卸压(排放)钻孔破坏半径的数值模拟分析

为获得卸压(排放)钻孔破坏半径的计算表达式,利用RFPA2D数值模拟软件,模拟了不同煤层强度、不同煤层压力、不同孔径对钻孔破坏半径的影响,通过理论分析和回归分析得出了钻孔破坏半径的变化规律。通过多个方案数值模拟,定量得出了破坏半径与煤层压力呈幂指数关系,与钻孔有效直径呈对数关系,与煤层强度呈反比;所得出的钻孔破坏半径的表达式可用于不同条件下计算瓦斯排放钻孔的有效排放半径和卸压钻孔的有效卸压半径。结果对于钻孔卸压防治矿井动力现象有重要的理论指导意义。     

瓦斯煤层冲击地压发生机理

为有效预测与防治瓦斯煤层冲击地压,揭示瓦斯煤层冲击地压发生机理,建立了发生判据,并对瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的区别进行了阐述。瓦斯煤层冲击地压是在地应力和瓦斯孔隙压力综合作用下发生的,是固流耦合作用下发生的煤层冲击地压。瓦斯煤层变形破坏受有效应力的支配,孔隙压力抵消了部分地应力作用。由于瓦斯对煤物理力学性质影响,既有减缓冲击地压强度的趋势,又有增加冲击地压频度的趋势。瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的孕育过程是相似的,但发生过程和能量来源有很大区别。     

钻孔卸压防治巷道冲击地压的数值模拟

基于ADINA有限元分析软件,对某矿巷道冲击地压应力集中区钻孔卸压效果进行了数值模拟研究;根据实际开采条件建立了ADINA有限元模型,通过模拟3,5,8 m不同钻孔深度,得到了巷道垂向应力图,分析了不同钻孔深度的卸压效果.数值模拟结果表明:在3种钻孔深度的对比下,钻孔深度越深,卸压效果越明显.冲击地压应力集中区钻孔卸压数值模拟对工程应用具有一定指导意义.     

大直径煤层钻孔注水压裂防治冲击地压数值模拟

为消除冲击地压危险性,采用数值分析方法模拟大直径煤层钻孔注水压裂过程,分析单孔不同侧压系数和多孔不同布置方式下注水压裂效果.研究结果表明:注水使煤层大范围卸压,产生的大量裂隙削弱煤体应力,水的作用改变煤体的物理力学性质,有效防治冲击地压发生;裂缝扩展方向与侧压系数相关,随侧压系数增大,裂缝扩展方向由竖直方向转为水平方向;不同钻孔布置方式卸压效果不同,沿垂直方向四方布置卸压范围比单排布置和三花布置高出35.8%和31.3%,四方布置更适合于冲击地压矿井厚煤层开采,分析结果对冲击地压矿井安全开采具有重要指导意义.     

煤层冲击地压形成机制及防治措施

冲击地压是矿山开采中发生的煤岩动力现象,是威胁煤矿安全生产的严重灾害之一。这种动力灾害通常是在煤岩力学系统达到极限强度时,聚积在煤岩体中的弹性能量以突然、急剧、猛烈的形式释放,在井巷发生爆炸性事故,造成煤岩体振动和破坏,动力将煤岩抛向井巷,同时发生强烈声响,造成设备、井巷的破坏,人员的伤亡等。冲击地压可能还会引发其它矿井灾害,尤其是瓦斯煤尘爆炸、火灾以及水灾,破坏通风系统,严重时造成地面震动和建筑物损坏等。本文结合实例对冲击地压现象分析、煤层及煤层与顶底板组合的冲击倾向性试验及顶板煤层型冲击地压的防治进行具体分析。     

房山矿无冲击倾向煤层冲击地压的成因分析

针对北京矿务局大安山矿房山采用四槽煤发生冲击地压的特殊性进行了分析,指明了该煤层发生冲击地压的主原因是其特殊的地质特点和应力特点。并得出房山矿煤层是属于无冲击倾向的软弱煤层,而冲击地压发生是由于层间滑动失稳破坏引起。     

急倾斜煤层冲击地压防治的可行性研究

针对京煤集团木城润矿大台井地质条件与煤的赋存状况，通过相似模拟实验和数值模拟方法，讨论急倾斜煤层开采解放层的可行性。通过观测相似模拟实验中的煤岩失稳过程，定性地了解冲击地压的发生规律，裂隙带发生、发展过程和解放范围。采用反映煤岩等脆性材料破坏特征的五参数Wilianm-Warnke强度准则破坏模型，利用有限单元法单元“处死”的功能真实模拟开挖过程，进行急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压的数值模拟研究，作为定量分析依据。为急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压制定较为合理的方案、安全技术措施等提供重要的科学依据和理论指导作用。     

急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压数值模拟

采用反煤央等脆性材料破坏特征的五参数Wilianm-Warnke强度准则破坏模型,利用有限单元单元“处死”的功能真实模拟开挖过程,进行急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压的数值模拟研究,揭示了急倾斜煤层开采解放层的煤岩层应力场、变形场等物理量的变化规律和解放范围以及解放程度,为急倾斜煤层开采解放层防治冲击地压制定较为合理的方案、安全技术措施等提供重要的依据和指导作用。     

水压致裂防治冲击地压的探讨

分析了冲击地压发生的原因,阐述了水对地层的影响以及水对煤冲击倾向的影响,通过对新疆屯宝煤矿水压致裂防治冲击地压的探讨,得出以下结论:弹性能量指数由原来未注水的9.7降低为3.5,冲击能量指数由原来未注水的7降低为3,动态破坏时间由原来未注水的7 ms增加到229 ms,把原本对煤层的高强度级别的冲击转化为中等强度的冲击。     

冲击倾向性煤体的细观特征与裂纹失稳的试验研究

对大同忻州窑矿、开滦赵各庄矿具有冲击倾向性煤体试样的扫描电镜（SEM）及三点弯曲试验。分析了冲击煤的显微组分、细观结构特征；并且通过对SEM数字图像和栽荷位移关系的分析。初步解释突出煤体裂纹损伤演化的细观机理．试验表明，（1）煤是非均质材料，突出危险煤的微结构以粒状、网状、片状结构为主，也可以见到鳞片状和压扭性结构；（2）发生冲击地压灾害的破坏煤体中，裂纹主要为新生裂纹，且裂纹的扩展通常具有一定厚度带状区域，裂纹由萌发、维护到结构失稳的破坏过程具有自组织、能量耗散的特征；（3）经过冲击地压破坏后的试样破坏强度低于渐进破坏煤体试样的强度，约为1／3—1／2，这也说明因冲击地压能量突然释放引起的失稳破坏具有显著不同的特征．图10．表1。参10．     

冲击地压危险性等级识别的随机森林模型及应用

 为快速、准确地预测冲击地压危险性,借鉴随机森林理论,选取影响冲击地压的10 项主要因素:煤层、倾角、埋深、构造情况、倾角变化、煤厚变化、瓦斯浓度、顶板管理、卸压、响煤炮声作为判别因子,建立冲击地压危险性识别的随机森林模型.利用重庆砚石台矿24 组实测数据作为学习样本建立随机森林分类器,在对样本分类的同时,计算预测变量的重要性值GI,发现构造情况为最重要的评价指标,其后是响煤炮声和倾角.利用其他12 组现场数据作为预测样本对该模型进行测试,预测结果与实际情况吻合较好.     

构造应力对煤层顶板稳定性影响的数值分析

煤层顶板垮落是煤矿生产常见的灾害,煤层顶板稳定性预测是防治顶板事故的关键技术措施。构造应力是影响煤层顶板稳定性的重要因素之一。利用FLAC3D软件,分析在构造应力的影响下煤层顶板在采动过程中的变形破坏特征,以及不同侧压条件下煤层顶板的移动规律。结果表明,顶板破坏在岩梁中部是由下向上发展的,在一定的条件下,随着水平构造应力的增大,顶板破坏范围逐步减小,顶板岩层的位移逐步减小。     

薄煤层冲击矿压发生机理及防治研究

分析了崔庙矿薄煤层诱发冲击矿压的原因,验证了薄煤层深部开采时具有冲击矿压现象,实验研究了薄煤层的冲击矿压危险性与煤岩体的结构特征的关系,即组合煤岩试样的冲击能指数随着顶板与煤样高度比值的增加而增加,随着煤岩高度比减小,组合煤岩单轴抗压强度增大,煤层厚度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响,探讨了薄煤层应力分布及转移规律和冲击矿压机理,即煤层越薄,煤体承载能力越强,越不容易产生应力转移,由于开采煤体,引起峰值应力区垂直应力升高,水平应力对煤体约束减小,导致冲击矿压。文中以崔庙矿为工程研究背景,通过设置切顶巷和顶板深孔爆破降低了冲击危险性,取得了显著效果,验证了薄煤层开采切顶巷防冲技术和顶板预裂爆破技术的可行性。     

煤层冲击危险评价方法的探讨

系统地介绍了评价煤层冲击危险测定方法,为了深入了解煤层冲击危险,提高预测与防治煤层冲击的手段,用几种不同的有关冲击地压的测试方法对煤层冲击危险程度进行评价.通过现场及实验室试验,对煤层冲击危险程度指标进行综合分析,为现场预测煤层冲击危险提供测试手段.     

煤层注水水气驱替的理论分析

将根据煤层注水过程实际上是水区逐渐扩大、瓦斯区域逐渐缩小的实际,对注水过程中,水在煤层中的流动状况进行研究,建立注水驱气(瓦斯)的基本理论,建立起渗流与煤层特性、注水工艺参数的定量关系,得到界面处欧拉观点的渗流速度和拉格朗日观点的质点实际速度的关系式,由此得到水前锋到达的位置和时间的关系式,从而建立了煤层注水驱替的基本理论和基本的处理方法,为从理论上研究煤层注水预防冲击地压提供方法和途经.     

榆树湾浅埋煤层保水开采三带发展规律研究

在分析陕西榆树湾煤矿浅埋煤层分层开采的水文及工程地质条件的基础上，对保水开采中覆岩破坏“三带”的发展规律进行了相似材料模拟实验研究．实验表明在基岩厚度较大的浅埋煤层开采中覆岩垮落不是整体切落，而是有“三带”存在；同时，实验揭示了其“三带”的高度、覆岩的下沉与采高的关系，表明在基岩厚度较大、隔水土层较厚的浅埋煤层中采用分层开采可实现保水开采，这为榆树湾煤矿保水开采提供了重要的科学依据．图3，表1，参8．     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

芦岭矿煤层静压注水试验及装备应用

为了改善在松软煤层浅孔静压注水而引发的封孔困难、工艺复杂和易片帮的情况,在有代表性的芦岭煤矿Ⅱ925综采工作面煤层进行静压注水试验。基于以往的煤层注水理论和煤层实际情况,设计了煤壁浅孔注水方案。通过5种不同的压力进行试验,并基于试验结果的对比分析和筛选,在4种不同压力下添加活性剂进行实验。实验结果表明:低压活性剂注水能提高煤层的注水量,缩短注水时间,并降低了松软煤层注水失败的几率。通过对比,得出结论:低压活性剂静压注水工艺简单,成本低廉,注水成功率较高,并能改善封孔困难、容易片帮等情况。     

长沟峪煤矿大倾角中厚煤层变薄带的顶板压力

大倾角煤层开采后,受采空区冒落矸石下滑充填的影响,特别是工作面中部煤层变薄带的影响,工作面顶板岩层的变形、破坏和运动形式不同于其他煤层。以长沟峪大倾角煤层变薄带顶板压力观测数据为基础,结合计算机模拟方法,分析该煤层顶板压力特点。数值模拟与实测分析均显示工作面煤层变薄带下部顶板压力大。这为相近条件下采煤工作面顶板支护设计提供了技术指导。