煤与瓦斯突出是主要的瓦斯灾害之一，是发生在煤矿井下的一种极其复杂的动力失稳现象[1-2]。煤层开采过程中，由于断层、褶曲和裂隙等弱面的存在，使得煤体抗拉、抗压和抗剪强度显著降低，极易造成剪切失稳[3-4]。在发生煤与瓦斯突出时，在突出孔洞壁煤体由浅入深逐渐破坏并抛出的过程中，主要受控于孔洞壁煤体的应力分布，以及孔隙和裂隙中的瓦斯压力对煤的拉伸和剪切破坏，随着破坏的持续发展，孔壁煤体主要经受剪切破坏，剪切破坏会对煤体力学特性和渗透率造成一定的影响[5]。对于裂隙渗流试验，相关学者进行了大量研究[6-17]，但大多是在压应力条件下进行的，关于剪切变形对渗流的影响研究较少，且目前的剪切渗流主要考虑剪切应力和法向应力这两向应力，其渗流介质一般为水，对于真三轴应力条件下的瓦斯渗流研究内容还鲜见报道。因此，笔者研发了真三轴剪切渗流试验系统，以实现真三轴剪切变形下的瓦斯渗流试验。

1 试验系统构成

真三轴剪切渗流试验系统主要由真三轴剪切室、液压伺服系统、瓦斯充气系统，以及数据采集与处理系统4大部分构成，如图1所示。

  

(a)系统构成图

  

(b)系统实物图

 

图1 真三轴剪切渗流试验系统图

1.1 真三轴剪切室

真三轴剪切室是煤体试件承受载荷和瓦斯渗流的主要场所。剪切应力(τ)由轴向刚性压头施加，第一法向应力(σ1)由刚柔性压头施加，第二法向应力(σ2)由高压油源施加，三向应力能够独立加载，相互之间不发生碰撞干扰。其中最大可施加70 MPa剪切应力，35 MPa第一法向应力，10 MPa第二法向应力；最大轴向位移为50 mm，最大单侧法向位移为30 mm。为了实现煤体剪切破坏，在煤体试件下端放置一块大小为5 cm×10 cm×1 cm的钢板和5 cm×10 cm×1 cm的丁腈橡胶，其中钢板和丁腈橡胶上打蜂窝孔，以便于通气进行瓦斯渗流试验。钢板在轴向剪切应力的作用下不会发生变形，而丁腈橡胶发生压缩变形，高度降低，与钢板产生高度差，以此使煤体试件发生剪切破坏。煤体剪切破坏原理如图2所示。

 

(a)破坏前 (b)破坏后

图2 煤体剪切破坏原理示意图

1.2 液压伺服系统

液压伺服系统是剪切应力和法向应力的动力来源，由4台恒速恒压计量泵组成。每台计量泵具有跟踪模式、恒压模式、恒速模式、手动模式和位置模式共5种加载模式。其中跟踪模式是通过计量泵向剪切室注油来施加第二法向应力，剪切应力和第一法向应力自动跟踪到第二法向应力值以此来实现应力同步加载；恒压模式是通过设置三向应力大小，计量泵自动施加应力至预定值，达到预定压力后能够维持应力不变；恒速模式能够控制应力加载速度；手动模式主要用于卸压；位置模式主要是控制煤体试件的变形量。试验过程中各种模式可交叉使用，以满足试验需求。

自然灾害与气象问题对桥梁工程施工有着直接影响，火灾与爆炸这些安全事故受到工程施工现场环境的影响。针对这些工程环境风险，施工企业可以利用购买工程施工保险的方法转移风险。有意识地将风险与施工企业的经济效益联系在一起，在安全事故发生后，尽最大可能降低施工企业的损失。另外，要在施工过程中对一切安全因素进行有效监控，24小时监控施工现场的火灾发生影响因素与爆炸影响因素。安排专人负责工程环境风险管理，加强施工现场的监督力度，用规范的施工操作，预防工程环境事故的发生。

凸轮式基质填料装置的配套动力为90W的电子调速齿轮减速电机，传动方式为链传动；生产率为180～600盘/h，可调；料箱容量为40L；填料深度为36～40mm，可调；配套皮带输送机构使用电机为YCT-112型电磁调速电机，有效转速为125～1 250r/min。

1.3 瓦斯充气系统

瓦斯充气系统主要由高压气瓶、减压阀和导气管构成。瓦斯气体从高压气瓶流出，依次经过减压阀、导气管、上压头、煤体试件、下压头、气液分离器、气体流量计，最终排到室外。为了实现长方体煤体试件的剪切渗流密封，在上压头蜂窝孔外侧设置一圈圆形凹槽并安装“O”形密封圈，将上下压头、煤体试件、钢板及丁腈橡胶用704硅橡胶密封成一个整体，然后用热缩管进行固定，最后通过可调节钢丝卡箍进行紧固。经过试验验证，最大可施加3 MPa瓦斯压力，密封性能够达到95%以上。

1.4 数据采集与处理系统

试验数据的测量由多种精密传感器共同实现。剪切应力通过轮辐式称重传感器进行测量，法向应力由压力传感器进行测量。轴向位移和第一法向位移由差动变压器式高精度位移传感器进行测量，第二法向位移通过定制的引伸计进行测量。气体流量采用D07-11CM型质量流量计进行测量。测得的试验数据由计算机进行采集并进行图形分析，便于过程控制和分析研究。

2 试验实例

2.1 试件制备

煤样取自重庆松藻煤电有限责任公司渝阳煤矿8#煤层的N2808采煤工作面，首先将原煤进行粉碎，然后筛选出粒径为0.180～0.425 mm(80～40目)，0.425～0.850 mm(40～20目)的煤粉，各取1.2 kg煤粉并加水搅拌均匀后放入特制的煤样成型模具中，在压力机成型压力100 MPa下压制出100 mm×100 mm×200 mm的型煤试件。将成型试件放入80 ℃干燥箱中，待烘干后取出并用保鲜膜包裹好备用。型煤试件外观如图3所示。

  

图3 型煤试件外观

2.2 试验方案

5)拆卸和清洗。试验完成后，将压力卸除，把设备各个组成构件进行拆卸和清洗；对煤体破坏形态进行拍照。

记得在井冈山革命烈士陵园，我们向长眠在这里的革命烈士敬献花圈，聆听井冈山时期的艰苦斗争历史：“两年零四个月的井冈山革命斗争异常惨烈，牺牲烈士4.8万人，平均每天就有50多人倒下……”面对巨大的牺牲，根据地军民铁骨铮铮，“就是剩下我一人，也要举起红旗，爬山越岭干到底！”伍若兰同志在敌人的严刑拷打面前宁死不屈：“共产党人从来不怕死……若要我低头，除非日从西边出，赣江水倒流。”……一次次泪流满面，一次次心中激荡，深深被革命前辈的崇高品格和精神所震撼！这时，真正体会到党旗是用烈士的鲜血染红的，坚定的共产主义理想信念是中国革命红旗不倒、立于不败之地最根本的精神支柱。

习近平总书记指出，完成党的十九大提出的目标任务，必须充分发挥工人阶级主力军作用；我国广大职工要牢牢把握为实现中国梦而奋斗的时代主题，把自身前途命运同国家和民族前途命运紧紧联系在一起，把个人梦同中国梦紧密联系在一起，把实现党和国家确立的发展目标变成自己的自觉行动，爱岗敬业、争创一流，以不懈奋斗书写新时代华章，共同创造幸福生活和美好未来。这些重要指示，赋予了工人阶级崇高使命，为工会组织服务大局、发挥作用、彰显价值进一步明确了坐标定位。各级工会要自觉把党和国家重大战略部署转化为工会工作的具体安排和实际行动，充分调动亿万职工的积极性主动性创造性。

2.3 试验步骤

1)煤样制作与密封。首先制作出100 mm×100 mm×200 mm的型煤试件；然后在型煤试件四周涂抹一层704硅橡胶；最后用热缩管将其固定成一个整体。

2)设备安装。将煤样试件放入剪切室，用油泵将剪切室加满油，然后安装各个构件。

3)施加三向应力。通过计量泵按预定方案向煤体施加三向应力，并进行瓦斯渗流试验，直至试件破坏。

[5] 胡千庭.煤与瓦斯突出的力学作用机理及应用研究[D].北京：中国矿业大学(北京)，2007.

为了验证试验系统的可靠性，笔者进行了型煤剪切渗流试验。首先逐步施加三向应力至τ=σ1=σ2=4 MPa，然后保持σ2不变，施加τ=σ1=6 MPa，再保持σ1和σ2不变，通入进口压力为1 MPa的瓦斯气体，待瓦斯完全吸附后，连续施加剪切应力至试件破坏，同时进行瓦斯渗流试验。

[2] HUDECEK V.Analysis of safety precautions for coal and gas outburst hazardous strata [J].Journal of Mining Science，2008，44(5)：464-472.

3 试验结果及分析

图4为试验后的煤体剪切破坏实物图，可以看出，煤体在剪应力的作用下发生了明显的剪切破坏，破坏裂纹由顶角延伸至钢板与丁腈橡胶交界处。除剪切裂纹外，还出现了横向裂纹。说明采用该系统能够实现在三向应力作用下的煤体剪切破坏。

  

图4 试验后煤体剪切破坏实物图

轴压从6 MPa开始加载的压力、位移和渗流速度随时间的变化曲线见图5～7。

  

图5 真三轴剪切渗流试验压力—时间曲线

  

图6 真三轴剪切渗流试验位移—时间曲线

  

图7 真三轴剪切渗流试验渗流速度—时间曲线

图5～7中轴压为剪切应力τ，左侧和右侧压力为第一法向应力σ1，油压代表第二法向应力σ2；左侧和右侧位移为第一法向位移，位置一和位置二为第二法向位移。

从图5可以看出，法向应力在恒压模式下能够保持不变，说明了应力加载稳定、可靠。轴压加载过程中，加载速率逐渐变缓，在约600 s时达到了试件的抗压强度，试件发生破坏，发生破坏时对应的极限强度为24.68 MPa，试件发生破坏后应力出现了快速下降，此后开始手动卸压，停止试验。

对照组采用西药治疗,基础药物治疗:拜阿司匹林100mg口服1/晚,阿托伐他汀钙20mg口服1/晚,并对高危因素进行控制,包括控制血压、血糖、血脂、尿酸、HCY等。

从图7可以看出，渗流速度曲线总体表现为先快速下降，后缓慢下降，最后保持基本稳定；在600 s时由于剪切裂纹的出现，瓦斯主要沿着剪切面流动，渗透率出现了略微增长的趋势，但由于煤粉颗粒相互挤压、错动，与煤体试件发生了脱离，使新产生的裂纹被堵塞，随后又保持了基本稳定状态；在930 s时，由于第一法向应力的卸载，使得煤体剪切裂纹出现了扩展，渗流速度再次出现了增大的趋势，之后压力卸载完毕，渗流速度保持了稳定。

4 结论

1)设计研发的真三轴剪切渗流试验系统，能够进行三向不等应力条件下的剪切变形对瓦斯渗流的影响试验研究，为研究剪切渗流提供了新的测试方法。

2)真三轴剪切渗流试验系统解决了剪切变形下的瓦斯渗流密封性问题，从以往的剪切渗流介质为水到剪切渗流介质为瓦斯迈进了一步。

3)获得了剪切作用下的煤体变形破坏形态，以及应力、变形和渗流速度随时间的变化曲线，可为进一步研究剪切渗流提供参考。

参考文献：

[1] LI S，WANG Q J，LUAN Q L.Development of regional prediction information system of coal and gas outburst[J].Journal of Coal Science and Engineering，2006，12(1)：79-81.

2.2 4组患者治疗前后洼田饮水试验情况 治疗2周、4周后，观察3组后一时间节点治愈率较前一时间节点有显著增加(均P<0.05)，同时观察3组治愈率较对照组、观察1组、观察2组相同时间节点有显著增加(均P<0.05)；观察1组与对照组各时间点比较，治愈率差异无统计学意义；观察2组治疗1周、2周后与对照组比较，治愈率差异无统计学意义，治疗4周后与对照组比较治愈率显著提高(P<0.05)。见表3。

准备一杯牛奶、一大勺酸奶（最好是最新出厂的冷藏酸奶，以确保足够的活菌数）还有白糖，三者混在一起使劲搅拌，然后倒入玻璃瓶里。头一天晚上盖好盖子放到暖气上，第二天早上就能收获一大杯酸奶。整个发酵过程需要8～9 h。

[3] 胡千庭，周世宁，周心权.煤与瓦斯突出过程的力学作用机理[J].煤炭学报，2008，33(12)：1368-1372.

从图6可以看出，第一法向两侧位移和第二法向两侧位移分别能够保持基本一致的变化，其中轴向位移变化量最大，其次是第一法向位移和第二法向位移。

[4] 武猛猛，王刚.基于颗粒流理论的上覆岩层裂隙演化规律研究[J].煤矿安全，2016，47(8)：33-36.

4)数据采集和图形分析。保存试验采集到的数据并进行图形分析。

[6] 刘才华，陈从新，付少兰，等.剪应力作用下岩体裂隙渗流特性研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22(10)：1651-1655.

风光水多能互补发电系统日内时间尺度运行特性分析//叶林,屈晓旭,么艳香,张节潭,王跃峰,黄越辉,王伟胜//(4):158

由图4可知，渣温控制在1 250～1 280 ℃范围内对杂质的脱除影响很小，渣温超出1 280 ℃后杂质铅的脱除率明显上升，这是因为高温加快了硫化物的氧化反应速率，同时渣的黏度显著降低[16]，更有利于杂质挥发。但渣温高会加剧烟气区耐材的冲刷，不利于烟气区的挂渣保护[17]，从而降低炉体使用寿命。所以，闪速吹炼低渣温操作更有利于减缓炉内耐材的冲刷和延长炉体使用寿命。

[7] 蒋宇静，王刚，李博，等.岩石节理剪切渗流耦合试验及分析[J].岩石力学与工程学报，2007，26(11)：2253-2259.

[8] 位乐，王登科，刘志伟.饱和水含瓦斯煤气水两相渗流特性试验研究[J].矿业安全与环保，2016，43(1)：1-4.

[9] 夏才初，王伟，王筱柔，等.岩石节理剪切—渗流耦合试验系统的研制[J].岩石力学与工程学报，2008，27(6)：1285-1291.

2017年8月8日，由广东海事局牵头开展的共建“平安西江”行动在西江广东段流域六地市拉开大幕。作为坚守在西江广东段“西大门”的肇庆，在一年多的建设过程中，用实际行动阐述了“平安西江”建设中的“肇庆范本”。

3组腹泻、腹痛、恶心、呕吐等不良反应发生率比较，差异无统计学意义(χ2=0.312 5，P=0.855 3，P>0.05)。

[10] 尹光志，李晓泉，赵洪宝，等.地应力对突出煤瓦斯渗流影响试验研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27(12)：2557-2561.

[11] 王刚，蒋宇静，王渭明，等.新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用[J].岩土力学，2009，30(10)：3200-3208.

[12] 周东平，沈大富，余模华，等.地应力对瓦斯渗流特性影响的试验研究[J].矿业安全与环保，2012，39(S)：6-12.

[13] 聂百胜, 何学秋, 李祥春, 等. 真三轴应力作用下煤体瓦斯渗流规律实验研究[C]//第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集.北京：中国矿业大学(北京), 2009: 345-347.

[14] 许江，彭守建，尹光志，等.含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置的研制及应用[J].岩石力学与工程学报，2010，29(5)：907-914.

[15] 尹光志，蒋长宝，王维忠，等.不同卸围压速度对含瓦斯煤岩力学和瓦斯渗流特性影响试验研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30(1)：68-77.

[16] 蒋长宝，尹光志，黄启翔，等.含瓦斯煤岩卸围压变形特征及瓦斯渗流试验[J].煤炭学报，2011，36(5)：802-807.

[17] 尹立明，郭惟嘉，陈军涛.岩石应力—渗流耦合真三轴试验系统的研制与应用[J].岩石力学与工程学报，2014，33(S)：2820-2826.