用地质构造及煤体结构特性预测煤层突出危险

通过分析煤与瓦斯突出的影响因素，确定了衡量地质构造特性指标，根据平顶山十矿突出特点区划了十矿戊组 煤层突出的危险性。     

围压对含瓦斯水合物煤体应力应变关系的影响

力学性质是基于水合原理预防煤与瓦斯突出的核心问题之一。以具有突出倾向煤体制备的型煤为研究对象,利用自主研发的瓦斯水合物生成与三轴压缩一体化装置,开展了围压影响下含瓦斯水合物煤体三轴压缩实验。结果表明:三种围压下,应力-应变曲线均为软化型;不同特征点(初始屈服点、峰值点及残余阶段)含瓦斯水合物煤体的黏聚力相差较大,而内摩擦角的变化较小;含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度和变形模量随着围压的增加呈线性关系增加,围压对含瓦斯水合物煤体的力学性质有所强化。     

岩样应力应变全程中的渗透性表征与试验研究

通过岩样应力应变全过程体积应变和渗透率的试验研究，分析了应力水平、孔隙率等对多孔介质岩体渗透率的影响规律；理论研究分析了岩样全应力应变过程渗透率的变化规律，提出了岩石应力应变全过程中渗透率的表征关系式，其可作为研究多孔介质岩体流固耦合的一个重要耦合关系式，并对今后低渗透性油气田煤层气、天然气的开发有现实的指导意义。     

构造应力与煤与瓦斯突出

用原岩应力测量确定了平顶山矿区应力场性质,用瓦斯地质学方法研究了地质构造,岩体应力状态对煤和瓦斯突出的影响,指出构造应力和地质构造形式对煤和瓦斯突出具有控制作用。     

平面应力应变分析的主应力和主应变

提出平面应力应变分析主应力和主应变方向确定的剪应力变法,与传统的方法相比简便、直观并易于掌握。     

煤层应力对裂隙渗透率的影响

从各向同性线弹性材料应力应变关系出发,考虑气体解吸引起的基质收缩效应和孔隙压力对储层应力的影响,建立了包含基质压缩系数、裂隙体积压缩系数和流体压力项的渗透率动态变化方程,分析了储层力学参数对渗透率变化的影响.结果表明:排水降压初期,有效应力处于主导地位,裂隙发生压缩变形,渗透率降低;气体解吸后基质收缩占主导地位,裂隙张开幅度增大,渗透率升高;弹性模量、泊松比越大,基质变形程度越大,渗透率呈先降低后升高的回归趋势越明显,弹性模量较泊松比对回归趋势的影响更大;当孔隙压力较高时,低孔低渗煤层渗透率随孔隙压力降低变化的幅度不大;裂隙体积压缩系数变化的起始压力点可以根据不同起变压力下渗透率与储层压力的关系确定.     

利用煤层注水进行煤与瓦斯突出防治

目前应用比较多的防突措施主要有超前排放钻孔、超前密集钻孔和煤层注水防突等,本文主要从煤层注水的防突机理、煤层注水的钻孔、封孔、注水等工艺,以及煤层注水的压力、单孔注水量等注水参数,以及注水的注意事项等方面入手介绍了煤层注水防突措施。     

岩石三轴实验中的应力路径与应力应变分析

通过对砂岩、大理岩、角砾大理岩三轴实验中应力路径与应力-应变分析,揭示了在各种试验应力环境中大多数岩样的最大主应力方向的应变为最大;保持围压快速卸荷轴压时出现了-ε1,及与围压无关的岩石弹性泊松比等现象.建议采用以LVDT控制模式保持轴向位移方式下卸围压来模拟人工开挖工程引起的隧道围岩应力重新分布现象.     

高瓦斯突出煤层瓦斯治理技术与实践

通过利用超前钻孔，本煤层钻孔，高位巷抽放，预埋管抽放等综合抽放瓦斯技术，确保了突出煤层安全生产，为高瓦斯突出煤层的瓦斯治理提供了有效的途径。     

梁北矿大采高松软突出煤层工作面综合防尘技术

分析了梁北矿11081工作面粉尘分布特点,通过理论分析和现场测试,定性给出了大采高松软突出煤层综采工作面的产尘特点和扩散规律,分析了煤壁垮落产尘特点和采煤机割煤产尘中粉尘分布特征。提出综采工作面三维"立体"控尘、防尘技术,即含尘气流控制技术、采煤机高压外喷雾降尘技术和采煤机尘源跟踪降尘技术相结合的综合防尘技术。在原有降尘措施基础上降尘效率提高了82.2%,使得工作面工作环境得到了很大的改善。     

煤与瓦斯突出过程的突变分析

为了揭示出煤与瓦斯突出的机理，运用非线性理论的重要分支一突变学理论对煤矿煤与瓦斯突出的机理和突出条件进行了定性分析。考察了有可能发生煤与瓦斯突出的煤岩系统的内在动力特征，通过建立煤与瓦斯突出的尖点突变模型，较为直观的对突出的孕育和突出过程做出了系统理论分析，得出了瓦斯突出起动的突变机制和条件，从而为煤与瓦斯突出灾害预测与防止提供了新的理论依据。     

穿层钻孔煤巷条带水力压裂防突技术及应用

针对低渗高突煤层煤巷条带预抽区域瓦斯治理难题,运用弹性力学理论,结合高压水动力特性,提出穿层钻孔煤巷条带水力压裂防突技术,建立计算目标煤层起裂压力计算模型,集成配套井下压裂成套设备,并进行工业性试验。试验结果表明:技术实施后,压裂钻孔的瓦斯抽采浓度和抽采纯量曲线呈现"高—低—高"特点,体现了压裂改造的双重作用;相比于水力割缝孔和普通穿层孔,压裂孔的瓦斯抽采纯量分别提高了20倍和133倍;预掘煤巷处的残余瓦斯含量降到8m3/t以下,穿层钻孔煤巷条带水力压裂增透技术消突效果显著。     

煤与瓦斯突出过程中煤体破坏的有限元模拟

研究了目前有限元软件难以计算的煤与瓦斯突出过程中煤体破坏问题。采用Python语言对ABAQUS前处理模块进行了二次开发,通过Python脚本程序将煤体网格重新划分,并且插入零厚度黏结单元。利用有效应力原理,与ABAQUS基于摩尔库伦准则的摩擦接触结合,实现了瓦斯压力对煤体影响的仿真。利用黏结单元模拟了煤体裂缝的产生与扩展,以及煤体的突出过程。实际仿真计算结果符合实验规律,证明了有限元二次开发技术可以很好地计算煤与瓦斯突出过程中煤体破坏问题,也为Python的二次开发在其他领域的应用提供了参考和借鉴。     

低透气性严重突出危险煤层瓦斯强化抽采设计

为了解决低透气性严重突出煤层的突出危险性问题,以沈煤集团红菱煤矿为例,对具有低透气性严重突出危险煤层的瓦斯抽采设计问题进行了相关探讨。通过对瓦斯实际抽采效果的考察结果的分析表明:南翼下三区-780 m水平南石门南12煤工作面所布置的瓦斯抽采巷道以及瓦斯强化抽采钻孔,很好地发挥了孔群的增透效应,所采用预抽煤层瓦斯措施可以有效降低煤层瓦斯含量,消除煤层的突出危险性。该成果对低透气性严重突出煤层的消突技术手段具有一定的参考价值和指导意义。     

煤层定向水压致裂机理研究

随着中国煤矿开采规模、深度及强度的逐年加大,为进一步保障安全生产环境、降低安全事故发生的频度和烈度、提高资源回收率,煤层水压致裂的可控性是目前亟待研究的重要问题之一。煤层定向水压致裂技术利用钻孔煤层中的裂隙作为导向裂隙,在围岩应力与注水压力共同作用下,引导岩层破坏方向。基于水压致裂单裂隙压剪模型及断裂力学理论推导出定向水压致裂临界水压力,对煤层定向水压致裂机理进行研究。研究结果表明,定向裂隙的存在使得煤层水压致裂位置发生偏移,定向裂隙的角度和长度是影响煤层水压致裂破坏方向和临界注水压力的主要因素,这为煤层水压致裂可控性提供理论基础。     

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.     

湖南利民矿井煤与瓦斯突出的构造差异性研究

湖南利民矿井地质构造具有明显的区域差异性,应力分区易于确定.由于主、次、附加构造应力场的联合与复合作用,导致边界条件各异.3#煤层顶底板的围岩性质不同,地质构造发育就不一样,使其构造应力分布不均.导致发育于3#煤层顶底板的断-褶构造具有平面上的分区性和剖面上的不协调性.据煤与瓦斯突出的频率和强度,厘定出强突出区、次强突出区、未突出区、弱突出区四种突出区域,分别对应于构造应力区的过度挤压区、挤压区、引张区和过渡区.地质构造的差异性是利民矿区煤与瓦斯突出强度和频率的主控因素.     

煤力学特征的对比试验分析及其在煤与瓦斯突出研究中的应用

运用一种新的构造煤采样与加工方法,通过大量的试验测定,对比分析了原生结构煤和构造煤的力学特征;定量讨论了主要力学参数间的相关关系,给出了描述煤体破坏状态的分布函数式,并且模拟构成煤与瓦斯突出4个主要能量体之间的相互作用,建立了简化力学模型;从理论上证明了构造煤厚度是煤与瓦斯突出的一个启动因素,讨论了计算其临界值的可能性.     

水力压裂潜在危险及钻爆压抽一体化技术

采用FLAC3D软件分析了水力压裂后的孔隙压力和地应力的分布情况,指出水力压裂导致卸压的同时也产生高孔隙压力和地应力集中。压裂方向的不可控导致孔隙压力和地应力分布混乱,成为新的安全隐患。通过控制爆破技术先产生导向裂隙或弱面,控制压裂方向,形成钻爆压抽一体化技术,均匀压裂煤岩体,达到整体卸压目的。结合某矿突出实例,得知控制爆破和水力压裂的时空协同关系和钻孔的布置情况直接影响技术使用效果。