采场瓦斯涌出变化过程的控制分析

本文运用系统控制理论的方法,把采场风流中瓦斯运移视为复杂空隙结构中瓦斯——空气组合气体运动系统。根据矿井通风状态变化下采场瓦斯动态涌出测定结果,按照系统输入量阶跃变化建立采场瓦斯运动系统控制模型,通过反求参数得出实测矿井通风状态变化作用下采场瓦斯涌出响应曲线。并对采场瓦斯涌出动态特性进行了初步分析。     

煤层群重复采动卸压瓦斯储运区演化规律实验研究

为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16~#、18~#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工程应用。结果表明,实验矿井上层煤开采后,覆岩垮落带高度11 m、裂隙带高度53 m。工作面附近覆岩关键层形成的砌体梁结构与其下方岩层之间的离层裂隙成为卸压瓦斯储集的空间。当下层煤开采后,受重复采动的影响,垮落带和裂隙带高度分别为13和83 m。上下煤层之间存在关键层,在其下部仍会形成瓦斯储集空间,采动裂隙贯通后下煤层卸压瓦斯易沿着裂隙区通道向上运移至煤层间隔层关键层下的储集空间,再顺着上煤层冒落带内裂隙通道继续向上。此时,上煤层采动形成的瓦斯储集空间也将充满瓦斯成为抽采的重点区域。基于此,提出采动卸压瓦斯储集空间判别方法,并在贵州某矿进行了抽采验证,抽采效果良好,保证了工作面的安全生产。     

综放工作面初采期煤与瓦斯共采试验研究

回采工作面初采期间瓦斯涌出异常,通常被称为困难时期。文中以余吾煤业N2105工作面为例,理论分析了工作面煤与瓦斯共采机理,采用数值模拟的手段,用走向模型分析初采期覆岩中裂隙演化规律,倾向模型判断覆岩卸压稳定后采动裂隙发育区分布。研究得出,初采期间,伴随顶板来压现象,覆岩采动裂隙逐步向高层位发育,采空区内冒落岩层被压实时,裂隙发育达到最高层位;距采空区上端头0~50m范围和煤层顶板上方30~50m范围空间交汇处,形成高浓度瓦斯富集区。工程试验表明,N2105工作面初采期间,覆岩采动裂隙逐渐发育,推进距达100~120m之间时,50#高位钻场瓦斯抽采量稳定在最高水平10m3/min,采动裂隙发育达到最高层位,并提出了高瓦斯工作面初采期定义,认为采空区内压实区形成时初采困难期结束。     

采动岩体渗流与煤矿灾害防治

针对煤矿采动破碎岩体高渗透、非Darcy流等特性,利用自行研制的渗流试验装置进行渗透性测试,并在此基础上建立了能够描述采动岩体渗流非线性和随机性特征的渗流理论.以采场底板隔水关键层力学模型为基础,建立了以采动岩体渗流失稳为突水判据的预测预报体系.分析了综放工作面瓦斯涌出规律及采空区瓦斯运移规律,开发出治理高产高效综放工作面瓦斯超限的J型通风技术.     

低瓦斯高强度开采综放工作面卸压瓦斯抽采关键技术

为研究低瓦斯高强度开采综放工作面采动覆岩裂隙演化过程中瓦斯的运移规律,提高矿井瓦斯治理能力,以王家岭矿12302工作面为例,研究了煤层开采后上覆岩层的垮落和位移特征,通过分形维数定量描述了裂隙的发育情况,得到了覆岩的三带高度、跨落角、裂隙区等参数,以此参数建立数值模型研究采动裂隙与瓦斯运移的耦合特性,将研究结果应用于现场的卸压瓦斯的抽采设计并进行了效果检验。结果表明:走向模型的冒落带为28.2 m,裂隙带为118.6 m,切眼处和停采线处的垮落角分别为59.5°和51.5°,倾向模型的冒落带为28.2 m,裂隙带为113.6 m,进刀端和停采线处的垮落角分别为62.5°和55.5°;随着工作面开采距离的增加,分形维数先增大后减小最后趋于平稳;采场卸压瓦斯整体上有向上、向采空区深部、向回风巷一侧运移的特性,采空区深部瓦斯浓度可达20%,上隅角瓦斯浓度接近1.5%,采动裂隙带瓦斯聚集区位于距回风巷20～50 m、高度距煤层顶板25～50 m范围内;采用高位定向长钻孔抽采采动裂隙带聚集瓦斯的抽采效果较好,上隅角和回风流瓦斯浓度均小于0.8%,保证了矿井的安全生产,为类似条件下的瓦斯治理提供参考。     

煤矿瓦斯灾害防治技术探讨

在分析目前煤矿瓦斯治理存在问题的基础上,提出了利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采技术相结合的综合瓦斯治理措施,分别阐述了煤矿井下水力压裂和地面采动井的原理和应用情况,实践表明：煤矿井下定向压裂增透消突成套技术可有效提高瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,改善井下作业环境;地面采动井可＂一井三用＂,对抽放采动区域瓦斯效果较好。     

采埸空气流动状况的数学模型和数值方法

研究采场空气的运动,是合理调整采场通风抑制残煤自燃防止瓦斯在生产巷道聚集,保证安全生产的基础。对采场运动状况过去所作的大量研究,几乎都不考虑采场中空气是在工作面和采空区、冒落岩石空隙相连的通道中这样不同性质的运动。全部视为理想流体的流动,显然与实际情况相差很大。只对采空区运用渗流理论进行研究,而不考虑采场是由工作面与采空区组成的整体。这样,难以决定工作面与采空区的交界条件和给出进入微分方程中的参数(如渗透系数)。因而,也难得出符合实际的结果。本文根据任何的空气运动都要满足质量守恒定理,将工作面附近空间空气流动处理     

采动岩体瓦斯渗流规律

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,基于煤岩介质力学性质及变形破裂过程的渗透特性,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,模拟研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。研究结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12 m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。工业性试验验证了受采动影响下推进距离和工作面瓦斯抽放量间呈非线性关系,为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。     

基于灰色理论预测五阳矿未受采动影响煤层瓦斯含量

 采用邓氏关联度和广义综合关联度2种灰色关联分析方法对未受采动影响区域内煤层瓦斯含量的影响因素进行研究,并根据不同的影响因素分别建立了GM(1,7)、GM(1,6)和GM(1,5)瓦斯含量预测模型。研究结果表明,在五阳矿76、78采区未受采动影响的3#煤层中,30m底板砂泥岩比、地质构造、挥发分、灰分4个因素为影响其瓦斯含量的主要因素。由此建立的GM(1,5)模型瓦斯含量预测精度最高,可采用该模型对五阳矿76、78采区未受采动影响的3#煤层瓦斯含量进行预测。预测值能够为矿井瓦斯灾害的防治提供依据,对实现矿井的安全生产具有重要的现实意义。     

潘三矿立井揭煤瓦斯抽采模拟研究

瓦斯抽采对于立井揭突出煤层起到重要的作用,准确的确定钻孔瓦斯有效抽采半径和合理的在待抽煤层中布置抽采钻场对煤层消突具有关键性作用。基于多孔介质中流体流动达西定律理论,采用COMSOL Multiphysics软件对该煤层瓦斯抽采进行了模拟。模拟结果表明,此煤层的瓦斯有效抽采半径为3m,随着抽采时间的增加,煤层瓦斯压力逐渐的降低,但降低的速率会逐渐的减小。瓦斯抽采30天后,其残余的瓦斯压力为0.18MPa,这与现场实测的最大残余瓦斯压力0.2MPa相接近,这说明了模型的可信性,其模拟结果可为瓦斯抽采设计提供参考。     

地下采动诱发斜坡变形机理

采用弹塑性有限元分析，探讨了地下采动引起斜坡应力场和位移场的变化规律，提出了采动条件下斜坡变形机制的地质模式。结果表明：采动条件下的斜坡变形、地形条件和介质条件起主要作用，采动引起软弱夹层上、下岩层的相对滑移，对斜坡的稳定性影响极大     

浅谈煤矿采空区管道沉陷的识别与治理

介绍了煤矿开采后引起地表移动与变形的形式以及对输油气管道产生的影响,探讨了管道通过煤矿采空区时的各种监测方法和治理措施.     

露天铁矿端帮开采诱发地表及岩层移动规律

本文采用三维物理模型试验方法,以辽宁鞍山眼前山铁矿为工程依托研究了端帮开采诱发地表及岩层移动变形规律。试验结果发现岩体中控制性节理的存在对岩层移动范围及变形过程和机理有重要影响;模型试验发现采空区上方岩层移动变形表现为“井”状陷落,这与现场调查发现的塌陷坑吻合。结果表明物理模型试验可以在微观上再现采矿诱发地表及岩层移动的全过程,有助于我们半定量的分析岩层移动变形机理。     

地质构造与井采对边坡岩移影响的试验研究

本文依据露天开采与井工开采联合开挖的实际情况,抽象出几种不同岩层赋存条件边坡下方井工开采的工程地质力学模型。通过物理模型试验,研究了边坡岩体移动规律.分析了边坡下方井采时,不同地层条件对边坡稳定性的影响。     

缓倾斜中厚矿体充填开采上覆岩层运移规律研究

针对缓倾斜中厚矿体下行充填开采过程中岩层移动和地表塌陷规律展开了研究.通过FLAC3D三维数值计算确定典型勘探线剖面,以河砂为骨料,重晶石粉为胶结剂进行大型相似材料模型试验,利用3DEC数值分析软件对模型试验结果进行验证分析.结果表明,充填开采能有效抑制岩层移动和地表塌陷,使地表沉降范围集中在矿体顶部且沉降中心随下行开采过程中向矿体中心移动;深埋矿体的开采对上覆岩层移动范围的影响较浅埋矿体的采动影响小;岩层移动塌落的角度随开采深度的增加先变小后变大,最终沉降以筒型陷落为主.     

地质动力区划方法的城市防灾减灾研究

在介绍地质动力区划基本原理的基础上,说明了新构造运动影响下城市地面楼寓和生命线系统的防灾减灾问题,以及新构造运动对地下采矿区煤与瓦斯突出的影响问题．指出,地质动力区划方法对城市建设的地质灾害预测分析具有时间短、工程评价费用低、效果显著等特点．     

岩层与地表移动问题的力学模型的选择

岩层与地在移动是一个发展的过程，从开始开采到移动结束，岩体的特性发生了很大的改变，使用力学模型解决岩层与地在移动问题必须使模型简化，但应满足合理的工程精度要求，否则将导致结论的谬误。在反算岩移参数时，可以使用采前的力学模型把开采作为边界条件模拟输入，也可使用采后的力学模型，即岩体已形成了三带。采后的力学模型由于已将来空区考虑为被岩石充填，故计算的应力可能异于顶板尚未冒落的岩休的应力。在承压水上开采和水体下开采时，应该采用采前的力学模型。     

基于应变理论在采空区管道失效分析中的应用

长输油气管道下伏采空区是一类复杂的管-土耦合作用问题,由于采空塌陷作用造成的地表变形给管道安全评价带来了特殊的困难。针对采空区空间位置的变化和不同的开采工况,采用基于应变理论的Ramberg-Osgood本构关系,建立采空塌陷区油气管道的有限元仿真计算模型,分析不同开采条件下管道的变形规律,讨论采用基于应变和基于应力两种不同理论对采空塌陷区管道失效判据的影响。结果表明:管体应变与采深H呈负相关,与采厚M呈正相关;采深采厚比H/M一定时,采深对管体应变的影响更大,多层重复采动方式更容易引起管体发生较大的变形;采用基于应变设计理论作为管道失效判据,可充分发挥管道的抗大变形能力。     

瓦斯抽放在低瓦斯矿井瓦斯防治中的应用

为了解决高产高效工作面多瓦斯涌出源、瓦斯涌出量大的问题,结合矿井的地质开采条件,提出了实施综合瓦斯抽放方法,即开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽、本煤层抽放瓦斯、采空区瓦斯抽放等多种方法在一个工作面的综合应用。此方法在空间和时间上为瓦斯抽放创造更多的有利条件,将钻孔抽放与巷道抽放结合起来,大幅度提高了瓦斯抽放率,从而降低瓦斯抽放成本,保证了矿井安全生产。     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.