断层导致煤层突出危险性增大的原因分析及防治措施

煤与瓦斯突出机理至今仍是世界性的研究课题,本人认为断层附近的残余构造应力是引起煤与瓦斯突出的主要原因。本文分析了采掘工作面过断层时煤层突出危险性增大的主要原因:断层附近煤层顶、底板岩层内储存有残余构造应力,采掘工作面过断层时,残余构造应力的自然释放可能导致突出的发生,同时提出了防治突出的措施,可为防突工作提供参考。     

激发矿井瓦斯突出的力学机理的探讨

综合分析了激发煤与瓦斯突出的力学机理,认为煤体所受约束应力的突然解除以及煤层中的瓦斯压力梯度是激发突出的主要原因。通过对煤层瓦斯渗流的数学分析,说明了工作面的推进速率、煤层瓦斯压力、煤的物理力学性质以及地质条件等因素对激发突出所产生的影响。     

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。     

煤层瓦斯组分异常对安全生产影响的探索

分析了煤层瓦斯组分异常对安全生产影响,得出煤层瓦斯组分中,氮气浓度增高将引起煤层瓦斯涌出量预测误差偏大,且易造成采掘工作面人员窒息,重烃浓度增大,使矿井瓦斯爆炸危险性和煤与瓦斯突出危险性增大。     

采动岩体瓦斯渗流规律研究

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,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。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12m,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。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。     

大佛寺煤矿变形及受力特性研究

大佛寺煤矿位于彬长矿区开采边界境内,地形地质条件非常复杂。本文采用UDEC离散元软件对该矿区煤层开采引起的地表变形规律及围岩应力场的分布特征进行了系统研究。研究结果表明:1煤层开采后地表沉降呈V字形分布,随着各工作面的相继开采地表沉降变形不断增大,当达到充分采动时趋于定值(约为10.0m);2地表由两侧向采区方向移动,变形曲线呈倒S形,水平移动变形最大值约为1.73m;3煤层开采会引起围岩应力重分布,且部分区域存在明显应力集中现象(40 MPa),随着各采区的相继开采应力扰动区不断扩大,致使顶板岩层出现临空,引起大部分区域发生垮落(变形大,10.0m以上)。     

张集矿煤与瓦斯突出地质控制因素分析

基于张集矿煤田地质勘探资料,结合矿井生产中测定的各项煤层瓦斯参数,从地质的角度分析了煤与瓦斯突出的控制因素.张集矿迄今所发生的煤与瓦斯突出动力现象多是受地质构造影响,是以地应力为主导因素的突出.该矿煤与瓦斯突出的危险程度随着煤的变质程度的增高而增大,构造煤发育的地区往往是煤与瓦斯突出危险程度较大的地区.煤的厚度越大、煤厚变化程度越大的地区煤与瓦斯突出危险程度越大.煤层顶板岩层为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩时煤与瓦斯突出危险程度较大.     

近水平煤层高瓦斯综采工作面两巷边孔抽采

一、工作面概况 1271（3）工作面位于西一采区突出危险区域，13—1煤层，综合机械化采煤，两巷支护方式为锚索网。标高-745-660m，东西走向长度1350m．南北倾向长度160m。工作面内煤层倾角平均为4°，原始煤层瓦斯含量为8．5m^3／t．煤层总厚3．0～4．5m，平均煤厚3．6m。     

煤层瓦斯组分异常对安全生产影响的探索

分析了煤层瓦斯组分异常对安全生产影响，得出煤层瓦斯组分中，氮气浓度增高将引起煤层瓦斯涌出量预测误差偏大，且易造成采掘工作面人员窒息，重烃浓度增大，使矿井瓦斯爆炸危险性和煤与瓦斯突出危险性增大。     

注浆凝固掘进技术的应用与实践

煤与瓦斯突出时所产生的强大冲击力，会使采掘工作面的煤（岩）壁及围岩和巷道设施遭到严重破坏，并形成某种特殊形状的孔洞。由于煤与瓦斯突出破坏了巷道煤（岩）原始应力状态与煤岩层结构，工程地质状况恶化。如何安全、经济地通过煤与瓦斯突出孔洞？特别是特大型煤与瓦斯突出孔洞，在煤矿采掘工程上是值得探讨、研究的重要课题。     

中厚煤层采场围岩破坏规律准动态数值模拟研究

以杨村煤矿8601综采面地质及开采条件为背景,采用大型非线性三维计算机数值模拟,对不同推进步距的采场围岩变形与破坏进行了准动态模拟研究。结果表明,随着工作面推进,煤层底板岩层具有采前应力升高、采后应力降低和恢复三个阶段,并每隔22m重复出现;受采动影响的岩层在采空区中间下沉值最大,向两侧逐渐减小;底板临界破坏深度为5m;应力集中系数为1.25。     

基于瓦斯地质图的工作面突出区域预测技术

为了准确预测工作面的突出危险性,在整理分析工作面瓦斯地质资料的基础上,实测了大量的瓦斯基础参数,研究了15#煤层的吸附特征,提出并确定了工作面区域预测指标及临界值,研究了工作面的瓦斯赋存规律,编制了工作面瓦斯地质图,对工作面进行了区域预测,并对预测结果进行了验证.研究结果表明:15#煤层煤的吸附能力较强,以瓦斯含量10.0 m3/t和绝对涌出量4.0 m3/min作为预测指标和临界值是可靠的,采用瓦斯地质图方法进行工作面突出区域预测和分级管理,瓦斯赋存规律一目了然,预测结果可靠,预测方法简洁有效,便于现场操作.该成果对于防治工作面的煤与瓦斯突出具有一定的参考价值和指导意义.     

吴寨矿庚组煤层煤与瓦斯突出危险性预测

随着采深的延伸和采掘强度的增大,非突出煤层或矿井的突出危险性预测与评价为保证煤层的安全开采提供了重要保障。平煤股份二矿庚20煤层曾发生煤与瓦斯突出现象,作为相邻矿井的吴寨矿在开采庚20煤层前需要确定其煤与瓦斯突出危险性。应用单项指标法对吴寨矿西翼采区标高-400 m以浅庚20煤层进行了煤与瓦斯突出危险性预测。结果表明,在该区域内庚20煤层的煤体破坏类型、坚固性系数均达到了突出煤层的临界指标值,但是煤层瓦斯压力和瓦斯放散初速度未达到临界指标值,因此,在该区域范围内庚20煤层不具有煤与瓦斯突出危险性,该结论指导了矿井安全生产和高产高效。     

煤层原始含水率对煤与瓦斯突出危险程度的影响

运用自主研发的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置”,进行了恒定瓦斯压力和围压条件下,不同原始含水率含瓦斯煤样全应力应变瓦斯渗流试验,结合现场实测煤层注水前后瓦斯涌出量的变化规律。研究结果表明：随着煤样原始含水率的增加,煤样的三轴抗压强度减小,弹性模量减小,三轴抗压强度处轴向应变增大、横向应变和体积应变的绝对值增大;在全应力应变整个过程中,煤样的甲烷有效渗透率都减小。从煤的力学特性和瓦斯在煤层中流动两个方面分析了煤层注水的防突作用。煤层原始含水率越高,发生煤与瓦斯突出的危险性越小。可将煤层的原始含水率作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标。     

回采工作面煤体渗透率与应力分布规律数值模拟研究

利用大型有限元分析软件ANSYS对工作面进行应力模拟,得出沿工作面法线方向应力分布规律,并进一步分析应力变化对煤层透气性系数的影响,为瓦斯治理及煤和瓦斯突出预测提供技术支持。     

低瓦斯开采在突出矿井的应用与实践

各类煤矿安全事故中,煤与瓦斯突出事故的危害性最为严重,有效解决煤与瓦斯突出问题,是制约煤与瓦斯突出矿井实现安全生产的关键。随着矿井采深的逐步增加,煤与瓦斯突出的危险性逐步增大,国家2009年颁布实施《防治煤与瓦斯突出规定》后,实施区域瓦斯治理成为煤层消突的必经之途,预抽煤层瓦斯实现区域消突,为首选措施。鹤煤五矿3301炮放工作面就是按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求,对采面实施区域预抽消突,实现消突达标、高效回采的典型案例。     

风煤钻在瓦斯突出防治中的应用

铭信煤矿煤与瓦斯突出涉率高、强度低、煤层比重小。以前采用区域防突措施、局部防突措施;是成功的防突措施,但经济效益低。采用工作面风煤钻长孔卸压防治瓦斯。在工作面设计8个长孔,设计孔深8m,实际孔深7.5m,掘2.5m,留5m余孔,有4h的释放时间。采取此措施后没有发生过一次突出。节省了资金,提高了掘进速度。     

煤矿瓦斯治理经验50条

(三十八)提前预警非突出煤层转化为突出煤层。非突出煤层揭煤和煤巷掘进如出现吸钻、夹钻、喷孔、瓦斯涌出异常等情况时,必须按《防治煤与瓦斯突出细则》第26条规定收集″四项指标″资料,若全部指标达到或超过其临界值,应进行突出倾向性鉴定。(三十九)掘进面采用先抽后掘、边抽边掘技术。有突出危险掘进工作面和瓦斯绝对涌出量大于3立方米/分钟、炮后瓦斯经常超限、有瓦斯异常涌出现象、或预测突出指标超限的掘进工作面,以及石门揭穿突出煤层工作面,必须实施巷帮钻场深孔连续抽采措施,并确保掘进迎头钻孔每平方米不得少于2个。(四十)采煤工…     

网格预抽防突实验研究

在白皎煤矿突出特别严重的20102区，试验网格式穿层钻孔预抽突出危险煤层瓦斯15个月左右，其抽出瓦斯质量相当于在突出煤中采出厚为0．015m 的煤，因而瓦斯含量从17．86m^3/t降至8．96m^3/t，煤层收缩变形1．15‰，相对应力下降2．10－84MPa，使煤层应力，瓦斯分布的极不均匀性趋向于均匀，有效的防止了突出。     

保护层开采过程中围岩应力演化规律研究

分析了冲击煤层上保护层开采过程中围岩应力演化规律,研究表明：在工作面开采前方0～20m范围煤岩体内纵向压力处于增长阶段,应力集中系数达到2.0,在20～60m为纵向压力逐步恢复阶段,应力集中系数达到1.7,应力集中峰值出现在工作面前方5m处左右,工作面开采50m之后,超前支撑压力有规律的呈现两次应力集中和两次应力释放现象;分析了保护层采空区及工作面下覆不同垂直高度处围岩应力随煤层开采进度演化规律,指出采空区纵向应力随采空区深入,呈现逐步增大趋势,在采空区两侧下方被保护层应力值升高幅度要大于其中间区域,保护层工作面的压实作用传递到被保护层工作面在空间上稍微滞后,这个滞后的距离在30～40m之间。