云桂铁路老石山隧道浅层天然气分布探究

通过现场地质调查、取样、测试分析,研究了老石山隧道天然气来源与分布特征。研究认为龙泉寺断裂为天然气向上运移通道,志留系黑色页岩为生油生气层,而砂岩和灰岩则是良好储层。综合判断老石山隧道为高瓦斯隧道,其中里程DK717+210～DK718+900为高瓦斯工区,其余区段为低瓦斯工区。     

瓦斯抽采钻孔布置方案参数优化： 以保德煤矿为例

针对高瓦斯中低渗透率厚煤层工作面常规预抽钻孔预抽浓度低、钻孔衰减系数大、瓦斯预抽时间长等难题,以保德煤矿8号煤层为研究对象。通过8号煤层渗透率各项异性实验分析和现场测试,对8号煤层钻孔布孔方位以及封孔工艺最优参数进行研究。结果表明：预抽钻孔与煤壁裂隙呈90°,钻孔倾角为-6°时钻孔抽采效果最好;采用新材料+囊袋作为封孔材料,封孔距离8～16 m时,增大压力和“两堵两注”的注浆方式,能有效地提供封孔的气密性。通过3种不同的测试方法,确定4个月时的钻孔抽采有效半径约为4 m, 6个月有效抽采半径为4.5 m。以此为依据,得出工作面瓦斯抽采钻孔最佳布置参数。研究成果为高瓦斯低渗透率厚煤层工作面预抽钻孔设计提供了参考依据。     

高瓦斯特长高铁隧道通风方案设计及监测分析

成都至自贡高铁白云山隧道全长13 340 m,为特长高瓦斯隧道,多工区、多阶段施工通风问题严重制约着隧道运营施工与人员安全。通过工作面最大通风量、最大供风量及沿程风压损失对不同工区施工阶段进行通风计算,设计单工区通风方案及隧道总体贯通顺序,并采用水气分离方法处理地下水及自动安全监控系统实时监测隧道瓦斯浓度。分析表明：施工的大部分时间内,2#～6#斜井的瓦斯浓度均偏低,说明合理的通风方案及工区贯通顺序可以有效降低隧道瓦斯浓度;采用水气分离方法对地下水进行处理,将地下水和瓦斯分别排出,可进一步降低隧道内瓦斯浓度;监控系统对2#、3#和6#斜井出现的瓦斯排放异常情况及时报警提示并断电保护,保证了隧道施工进度及人员安全。针对特长高瓦斯隧道多工区、多阶段施工通风,基于隧道通风方案、贯通顺序、水气分离处理及瓦斯监测等方面建立一套完整的通风监测设计方法,为类似工程提供指导。     

基于同步运移理论的瓦斯抽采气固耦合数值模拟

以煤层瓦斯扩散渗流同步运移理论为基础,综合考虑瓦斯抽采过程中煤体变形引起的孔隙率、渗透率变化,建立了瓦斯抽采气固耦合动态数学模型。以晋城某矿为例,结合该矿煤层赋存特征,借助Comsol multiphysics软件进行了数值模拟,模拟结果表明在瓦斯抽采过程中有效抽采半径与抽采时间符合幂函数关系;随着煤层埋藏深度增加,上覆应力增大,煤层孔隙率和渗透率降低,是导致瓦斯抽采难度增加的主要原因,为此如何能提高煤层的渗透率和孔隙率是增加瓦斯抽采率的关键;单纯增大抽采负压对提高瓦斯抽采率影响不大。该研究结论为优化瓦斯抽采工艺参数提供了理论依据。     

煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟

为了寻求合理的钻孔抽放参数,采用数值模拟的方法,应用计算流体力学软件fluent6.3建立了钻孔瓦斯抽放流动模型,通过气体渗流理论模拟抽放过程瓦斯流动规律,分析了抽放负压和煤层渗透率对瓦斯抽放效果的影响规律。结果表明:瓦斯抽放有效半径为2 m左右,抽放负压对抽放半径的影响不是很明显;瓦斯抽出量随抽放负压的升高而增加;煤层渗透率对瓦斯抽放量的影响比较大。模拟的抽放影响半径与现场实测结果基本一致。该模型可以对现场瓦斯抽放提供理论指导。     

采煤工作面的瓦斯控制措施

通风治理瓦斯是工作面瓦斯控制的最常用方法,在高瓦斯工作面需要煤体瓦斯抽放和采空区的瓦斯抽排,并完善必要的瓦斯管理制度。     

基于瓦斯渗透异性的煤层抽采钻孔合理布置

基于煤层瓦斯渗透各向异性特征,在九里山煤矿煤层进行了180d井下瓦斯抽采有效影响半径测试,同时,建立煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了抽采钻孔的合理布置方式。研究结果表明:煤层平行层理方向的渗透率是垂直层理方向的渗透率的2.6倍左右。煤层钻孔不同方向有效抽采半径均随抽采时间增加而增大,且与预抽时间满足幂指数关系,数值模拟结果与井下现场测量一致。有效抽采距离在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,有效抽采区域为椭圆形。据此确定了不同预抽时间煤层抽采钻孔的合理间距,并针对九里山煤矿二1煤层计算分析了预抽时间与百米钻孔数的关系。     

枣庄矿区瓦斯涌出异常区的治理对策

国内外统计资料表明，高瓦斯矿井发生瓦斯爆炸事故的机率并不是很高，低瓦斯矿井的瓦斯涌出异常区却时有瓦斯爆炸事故发生。本文根据枣庄矿区低瓦斯矿井的瓦斯涌出异常区的实际情况，从低瓦斯矿井的瓦斯涌出异常区的成因着手分析，详细地探讨了低瓦斯矿井的瓦斯涌出异常区的治理对策。实践证明，本文提出的方法、对策既简单可行、又实用有效，对于其它矿区的瓦斯涌出异常区的有效治理具有较高的借鉴意义。     

型煤试件在应力场中的瓦斯渗流特性分析

应用实验室自行研制的瓦斯渗流实验装置,通过保持轴向压力不变而改变围压和保持围压不变而改变轴向压力2种加载方式,对型煤试件的瓦斯渗透特性进行了实验研究.通过对实验结果的分析,认为试件的渗透率与其所受的应力状态有密切的关系,随各种应力的增加渗透率降低,围压对试件渗透率的影响比轴向压力大,试件渗透率与各种应力成负指数关系.根据达西定律,结合实验研究结果,推导出煤层瓦斯渗流方程,该方程能够模拟采场周围煤层瓦斯的渗流,对于利用采动应力场提高瓦斯的抽放效率具有现实指导意义.     

有效应力对煤层气渗透率影响的研究

研究了有效应力对煤层瓦斯渗透率的影响，推导出的渗透率与有效应力之间的关系为三次多项式，并经实验进行了验证。     

低透气性煤层的渗透率试验与瓦斯抽采技术

为揭示渗透率及孔隙率结构对低透气性煤层瓦斯抽采的影响,采用理论分析和试验研究方法,针对集贤煤矿9#煤层西二采区四片工作面瓦斯异常涌出与浓度超限的问题,在对工作面瓦斯的来源和向斜构造对瓦斯赋存的影响分析的基础上,实验室采用自压式三轴渗流测试装置测定了不同方向煤样试件的渗透率,应用低场核磁共振测试系统对孔隙结构分布规律进行研究,采用径向流量法对透气性系数进行测定.研究结果表明:煤层渗透率随瓦斯压力增大而降低,且表现出各向异性特征;煤层孔隙发育程度低,则渗透率降低,瓦斯渗透能力较差,吸附瓦斯含量较大,揭示了渗透率对低透气性煤层瓦斯抽采和抽采率影响较大.研究结论对低透气性煤层卸压增透措施和瓦斯抽采钻孔参数的选择具有理论指导意义.     

综掘面瓦斯涌出规律及特征研究

高瓦斯是影响煤层巷道安全快速掘进的主要因素之一,对煤巷掘进面的瓦斯涌出规律进行深入研究,能为瓦斯防治提供针对性办法,还分析了瓦斯涌出与综掘速度及其工艺(停开机)的关系,研究结果为保障高瓦斯工作面安全生产提供可靠依据。     

煤岩渗透率与煤与瓦斯突出关系理论探讨

为预测和防治煤与瓦斯突出，从断裂力学角度，在细观上分析阐述了原始环境条件下饱和瓦斯煤岩体受采掘活动影响，在围岩应力增高情况下，其内部裂隙发生发展过程与渗透率之间的关系，由此分析说明了煤岩体渗透率的变化对煤岩体和瓦斯突出的影响，对研究和防止矿井煤与瓦斯构成的固流耦合系统的失稳破坏，造成煤与瓦斯突出提供了一个新的思路。     

煤体钻孔瓦斯有效抽采半径判定技术

为研究瓦斯矿井本煤层准确测定瓦斯有效抽采半径问题,提出了利用吨煤瓦斯抽采量计算钻孔瓦斯有效抽采半径的测定方法.基于瓦斯钻孔衰减负指数规律建立钻孔瓦斯抽采模型,解算出吨煤瓦斯抽采量,并与其煤层原始瓦斯含量对比,得出煤层残存瓦斯含量Wc和抽采率η,以此判断钻孔瓦斯有效抽采半径,只有同时满足{Wc≤8m3/t∩η≥30%},才为钻孔瓦斯有效抽采半径.研究结果表明:随着预抽时间延长,钻孔瓦斯有效抽采半径逐渐增大,直至极限抽采半径.通过工程实践,分析了不同时间的有效抽采半径,为瓦斯矿井抽采工作提供了可靠的抽采参数,具有实际应用价值.     

煤的瓦斯渗透性影响因素的探讨

对南桐煤田煤样的渗透率进行了实验室研究，探讨了瓦斯的解吸特性、温度、煤中水分对瓦斯渗透的影响，结果表明，在瓦斯无解吸的情况下，瓦斯压力降低，煤的渗透率也降低，然而在解析瓦斯压力作用下，煤对瓦斯的渗透率会增加，煤样瓦斯的渗透率的对数与温度成线性关系。含水煤样的渗透率明显低于干煤样的渗透率，随着含水量的增加，煤样瓦斯的渗透率减小。     

利用覆岩移动特性实现煤与瓦斯安全高效共采

为了实现高瓦斯煤层群条件下煤与瓦斯的安全高效共采，运用数值模拟和现场试验相结合的方法，对远距离下保护层开采的采动效应进行了分析与研究。结果表明；下保护层开采使覆岩产生不同程度的卸压。煤体产生膨胀变形，生成大量的次生裂隙。从而导致煤体的透气性增加。为远程卸压瓦斯的抽放创造了有利条件；同时，覆岩的水平应力分布也发生了改变，由原始的水平压应力变为拉应力，从而导致了水平位移的产生，在该位置形成丰富的竖向裂隙，为瓦斯的运移提供了通道。在高瓦斯煤层群条件下，可以通过合理的开采顺序和有效的瓦斯抽放方法。实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。     

丰城矿区排放钻孔有效影响半径确定

为了解决丰城矿区局部综合防止煤与瓦斯突出措施排放钻孔布置的问题,采用数值模拟方法对钻孔瓦斯排放半径进行分析,对排放钻孔周围应力及瓦斯流动进行研究,同时对该排放半径进行了现场考察.研究结果表明:该矿区瓦斯排放一天,其有效影响半径为0.5 m.该结论为矿井采取局部防止煤与瓦斯突出措施提供了合理的参数和重要的参考依据.     

孔庄煤矿瓦斯异常原因及其防治措施

针对近年来，在一些低瓦斯矿井的瓦斯异常涌出区发生了一些重大瓦斯事故，以上海能源股份公司煤层瓦斯含量低，而局部存在高瓦斯区域的孔庄煤矿为例，从影响瓦斯涌出的地质因素和采掘因素出发，详细分析了低瓦斯含量煤层瓦斯异常涌出原因，并提出了瓦斯异常涌出防治措施。也为其它低瓦斯矿井瓦斯异常涌出问题的研究提供思路和方法。     

基于格子Boltzmann方法的回采工作面瓦斯渗流模拟

工作面回采会导致其前方煤体中的应力重新分布，在工作面前方形成减压区，增压区和稳压区，致使回采工作面前方煤体中的渗透率沿煤层走向呈现不均匀分布，因此，不能再将煤体视为均匀介质。鉴于这一工程事实，采用格子Boltzmann方法，结合算倒，研究了煤体渗透率沿走向呈现不均匀分布情形下的瓦斯渗流规律，为回采工作面瓦斯灾害防治提供依据。研究表明：采用格子Boltzmann方法可以有效模拟回采工作面瓦斯渗流，能够生动再现瓦斯流向回采工作面这一过程。     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.