高瓦斯低透气煤层煤岩灾变的多场多尺度耦合机理西安科技大学Word格式.docx
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三、主要论文专著目录(限20条)
序号
论文专著名称
刊名
作者
影响因子
年卷页码(xx年xx卷xx页)
发表时间
通讯作者
第一作者
国内作者
知识产权是否归国内所有
1
ResearchonCreepModelandDelayInstabilityofCoal-RockContainingGas
DisasterAdvances
潘红宇,张涛伟,李树刚,张天军等
0.692
2013年
6卷273-277
2013.3
潘红宇
是
2
煤层水力压裂增透范围理论分析与试验研究
煤炭工程
徐刚,马瑞峰等
0.602
2014年
41卷88-95
2014.06
徐刚
3
Winkler地基上复合关键层模型及其力学特性
中南大学学报(自然科学版)
潘红宇,李树刚等
1.098
2012年43卷4050-4056
2012.1
4
Constructionandapplicationofpermeabilityevolutionequationundermining.
EnergyEducationScienceandTechnologyPartA:
EnergyScienceandResearch
徐刚,李树刚,马瑞峰
2014年32卷2723-2732
2014.4
5
爆破震动中萨道夫斯基拓展式的回归分析
湖南科技大学学报(自然科学版)
张天军,马锐,乔宝明,康桥
0.755
2012年27卷12-16
2012.3
张天军
6
破碎泥岩渗透特性试验研究
河南理工大学学报
张天军,任金虎等
0.670
2014年33卷426-431
2014.8
任金虎
7
低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究
西安科技大学学报
张天军,王宁,李树刚,徐刚
1.022
2013年33卷1-6
2013.1
8
瓦斯抽采钻孔CF固化膨胀封孔材料性能研究
煤矿安全
张天军,包若羽,李树刚等
0.502
2016年47卷5-13
2016.2
9
巷道与钻孔交叉三维数值建模方法
张天军,张磊,张超等
2015年35卷688-694
2015.11
10
沁水盆地煤层气富集单元划分
煤田与地质勘探
徐刚,李树刚,丁洋
1.117
2013年41卷22-26
2013.12
11
采动影响下卸压瓦斯渗流规律物理相似模拟实验研究
潘红宇,肖鹏,李树刚等
2013年2期87-90
2013.2
12
顺煤层剪切带煤与瓦斯突出机理分析
2014年42卷16-20
13
含瓦斯煤体内多场耦合及损伤断裂机理
张天军,崔巍,马锐
2013年28卷1-5
14
混合破碎岩样渗透特性试验研究
2014年29卷1-5
2014.9
15
不同采高上保护层开采卸压效应的UDEC数值模拟研究
潘红宇,索亮,李树刚等
2013年28卷6-11
2013.9
16
多种矿物成分破碎岩石渗透试验
辽宁工程技术大学学报
0.745
2014年33卷465-469
17
工作面煤与瓦斯突出预警系统设计及应用
煤炭技术
张天军,宋爽,杨守国,张磊等
0.214
2015年34卷125-127
2015.10
宋爽
18
高瓦斯综放工作面采空区瓦斯涌出规律
科技导报
张天军,李伟,宋爽等
0.689
2013年33卷58-62
2015.03
19
高瓦斯综采工作面瓦斯治理技术研究
张天军,宋爽,杨守国等
2014年33卷14-16
2014.3
20
高河矿地面水力压裂裂缝监测及其识别方法
张天军,宋爽,刘超等
2015年34卷185-187
2015.4
四、主要知识产权证明目录(限10条)
知识产权类别
知识产权具体名称
国家
(地区)
授权号
授权日期
证书编号
权利人
发明人
专利有效状态
发明专利
一种煤体渗透特性测试系统及方法
中国
CN201410150520.0
2014/4/15
1866391
张天军;
任金虎;
李树刚;
于胜红;
赵佩佩;
宋爽;
李伟;
成小雨;
崔巍;
张磊
有效
一种煤与瓦斯突出模拟系统及方法
CN201410150976.7
1888496
张天军,任金虎,李树刚,于胜红,赵佩佩,宋爽,李伟,成小雨,崔巍,张磊
煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统及方法
CN201410150621.8
2014-04-15
1963900
破碎岩石三轴渗流试验系统及方法
CN201410032061.6
2014-01-23
1934877
陈占清;
张磊;
成小雨
一种大型巷道支护实验室模拟系统及方法
CN201410483291.4
2014-09-19
2360197
许龙星;
尚宏波;
魏文伟;
王乾;
包若羽
实用新型专利
一种围岩支护让压锚杆装置
CN201320714002.8
2014-04-9
3510666
张天军,宋爽,刘超,李伟,任金虎,于胜红,崔巍,王宁,张磊
煤与瓦斯突出模拟及煤体渗透特性测试装置
CN201420181896.3
2014-08-13
3749277
张天军,任金虎,赵佩佩,于胜红,宋爽,李伟,成小雨,崔巍,张磊
承压可调的弯曲岩样渗透性能测试装置
CN201320632730.4
2013/11/12
3478641
张天军,任金虎,陈占清,于胜红,成小雨,崔巍,李伟,宋爽,张磊
破碎岩石三轴渗流试验用装料装置
CN201320714003.2
2013/11/18
3511772
张天军,任金虎,陈占清,于胜红,宋爽,李伟,崔巍,张磊
煤矿深孔爆破用装药装置
CN201320830349.9
2013/12/15
3579107
张天军,宋爽,刘超,杨守国,王宁,任金虎,李伟,成小雨,于胜红,崔巍,张磊
五、推广应用情况
(技术发明、技术开发、技术推广、社会公益类项目)
(限1500字)
六、科学意义和价值
(基础研究类项目)
我国煤矿地质构造及煤层赋存条件比较复杂,现开采的矿井,40%以上是高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井,矿井的开采深度平均已达456m,最深达到1365m。
虽然《煤矿安全规程》对煤矿生产各个环节做出了具体规定,煤矿的技术装备、监测手段也不断得到改善,但矿生产事故仍时有发生,特别是高瓦斯低透气煤层采掘工程,由于煤岩体动力失稳引起的岩爆、煤爆、煤与瓦斯突出等事故造成的生命和财产损失非常严重。
目前,国内外关于岩爆、煤爆、煤与瓦斯突出的认识大都依据经典的刚度理论、能量及冲击倾向性理论和弹塑性失稳理论等,对于上述灾害的预测多采用经验类比分析、地音监测和钻屑法测量等手段。
这些理论和方法在煤矿动力灾害防治中得到了较好的应用,但对于高瓦斯低透气煤层在采掘过程中的各种动力灾变现象尚不能给出完好的解释和预测。
⑴高瓦斯低透气煤层煤岩样力学性质及其对瓦斯吸附/解吸实验研究有待深入研究。
高瓦斯低透煤层处在多场复杂环境中,随着空间覆岩结构的强度劣化与平衡失效,其煤岩体中采动应力场和裂隙场的分布形态也发生变化与迁移,瓦斯应力场也会随之变化,这三者是相互影响、制约的一个动态关系,其结果将引起煤层孔隙裂隙结构、吸附/解吸特性、扩散特性、对流特性和渗透特性的变化,甚至导致煤岩力学性质发生质变。
反之,将进一步诱发局部化变形至灾的可能性。
只有深入地、多层次、全方位地摸清高瓦斯低透煤层煤岩样的力学特性与瓦斯吸附/解吸特性,使之达到由量变升华为质变,才能降低与实际误差,为煤层及其围岩变形-瓦斯运移耦合动力学响应提供可靠、真实的参数支持。
⑵高瓦斯低透气煤层煤岩破坏多尺度耦合模型研究尚缺联系性与结构网络的细观辨识性。
矿山围岩体的孕育、形成、发展至灾的非线性动力学过程经历了由微、细结构(正如煤体结构的破坏或断裂是一个从原子键尺度到宏观尺度跨越约107量级尺度的过程)到宏观结构破坏的复杂历程,其形态看不见摸不着,而高瓦斯低透气煤层煤岩的多条件制约性又增加了采掘煤岩动力失稳的不确定性与随机性。
所以,微观与宏观试验及理论模型的耦合关系就成为本项目研究的重点之一。
目前,对于多尺度耦合研究大多集中在采空区或巷道顶板关键层及深浅位覆岩变形层面上,或者是针对不同尺寸(度)煤岩的应力-应变及力学性质方面的室内试验与相似模拟试验所展开的研究,这都取得了一些实质性进展。
高瓦斯低透气煤层采掘过程中,原岩应力场和原始瓦斯压力场的平衡被打破,煤岩应力重新分布,形成了采掘空间周围裂隙场,瓦斯发生动力运移,使得采掘空间周围煤岩体处于多场共存的环境中。
煤层及其围岩的损伤、变形、破坏、失稳所引起煤层孔隙裂隙结构、吸附/解吸特性、扩散特性、对流特性和渗透特性的变化,会影响瓦斯吸附/解吸速度、扩散速度、热流密度、渗流速度和瓦斯涌出量变化。
反过来,瓦斯含量、压力的变化也会引起煤层及其围岩的进一步变形和应力场演化。
这种相互影响关系贯穿在煤岩体从微观结构变化到细观损伤裂隙的产生,直至发生宏观破坏的过程中,而煤岩体宏观破坏反过来又会影响其裂隙发展及微结构变化,进而影响煤岩物理力学性质的变化。
可见,高瓦斯低透气煤岩中所发生的岩爆、煤爆及煤与瓦斯突出等动力失稳是典型的多场多尺度耦合现象。
多场多尺度耦合是非线性现象的一个重要特征,它包括不同尺度上物理过程的耦合和跨越多个尺度物理性质的关联。
作为一种非连续介质,含瓦斯煤岩是一种含有极其复杂和不规则原生孔隙和次生裂隙的固流两相介质,煤岩的动力破坏现象是因大量微损伤的积累并通过跨尺度的非线性串级发展而诱发宏观灾变,并表现为短时间内外部条件微小改变引起系统状态剧烈变化,对于这些非线性不连续现象,利用多尺度耦合方法可以得到更切合实际的结果。
七、客观评价、知情同意证明等
八、主要完成人情况
1.主要完成人情况表(不超过11人)
姓名
行政职务
技术职务
工作单位
主要学术和技术创造性贡献
在多孔介质有效应力原理基础上,研究因大量微损伤的积累并通过跨尺度的非线性串级发展而诱发的煤岩宏观灾变,给出煤岩宏观破坏的概率函数和跨尺度敏感性函数,研究采掘过程中,含瓦斯煤岩在应力场-裂隙场-瓦斯场的综合作用下,温度、瓦斯压力及孔隙率等因素对煤岩宏观破坏概率和跨尺度敏感性的影响。
研究含瓦斯煤岩体的蠕变本构关系,对其延迟失稳机理进行了分析。
结合非线性时效参数蠕变模型,考虑瓦斯流动因素和瓦斯压力带来的损伤,提出了含瓦斯煤岩体的TPM模型;
采用最小势能原理分析了掘进面煤岩体的延迟失稳过程。
实验测定了吸附时间、粒径、水分对瓦斯放散初速度的影响,并运用菲克定律进行了分析;
结合含瓦斯煤耦合温度场方程、应力场方程及渗流场方程,建立煤层瓦斯渗流热-固-气耦合数学模型。
对主要创新点的工作均作出了创造性贡献。
完成人在项目技术研发工作中投入的工作量占本人总工作量的70%以上。
将应力场-裂隙场-瓦斯场多场耦合下煤层及其围岩变形-瓦斯运移耦合动力学模型所获得的动力响应结果引入所建立的煤岩破坏的多尺度耦合模型,从而建立高瓦斯低透气煤层煤岩灾变的多场多尺度耦合模型。
分析应力场-裂隙场-瓦斯场共同作用下,煤层、围岩变形、瓦斯吸附/解吸、扩散和渗流等多种运动之间的耦合作用,建立具有复杂系统特征的瓦斯运移耦合动力学模型。
开展高瓦斯低透气煤层煤岩试样的力学性质测试及瓦斯吸附/解吸试验等各项参数以及温度、瓦斯压力及激振动态载荷对煤吸附/解吸瓦斯的影响规律。
2.完成人合作关系情况
合作方式
合作者/项目排名
合作起始时间
合作完成时间
合作成果
科学研究
潘红宇/4
2014.1
2016.4
不同孔隙度中心受压圆形薄板试样渗透特性试验研究
徐刚/2
煤巷综掘面瓦斯流场数值模拟及瓦斯涌出构成分析
宋爽/2
2012.9
2015.9
张磊/2
2014.11
徐刚/3
2013.11
采动煤岩体变形与瓦斯渗流的耦合机理及大直径长钻孔瓦斯抽采技术
完成人合作关系说明
(限1000字)
与潘红宇合作完成不同孔隙度中心受压圆形薄板试样渗透特性试验研究,通过控制砂粒粗细的方法自制不同孔隙度的圆形薄板试样,利用RSM-SY7基桩多跨孔超声波自动循测仪测量其孔隙度值并进行标记。
与徐刚合作在对煤巷综掘工作面瓦斯涌出特点进行分析的基础上,通过数值模拟和现场实测得到了综掘工作面的瓦斯浓度分布特征,建立了综掘工作面瓦斯涌出预测模型,并对瓦斯涌出构成进行了分析。
与徐刚合作研究采动煤岩体变形与瓦斯渗流的耦合机理及大直径长钻孔瓦斯抽采技术。
与宋爽合作针对煤矿工作面突出灾害特征及规律,结合井下瓦斯采集数据研究了煤与瓦斯突出预警指标,最终针对该工作面设计了煤与瓦斯突出预警系统。
与张磊合作针对FLAC3D建模难度高,效率低的问题,提出一种具有复用性、参数化特点的网格变形建模法,且依照该方法编写了基于FISH语言建模程序。
九、主要完成单位情况
1.主要完成单位及合作情况(不超过5家)
单位名称
对本项目的主要贡献
为本项目的顺利实施创造了良好的实验条件
合作关系说明:
项目完成单位西安科技大学是我国煤矿高等教育和研究的重要基地。
西安科技大学具有矿业工程学科博士学位授予权,拥有“西部矿井开采及灾害防治”教育部重点实验室,安全技术与工程学科为国家重点学科,是国家和陕西省特色专业,为本项目的顺利实施创造了良好的实验条件。
项目实施过程中,西安科技大学负责本项目的理论分析、资料收集和整理、实验室试验、数值模拟、现场支护试验及围岩变形、支护结构应力跟踪监测,研究报告的撰写等。
项目的试验阶段,西安科技大学研发人员全程参与,从设计到实施,相关的教授和博士等人员为本项目的技术开发付出了大量的劳动,为本项目的顺利完成做出了重要贡献。
项目应用阶段,西安科技大学研发人员全程参与,对生产过程中的技术问题给予指导,为工业性应用提供有力的技术支持。
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- 关 键 词:
- 瓦斯 透气 煤层 灾变 多场多 尺度 耦合 机理 西安 科技大学