.0 MPa、1.5 MPa、1.0MPa、0.5 MPa,含瓦斯煤的内外压力差为0.5 MPa,获得了相关试验数据以及6组瓦斯累积解吸量变化对比曲线.结果表明,在对含瓦斯煤实施水力压裂后,外来水的后置侵入不仅会使瓦斯解吸量大大减少,而且还会使瓦斯解吸的终止时间提前;在压差为0.5 MPa条件下,有水侵入后的瓦斯解吸量仅为无水侵入时瓦斯解吸量的23％～45％,平均降低了67.5％,同时瓦斯解吸终止时间提前约1h.水的后置侵入对瓦斯解吸具有损害作用,该损害作用源于水在孔隙中形成的毛细管阻力.因此,在评价是否采用水力压裂时,应从煤层渗透率、水驱气、水对瓦斯解吸损害影响3个方面综合考虑.     

长期渗水所致水位升高对露天矿边坡岩体状态的影响研究

为研究渗水导致露天矿坑内水位升高过程中,边坡岩体状态的变化特征,通过设置模拟场景并分析结果来确定岩体状态变化及其原因。分析了水位升高对边坡岩体可能造成的影响。根据矿区实际情况设置水位由-380 m升至20 m的9个均分模拟阶段,获得了每个阶段平衡时的岩体塑性区、位移和主应力情况,进而分析水位升高过程中的岩体状态变化。结果表明：水位升高对边坡岩体的塑性区影响最大,位移其次,主应力影响很小;水位上升使大高差边坡坡面的拉塑性区和位移增加;浸没岩体滑坡是下部滑坡体拖拽造成的;小高差边坡岩体水位升高过程中塑性区变化复杂,但对主应力的影响很小。研究可为露天矿长期渗水导致水位升高带来的灾害提供分析对照。