高瓦斯特厚煤层首采工作面瓦斯涌出分布特征研究

为了得到高瓦斯特厚煤层首采综放工作面瓦斯涌出分布特征,以小庄煤矿40201工作面为研究对象,采用立体单元测定法对工作面瓦斯体积分数进行测定,得到了工作面沿倾向和走向方向的瓦斯分布曲线以及瓦斯涌出变化曲线。研究表明,工作面沿倾向随着风流方向距离的增加,煤体瓦斯涌出对断面瓦斯分布的影响加大;而风流速度和采空区瓦斯涌出的影响作用在减小。在走向方向,各测定断面瓦斯体积分数基本呈现"高—低—高"的分布趋势,煤体瓦斯解吸累积、采空区瓦斯涌出与风速三者共同决定工作面上行前段瓦斯值大小,后段则主要由前两者起决定因素。回采初期,瓦斯绝对涌出量不断上升,在初次来压首次达到峰值,之后呈现波浪式下降趋势。工作面相对瓦斯涌出量与日产量之间呈现指数函数减小趋势,当日产量达到一定值后,基本不受其变化影响。     

开采不同厚度上保护层对下伏煤层卸压瓦斯渗流特性的影响

为解决开采不同厚度上保护层对下伏煤体卸压瓦斯渗流特性影响的问题.利用自主研制的固气耦合物理相似模拟实验台,对不同条件下上保护层开采时,被保护层卸压瓦斯渗流规律进行了研究.实验结果表明:随着工作面的推进,瓦斯渗流速度的变化趋势经历了由原始渗透性先降低、后升高、再降低、再升高、最后保持不变的过程,采空区瓦斯渗流性最终大于原始渗透性.通过对实验数据整理并拟合曲线,当上保护层开采完毕后,被保护层沿走向方向其渗透率变化曲线呈马鞍形.在保护层间距一定时,采高越大,下伏煤层在采动平衡后相对于原始的瓦斯渗透率增高就越明显,且对下伏煤层的影响范围也越大.     

硬质体构造对煤层瓦斯流动的力学控制效应

为研究煤层内硬质体构造对瓦斯流动的力学控制效应,运用数值模拟分析和现场验证相结合的研究方法,对正常煤层和含硬质体煤层掘进工作面的应力异常分布特性、煤层渗透性变化和瓦斯流动规律进行了对比分析。研究结果表明：掘进工作面前方硬质体构造附近的集中应力就像一道“闭合闸门”,明显降低了附近煤体的渗透性,阻碍了较远处煤体内的瓦斯向掘进工作面的正常渗流流动,这是高瓦斯矿井采掘过程中瓦斯异常涌出的诱因之一。为避免高瓦斯煤层掘进工作面瓦斯异常涌出威胁,所采取的各种卸压增透措施必须打开或卸除这个“闭合闸门”,为前方煤层瓦斯的安全释放提供畅通通道。     

水力疏松提高煤层透气性防治煤与瓦斯突出

对芙蓉矿务局白皎煤矿20112回采工作面的水力疏松提高煤层透气性防治煤与瓦斯突出的效果进行了现场考察,主要研究了水力疏松对工作面回风风流瓦斯浓度以及措施后的钻屑指标的影响,考察结果表明:措施过程中工作面回风风流瓦斯浓度升高18～47%,工作面生产时瓦斯涌出量下降20.5～50%.风流中粉尘浓度下降60～90%.这表明水力疏松措施能有效地释放采场前方煤体的弹性能量和瓦斯,不仅防治了回采工作面煤与瓦斯突出,而且对防治工作面瓦斯超限和降低风流粉尘浓度也起到了一定的效果.是防治回采工作面煤与瓦斯突出,瓦斯超限和粉尘的一项综合技术措施.     

俯伪斜采煤法防治急斜煤层煤与瓦斯突出的研究

对急倾斜煤层俯伪斜分段密集支柱采煤法和直线长壁采煤法的采场矿压显现规律和煤与瓦斯突出预测指标进行了现场观测和模拟实验研究,其研究结果表明：俯伪斜采煤工作面的周期来压步距为１８．５ｍ,约为直线长壁工作面周期来压步距１０ｍ的两倍,周期来压时采面上部的最大能量动载系数为２．０３,比直线长壁工作面小０．５３．煤壁前方支承压力集中系数为１．６７,比直线长壁工作面大０．２～０．２５,而支承压力峰值距煤壁距离为６～１０ｍ,较直线长壁工作面大０．５～１ｍ．即俯伪斜分段密集支柱采煤法通过降低回采工作面前方煤体支承压力系数和增大回采工作面前方煤体的安全煤柱宽度,来提高采场煤与瓦斯突出防治能力。     

含水率对煤层瓦斯渗流特性影响的试验研究

针对煤层注水软化或水力增透技术造成的煤体含水率高,进而影响煤层瓦斯的渗流特性的问题,利用自主研发的MCQ-Ⅱ型煤层瓦斯渗流试验设备,对原煤试件进行了25℃、31 MPa恒定温压条件下含水率(质量分数)分别为0%,2%,4%,6%,8%的瓦斯渗透性试验。研究发现,在恒定温压条件下,煤样渗透率随渗透压的增加而增加,且含水率越高,渗透率随渗透压升高增加越快;瓦斯的启动压力随含水率的增加而增加,在不同的含水率条件下,可测到渗透率的最低瓦斯渗透压力为2 MPa,由于渗透压力较大,渗透过程中的Klinkenberg效应不明显;瓦斯渗透率随含水率的增加呈指数降低,当含水率低于6%时渗透率随含水率增加降低较快,当含水率高于6%时含水率对渗透率的影响程度减弱;在煤体注水过程中,煤体弹性模量会降低,使得煤体在轴向和径向的压缩应变增大,当含水率超过6%后,含水率对于煤体变形的影响减弱,且煤体变形过程中表现出各向异性,轴向应变始终大于径向应变。该结论对于煤层注水或水力压裂后,煤层中瓦斯运移规律变化研究有一定的指导意义。     

水锁抑制工作面瓦斯超限机理实验研究

在煤矿开采中,回采工作面落煤时的瓦斯大量涌出常常导致工作面瓦斯超限频繁,针对回采工作面的瓦斯超限问题,采取降压解吸的方法分别进行了无外液侵入、质量分数为0.0%渗透剂溶液(即纯水)和质量分数为0.025%JFC渗透剂溶液侵入条件下瓦斯解吸对比实验,获得了瓦斯解吸实验数据和曲线。结果表明:无论有无外液侵入,含瓦斯煤体的瓦斯压力越大,瓦斯解吸量越大;与无外液侵入煤样相比,有外液侵入煤样在不同压力点下的瓦斯解吸量都有不同程度的降低,特别是喷洒0.025%的JFC渗透剂的瓦斯解吸量降低效果更好;实验验证了渗透剂能在短时间内形成对煤瓦斯解吸的水锁封堵效果。可结合实际通过抽采+水锁或采前向煤体注液形成水锁的方法来抑制瓦斯释放量和瓦斯释放速度,进而解决回采工作面存在的瓦斯超限问题。     

移动抽放结合降段煤垛治理工作面瓦斯

借鉴回采工作面瓦斯治理的各种方法，结合七台河煤业集团桃山矿427回采面的具体情况及瓦斯涌出实际规律，在实践中摸索出了一种新的治理回采工作面瓦斯的方法——利用降段煤垛与移动抽放相结合的方法，并在桃山矿应用，实际测试数据标明，瓦斯抽防效果良好。由此得出，降段煤垛与移动抽放相结合的方法是高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理的有效方法。     

全煤厚掘进巷道瓦斯涌出数值模拟

为揭示全煤厚掘进中煤巷瓦斯涌出规律,采用有限体积法对煤巷掘进过程中巷帮瓦斯压力及巷道瓦斯涌出速率进行数值模拟,瓦斯渗流过程控制方程采用C-N隐式时间积分方案离散化.研究结果表明:掘进煤巷巷帮采动应力集中区煤体渗透率减小对巷帮深处瓦斯向巷道方向运移具有明显的抑制作用;掘进煤巷瓦斯涌出主要集中于迎头部位,致使一个掘进循环周期内掘进煤巷瓦斯涌出总速率波动大.     

各向异性和非均质性对煤层抽采钻孔瓦斯渗流的影响作用机制

为提高深部煤层瓦斯抽采效率,研究抽采钻孔周围煤体的瓦斯渗流规律十分关键。文中基于煤体的各向异性和非均质性,考虑煤体应力变形场和瓦斯渗流场的交叉耦合作用,分析了煤层抽采中水力割缝钻孔周围瓦斯压力以及渗透率的时空演化规律。结果表明:煤体的各向异性和非均质性影响割缝钻孔周围的瓦斯渗流规律。对于瓦斯压力的变化,平行层理方向瓦斯压力降幅大于垂直层理方向,抽采影响范围分布呈现"椭圆形",煤体各向异性表征明显。对于渗透率的变化,平行层理方向的煤层渗透率高于垂直层理方向,抽采初期渗透率的增加幅度较快,随后逐渐减缓,渗透率变化曲线呈现不规则"锯齿形",煤体非均质性表征明显。将数值模拟结果与杨柳矿4~#钻场瓦斯抽采的实际监测情况相互对比,现场实测的瓦斯抽采情况与模拟得到情况基本吻合,从而验证了数值模拟的合理性及工程适用性。     

回采面上隅角埋管抽放采空区瓦斯数值模拟

针对中小型高瓦斯矿井的实际情况,采用数值模拟确定提高瓦斯抽放效率的方案.按照渗流力学的方法将采空区视为连续的渗流空间,采用GAMB IT建立采空区计算几何模型.确定了冒落带的孔隙率和黏性系数.采用FLUENT软件对采空区瓦斯涌出量及埋管抽放瓦斯进行数值模拟,得到了采空区沿工作面走向、倾向和竖向3个不同方向上瓦斯浓度的分布规律,以及埋管抽放采空区瓦斯的最佳参数.模拟结果表明,在抽放管路压力为-100Pa时,抽放管路内和上隅角瓦斯浓度随着抽放位置的变化呈现规律性.当抽放位置距底板垂高2m、沿倾斜方向距回风巷道1m、沿走向深入采空区4m时,瓦斯抽放效果最佳,上隅角瓦斯浓度降至1.1%.上隅角区域采取封堵措施后,上隅角瓦斯浓度降至0.7%.     

前进式开采解决单一缓倾斜薄煤层突出的研究

煤与瓦斯突出，一般多发生在掘进工作面，采用沿空留巷无预掘下顺槽前进式开采方法，杜绝了在原生煤体中的掘进工作，最大限度减少了石门揭煤，充分利用了采场前方的卸压带，达到自我保护的目的。这是单一突出煤层开采的新途径新工艺。图２，参２。     

两进一回通风系统邻近层瓦斯运移规律研究

以回采工作面"U+L"两进一回通风系统为研究对象,分析了回采工作面邻近层瓦斯涌出及流动特点。依据瓦斯渗流理论、能量方程和质量守恒定律,建立了采空区瓦斯运移的数学模型,即采空区气体流动方程和瓦斯在采场中的动力弥散方程。运用FLUENT软件对沙曲矿14205工作面"U+L"两进一回通风系统下采空区瓦斯运移过程进行了数值模拟,得出采空区内沿工作面推进方向、垂直方向和宽度方向上的采空区瓦斯浓度分布及变化规律,进而总结出回采工作面邻近层瓦斯运移规律和采空区内高浓度瓦斯聚集区域。为采煤工作面防止瓦斯积聚及选择合理瓦斯抽放点提供了必要的技术支撑。     

影响采空区顶板抽放瓦斯效果的主要因素分析

对于低透气性高瓦斯煤层群开采的首采工作面，或厚煤层开采一分层的工作面回风流中的瓦斯浓度超限问题是一大难题，为解决此难题，通常采用顺层钻孔、穿层钻孔抽放瓦斯措施，收到了一定的效果，问题尚得到较好解决。开采煤层工作面的瓦斯主要来源于本煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯，由于煤层松软，顺层钻孔施工难，不便进行顺层钻孔抽放瓦斯，若对采空区实施大面积抽放，工程难度大，而且抽不出高浓度瓦斯。煤层回采后，采空区顶底板岩层卸压，产生裂隙。由于瓦斯的升浮漂移和渗流特性，来自于开采煤层和卸压煤层内卸压瓦斯，沿裂隙通道汇集到裂隙区，形成瓦斯积存库。把抽放钻孔或巷道布置在顶板裂隙内，实施瓦斯抽放，该抽放瓦斯技术起到了对开采工作面上隅角瓦斯的截流作用，解决了松软低透气性高瓦斯煤层群开采瓦斯抽放困难的关键技术难题。     

边掘边抽在掘进工作面的应用试验和效果分析

在高瓦斯矿井中,煤巷综掘工作面受采动影响,煤层中的瓦斯比较集中的释放到掘进工作面巷道内,造成回风瓦斯超限,采用两帮迈步式钻场实施边掘边抽,将钻孔布置在巷道两帮煤体裂隙带与实体煤层的交界面内,进行瓦斯抽采,既能够对前方煤层内的瓦斯进行预抽采,同时在巷道掘进过后,形成负压条带,实施＂区域隔离＂,拦截由煤体向巷道涌出的瓦斯,从而控制掘进过程中回风流的瓦斯含量,保证了安全快速掘进,取得了较好的成功经验。     

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.     

综采采空区瓦斯运移规律及抽采研究

综采采空区瓦斯涌出源多,影响因素多,运移过程复杂,往往导致回采工作面上隅角的瓦斯超限,甚至引起工作面回风流中瓦斯超限,更为严重地还导致成分区总回风巷瓦斯超限,严重威胁到整个矿井的安全生产.基于前人关于采空区瓦斯运移的研究成果,采用FLUENT数值模拟研究了某煤业公司的2328综采工作面采空区瓦斯运移规律,并采用同样的方法数值模拟优化研究了上隅角瓦斯治理的参数,现场实践取得了较好的抽采效果.     

瓦斯突出地球物理场的介质分布特征

研究了瓦斯突出地球物理场的介质分布特征．从关键层（瓦斯突出煤体） 成因机制及其与宏观地质构造之间的关系探讨了其空间分布特征；应用岩石力学、弹塑性力学理论确定了工作面前方应力墙的位置和宽度．为地球物理方法在瓦斯突出灾害预测中的应用奠定了物理性质基础．     

低透气性难抽放煤层综采工作面过瓦斯异常带瓦斯综合治理技术的研究

煤层瓦斯治理工作在高瓦斯矿井瓦斯治理中一直是一个比较难解决的问题。在采面回采过程中，瓦斯绝对涌出量一般较低，遇到过瓦斯带时，绝对涌出量就会明显提高，给采面的正常回采带来了严重的危害。对回采工作面的瓦斯治理一般是加大工作面的供风量、施工排放钻孔等措施．但遇到瓦斯涌出量异常时，这些方法的效果很差，基本不能解决瓦斯涌出异常问题。文章结合平煤煤矿工作实践，采用加大工作面供风量、综采工作面卸压区浅孔抽放和采面上隅角埋管抽放综合治理技术，较好地解决了瓦斯隐患问题。     

煤层瓦斯运移的模拟现状分析

本文从实验技术和数值模拟两方面分析了煤层瓦斯渗流、瓦斯抽放、瓦斯涌出和瓦斯突出的模拟现状,总结了前人的研究成果,提出了新的研究方法Boltzmann,这为进一步探讨矿下瓦斯运移提供新的思路。