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热压型煤成型条件优化试验研究方法
针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题，建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先，自主研发了热压型煤试验系统，并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总，同时基于Horsfield致密堆积理论创建了型煤材料最优配制方案，最后形成了以马氏距离度量法和黄金分割法相结合的成型条件优化方法。为了验证试验方法的效果，通过控制成型温度为311.8 ℃、升温速率为5 ℃/min和保温时间为5.3 h，开展了不同成型压力条件下热压型煤试验研究，研究了不同成型压力条件下的热压型煤微观结构、物理力学特性和渗透特性等响应特征。结果表明：增加成型压力，总孔隙度逐渐减小，单轴抗压强度呈先增大后减少的变化趋势，破坏形式以块状剥落和纵向破裂为主，初始渗透率呈先减小后增大、最小渗透率则呈先减后增再减的变化趋势。
以各成型条件的具体数值为试验点、热压型煤和原煤的关键参数为评价参量构建样本矩阵，计算各成型条件下热压型煤和原煤之间的马氏距离，再结合黄金分割法对试验区间进行优化求解，优化后的最佳成型压力为80 MPa，在此成型条件下制作的热压型煤密度、单轴抗压强度和初始渗透率分别为1.137g/cm3、12.21MPa、1.32×10−15m2，与原煤的1.132g/cm3、12.83MPa、1.08 ×10−15m2相似性极高，达到了提高型煤强度、降低型煤渗透率的目的。
图 1 热压型煤试验系统
图 2 ϕ50 mm × 100 mm 碳钢模具
图 3 六方最紧密堆积及 Horsfield 填充
图 4 煤粉的制作过程
图 5 型煤试件制备流程
图 6 不同成型压力下制作的热压型煤的 T2 谱图
图 7 不同成型压力下热压型煤的孔隙度分量
图 8 不同成型压力下热压型煤单轴压缩变形特性曲线
图 9 不同成型压力下热压型煤单轴压缩破坏实物
图 10 不同成型压力条件下型煤渗透率−轴向应变−主应力差变化曲线
图 11 马氏距离分布曲线类型
图 12 黄金分割法示意
图 13 不同成型压力下热压型煤与原煤马氏距离变化曲线
图 14 热压成型条件优化步骤
许江，男，1960年9月25日生，湖南永兴人，重庆大学资源与安全学院，二级教授，博士生导师，重庆市安全技术与工程学术技术带头人、重庆大学安全科学与工程一级博士学位授权点始建学术带头人等。兼任中国岩石力学与工程学会测试专业委员会副主任委员、中国职业安全健康协会瓦斯灾害防治与利用专业委员会专家咨询工作组副主任委员以及《重庆大学学报（自然科学版）》、《煤炭科学技术》和《地下空间与工程学报》等学术刊物的编委等职。主持国家973计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金等国家、省市部委或工程现场科研项目50余项。获教育部技术发明一等奖、教育部科技进步一等奖、国家科技进步二等奖、重庆市科技进步一等奖等国家级或省市级的科技奖项近20项，出版学术著作10余部，获权或申请发明专利100余项，在国内外学术刊物或学术研讨会上发表学术论文400余篇，其中SCI、EI检索150余篇，培养博士研究生20余人和硕士研究生近100人。
研究方向
主要从事有关岩石力学理论与试验、煤矿动力灾害发生机理与控制理论、山地地质灾害演绎规律与监测预警等方面的研究以及相关分析测试仪器设备的自主研发
主要成果
依托重庆大学资源与安全学院及煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室优越的科研育人平台，主要从事多场耦合条件下煤岩力学特性及瓦斯渗流理论与工程应用方面的研究，针对煤与瓦斯突出灾变过程现场数据难以实时获取，且缺乏模拟手段进行重现与反演的技术瓶颈，研制了多尺度多场耦合条件下煤矿动力灾害系列模拟试验系统，在深部采场围岩应力分布及裂隙动态演化规律、采动煤岩渗透性、采动煤层煤与瓦斯突出灾变机制、煤岩剪切-渗流耦合及广义应力松弛特性等方面取得了系列研究成果。
来源：
许江，贾立，甘青青，等. 热压型煤成型条件优化试验研究方法[J]. 煤炭学报，2024，49(2):739−752.
