煤与瓦斯突出过程中煤体层裂演化特征实验研究

为了探究煤与瓦斯突出过程中煤体层裂演化特征,利用自主研制的煤与瓦斯突出实验模拟系统,研究突出过程中煤体层裂结构特征、煤体裂隙厚度演化特征和煤体质点运动演化特征。研究结果表明：在轴向应力0.9 MPa、瓦斯压力0.4 MPa时,煤体层裂发展时间持续85 ms,煤体共计出现11处裂隙。层裂从煤体后方的弱构面出现并向前方发展,其位置大多集中于突出腔体中后部,煤体层裂形式均为纵向贯通,在第9处出现最大纵向断裂裂隙。煤体裂隙总厚度约为75.6 mm、单处裂隙平均厚度约为8.4 mm,二者均呈现随时间递增的趋势。层裂过程中煤体单处裂隙厚度并不都是沿程递增的,部分煤体中部裂隙厚度呈现先增大后减小的特征。煤体的运动表现为靠近突出口端的运动速度更快、运动距离也更长。研究结果可为揭示煤与瓦斯突出层裂机制提供参考。     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂,N₂,CH₄吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高,而CO₂的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

肥煤自燃全过程热动力学特征参数研究

实验测定了林西矿肥煤样品30~900℃煤自燃全过程热动力学特征参数,得出:TG/DTG曲线显示煤样DTG初始临界温度45℃,干裂温度122℃,活性温度195℃,增速温度265℃,质量极大值温度342℃,着火温度465℃,最大热失重速率温度515℃和燃尽温度690℃;DSC曲线显示,煤样初始放热温度60℃、最大热释放速率温度511℃。结合TG-DTG-DSC曲线综合分析可知,煤温达到510℃左右时煤样反应最剧烈。由煤自燃标志气体测定实验系统得出:煤温130℃后CO,CO 2释放量迅速增加,210℃增加速度下降;CH 4,C 2 H 6含量变化具有规律性且两者变化相近;C 2 H 4出现温度为130℃;C 2 H 4/C 2 H 6比值在190~350℃有较强的规律性,呈上升趋势且上升速度较快;350℃之后,CH 4,C 2 H 6,C 2 H 4体积分数均开始急剧增大;C 2 H 4/CO与C 2 H 4/CO 2变化趋势大致相同,在130~350℃时缓慢增长,达到350℃后比值呈指数形式上升。经拟合曲线,得到活化能的3个突变点温度:70,180,220℃,其中180℃与交叉点温度相吻合。通过以上研究,得到了肥煤自燃全过程的热力学特征参数,为实际生产中防治煤自燃提供了理论依据。     

呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生,通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况,建立大气压力波动模型并分析计算,同时建立火区内外压差100,750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应,在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律,以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动,封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化;密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性,内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释;密闭质量差的火区,内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响;火区氧浓度在2%~12%之间波动,以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性;火区内外压差较大时,氧浓度波动变化幅度更大,危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型,可有效地对矿井火区采取安全的防范措施,避免瓦斯爆炸事故发生。     

走向工作面贯通上山与支架快速回撤技术

针对走向工作面停采线与上山之间的护巷煤柱造成煤炭损失,支架回撤工艺复杂、巷道掘进量大等问题,提出走向工作面贯通上山与支架快速回撤技术。工作面贯通采区上山,利用上山回撤支架。在贯通前,利用压力拱模型分析剩余煤柱应力变化规律,并结合极限平衡区公式,确定让压煤柱为8 m;对贯通前基本顶合理断裂位置、让压调节机制、末采阶段采高进行了分析确定,并采取上山巷内补强支护及挂绳铺网措施。贯通上山后,首先利用支架对上山留巷,完成留巷后,利用上山回撤支架,先将上部端头3架逆时针旋转90°作为掩护架,在对剩余支架逐架回撤时,3个掩护架呈现台阶型。提出的技术取消了护巷煤柱及回撤通道,提高了煤炭采出率,减少了巷道掘进量,简化了回撤工艺。     

时间因素对钻屑瓦斯解吸指标K1值测定的影响分析

针对时间因素对钻屑瓦斯解吸指标K1测定结果的影响,采用恒温瓦斯放散试验深入分析钻屑瓦斯解吸指标K1测定理论的准确性,总结因时间因素导致K1值测定误差所带来的现场问题。研究结果表明:K1值的测定误差与时间关系密切,测定启动时间越晚,误差越大;测定启动时间由第1 min延后至第2 min,绝对误差和相对误差最大值分别增加0.081 cm3/(g·min1/2)和2.20%;高瓦斯压力条件矿井或煤层的局部高瓦斯压力区域、构造煤发育区的钻屑瓦斯解吸指标K1值测定结果偏低,测定误差偏大。研究结果可为煤与瓦斯突出预测水平的提升提供技术支撑。     

循环载荷下煤裂隙演化试验研究

为了研究循环载荷下的煤体裂隙演化特征,在不同应力水平和不同频率条件下分别进行煤样破坏力学及声发射试验。结果表明:应力-应变曲线呈疏-密-疏的变化特征,对应的振铃数柱状图呈U型;上限应力点的应变值、累积能量、撞击计数均随循环次数增加而上升,曲线呈倒S型;煤裂隙演化经历了原始裂隙闭合、新生裂隙稳定发育和裂纹贯穿破坏等3个不同阶段;循环载荷的应力水平和加载频率对煤体疲劳寿命的影响具有差异性,对煤体裂隙演化和破坏模式均有明显影响。     

平煤十矿底板巷穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为了降低平煤十矿己15-16-24130工作面运输巷掘进中的突出危险性,基于实际工程背景,考虑瓦斯抽采中的瓦斯运移及煤岩变形等因素,建立了瓦斯抽采气固耦合模型,并利用COMSOL Multiphysics软件对平煤十矿己15-16煤层的底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行数值模拟,研究了瓦斯抽采对于降低掘进过程中突出危险性的影响。研究结果表明:在己18煤层开挖底板巷对己15-16煤层进行穿层钻孔瓦斯抽采,瓦斯抽采180 d后,己15-16-24130工作面运输巷附近煤层残余瓦斯压力及瓦斯含量分别降至0.315 MPa和3.84 m3/t;将底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行工程应用,实测抽采后的残余瓦斯压力及瓦斯含量在0.32 MPa和3.17 m3/t,均小于平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定的“双6”指标（残余瓦斯压力小于0.6 MPa,残余瓦斯含量小于6 m3/t）,可有效降低运输巷掘进过程中的突出危险性。     

pH对煤泥水絮凝沉降的影响

选择聚合氯化铝(PAC)/阴离子型聚丙烯酰胺(PHP)、氯化钙(CaCl2)/非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)组合与NPAM、PHP、两性离子型聚丙烯酰胺(ZPAM)作为絮凝剂,在对道清选煤厂水采筛下原生煤泥和浮选尾矿的煤泥水进行组合药剂絮凝实验的基础上,考察了pH对煤泥水絮凝沉降的影响。实验结果表明,在不同的pH下,煤泥水的絮凝效果不同:在酸性条件下,宜单独使用有机高分子絮凝剂;在中性至碱性条件下,无机凝聚剂和有机絮凝剂联合使用效果较好。     

Volatile Organic Compounds from Coal Tar and Soil Vapor Samples at MGP Sites

This study characterized organic compounds found in New York State manufactured gas plant (MGP) coal tar vapors using controlled laboratory experiments from four separate MGP sites. In addition, a limited number of deep (0.3–1.2 m above coal tar) and shallow (1.2–2.4 m above coal tar) soil vapor samples were collected above the in situ coal tar source at three of these sites. A total of 29 compounds were consistently detected in the laboratory-generated coal tar vapors at 50°C, whereas 24 compounds were detected at 10°C. The compounds detected in the field sample results were inconsistent with the compounds found in the laboratory-generated samples. Concentrations of compounds in the shallow soil vapor sample were either non-detectable or substantially lower than those found in deeper samples, suggesting attenuation in the vadose zone. Laboratory-generated data at 50°C compared the (% non-aromatic)/(% aromatic) ratio and indicated that this ratio may provide good discrimination between coal tar vapor and common petroleum distillates.