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。     

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。     

采场老顶初次破断机理与破断形态分析

依据典型浅埋煤层工作面的实测和模拟，发现了采场老顶初次破断的非对称现象。运用相似模拟和理论分析相结合的方法，揭示了采场顶板初次破断机理，确定了有关参数。     

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.     

薄煤层初采期间的采场瓦斯运移规律

针对新立煤矿90#层采煤工作面初采期间的瓦斯涌出情况,在确定采场关键参数基础上,运用数值模拟和现场实测,进行初采期间薄煤层采场瓦斯运移规律研究。结果表明:漏风主要影响采空区下部瓦斯浓度分布;采空区的瓦斯积聚区域为底板裂隙区下部和回风巷附近的裂隙区;采空区的高浓度瓦斯流出和上隅角低风速共同导致上隅角瓦斯积聚。现场实测证明了研究结论可靠。     

煤与瓦斯突出灾变链式机理及断链措施

通过对煤与瓦斯突出灾变的发展与形成进行深入分析，研究煤与瓦斯突出灾变的链式规律不同于其它生态环境灾害的独特性，探索了煤与瓦斯突出形成与发展的灾变过程中的链式演化规律及煤与瓦斯突出灾变的各阶段特点，提出了煤与瓦斯突出灾变分阶段防突的思想及各阶段应积极采取的有效断链措施，并指出了防突措施效果检验的理论导向。     

软煤顶板水力压裂措施瓦斯运移机理

为改善软煤瓦斯抽采效果,开辟软煤瓦斯抽采新途径.应用现场试验的方法,在河南某矿区进行压裂顶板的瓦斯抽采试验,对瓦斯的抽采效果和运移机理进行了分析研究.结果表明:压裂后的瓦斯自然流量、浓度和纯量指标均取得了大幅度的提高,瓦斯抽采取得了良好的效果;基于现场实验结果,对瓦斯的运移机理进行了研究,当储层压力降低到瓦斯临界解吸压力后,瓦斯开始解吸,在煤体中主要通过扩散的方式运移至顶板裂隙,经顶板裂隙渗流汇集至钻孔,由钻孔将瓦斯抽出.     

采动煤岩体能量区划及动力灾害防治分析

基于动力灾害发生机理研究的基础上,分析了采场大范围围岩系统能量控制下的演化机制,旨在为煤矿动力灾害防治提供理论依据。根据采场围岩的变形破坏分布特征和能量在采场围岩中的赋存状态及活动特征,将支承压力范围内围岩分为能量耗散释放区、能量激活敏感区和能量稳定存储区,进一步分析了围岩应力分布与能量分布的关系及影响因素,对能量区划特征和系统能量构成进行了阐述,分析了不同能量区发生变形破坏失稳的能量条件,指出能量激活敏感区是防治煤岩体动力灾害的重点区域,为了避免煤岩体在采动或外部扰动影响下发生动力灾害,应采取措施在静态变形的情况下扩大能量释放耗散区区域面积,减小能量激活敏感区区域面积。尤其是随着采场的持续推进,采场结构不断发生变化,上覆岩层荷载将发生周期性改变,围岩能量区划特征及其激活条件也将受到影响,围岩静态能量被激活后,将表现为动态形式的突变,不同的采场结构参数对应的采场围岩系统状态发生动力灾害的危险性程度不同。     

采场顶板破断模型及垮落规律分析

煤炭开采引起了上覆岩层空间结构的变化和顶板的变形破断,而采场顶板的断裂形态与采场压力密切相关,同时也对地表沉降产生较大影响。基于弹性力学薄板模型,采用位移变分法分析了顶板断裂的形成机制,根据薄板弹性理论,采用位移变分法建立了煤层顶板的力学模型,分析顶板断裂形态的形成机制,通过顶板的拉应力分布和弯矩分布得到了顶板的破坏规律。计算结果表明:顶板在初次破坏时,在顶板表面沿四周边缘出现O型破坏,继而在顶板中心处出现X型破坏,随着破坏的发展贯通,形成典型的O-X型破断。顶板在周期破坏时,随着工作的推进和角部效应的影响,形成半X型破断。     

深部沿空掘巷肩角锚杆破断机理分析

针对深部沿空掘巷肩角锚杆破断问题,通过建立肩角锚杆力学模型,分析肩角锚杆在围岩变形破坏影响下的杆体受力特征,得出锚杆剪力沿锚杆长度分布曲线,揭示了深部沿空掘巷肩角锚杆破断机理,认为W钢带对锚杆的剪切力是造成锚杆破断的主要原因;运用FLAC3D数值模拟软件进行计算,得出锚杆受力曲线与力学分析基本一致,有效验证了理论分析的可靠性.提出采用钢带托盘代替"W"钢带的改进措施,并成功应用于工程实践,肩角锚杆破断显著减少,保证了深部沿空掘巷围岩的支护效果.     

采动裂隙椭抛带内瓦斯运移理论基础

研究采动裂隙椭抛带的基本性质及其采空区瓦斯运移的规律,可以采取有效措施进行瓦斯治理。根据五阳煤矿7601综采工作面上覆岩层的特性与工作面在推进过程中的矿压显现特征,确定了采动裂隙带的高度、切眼上方椭抛带的高度、采动裂隙椭抛带内煤与岩碎胀系数,并计算出其渗透率。该研究为建立数值模拟的分析模型提供依据。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

浅析煤与瓦斯突出的机理和一般规律

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,突出次数最多,突出死亡事故也最为严重。因此．本文简要地分析了煤与瓦斯突出事故的特点、处理煤与瓦斯突出事故应遵循的原则、煤与瓦斯突出发生机理、煤与瓦斯突出的一般规律．     

卸压瓦斯抽取及煤与瓦斯共采技术研究

强调指出瓦斯不只是煤矿的一大危害，而且它还是一种宝贵的清洁能源，提出了基于采动影响下煤层瓦斯产生“卸压增流效应”的煤与瓦斯共采的理论认识，并依此提出了几种井下抽取卸压瓦斯的方法，最后分析了煤与瓦斯共采产生的社会经济效益。     

煤层瓦斯含量及煤与瓦斯突出机理探讨

本文以实验为基础,研究了气体的吸附性和瓦斯含量间的关系,煤质和瓦斯含量间的关系,煤的孔隙率和瓦斯含量间的关系,以及突出煤层和非突出煤层瓦斯含量间的差别,并在此基础上探讨了煤和瓦斯突出机理.     

采动煤岩体劣化过程中声发射损伤效应数值模拟

为了研究采动下煤岩体劣化过程的声发射特征并分析其演化规律,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统,进行了载荷下煤岩试样的声发射数值模拟试验,分析了加载过程中煤岩体的初始裂纹出现及其扩展过程。模拟计算结果表明:随着加载的进行,煤岩体中的声发射事件逐渐增多,破裂带逐渐显现,直至煤岩体主破坏产生时形成了非常明显的破裂带,此时煤岩体中声发射频度突增,而对应的载荷出现突降;主破坏发生后,由于残余应力的作用,声发射处于较低水平,声发射总频次曲线也基本上没有增长,几乎与载荷曲线保持在水平状态。上述结果对利用煤岩体声发射特征进行煤岩的破坏过程实时动态监测提供了可能性,从而为煤与瓦斯突出动力灾害预测预报问题的深入研究奠定了理论基础。     

卸压瓦斯抽取及煤与瓦斯共采技术研究

强调指出瓦斯不只是煤矿的一大危害 ,而且它还是一种宝贵的清洁能源。提出了基于采动影响下煤层瓦斯产生“卸压增流效应”的煤与瓦斯共采的理论认识 ,并依此提出了几种井下抽取卸压瓦斯的方法 ,最后分析了煤与瓦斯共采产生的社会经济效益     

采空区瓦斯浓度分布及运移规律研究

针对采空区瓦斯运移包括渗流和非均质气体的扩散两个方面的问题,利用渗流理论、气体扩散理论为基础建立起采空区风流流动数学模型,以及采空区瓦斯运移的数学模型,并采用计算机数值求解,将数值模拟结果与现场实测数据结果进行对比分析,提出了采空区瓦斯浓度分布特征及瓦斯运移规律。     

采空区瓦斯运移规律实验及数值模拟

为研究采空区瓦斯运移规律,以贵州某矿P41104工作面为研究对象,搭建了三维采空区气体运移综合实验台,应用Fluent数值模拟软件,从通风风速、遗煤氧化升温和高温封闭这3个方面对U型通风方式下的采空区瓦斯分布情况进行研究。结果表明:当采空区通风风速从1.25 m/s增大到1. 50 m/s时,进风巷的瓦斯浓度下降4%左右,回风巷的瓦斯浓度上升2%左右,增大通风风速在一定程度上可以降低采空区瓦斯浓度,但对采空区深部空隙率较小的地方基本上没有起到作用;当采空区局部遗煤氧化升温后,随着温度的升高,瓦斯浓度梯度也在上升,在采空区内走向上和倾向上瓦斯浓度分布没有太明显的变化;当对采空区封闭时间延长时,采空区倾向上瓦斯分布梯度逐渐消失,瓦斯受到浓度差的作用,在垂直方向上升较快,当封闭时间长达3 h后,在各个方向上的浓度梯度逐渐消失,整个采空区瓦斯浓度最终趋于平衡状态;相似实验和数值模拟的结果基本上吻合。以上结论为解决综采工作面瓦斯超限和防止采空区遗煤氧化升温的治理提供重要指导意义。     

亭南矿204工作面采场瓦斯运移规律及治理技术

为降低亭南矿204工作面上隅角及回风巷的瓦斯浓度,通过对204工作面采场瓦斯运移规律及积聚区域的研究分析,针对性地采用了上隅角埋管抽采、高位巷抽采和注氮隔离瓦斯的技术措施.实验结果表明,上隅角埋管及高位巷抽采措施的联合运用使上隅角瓦斯抽采量达到了40.98 m3/min,降低了上隅角瓦斯浓度,防止了上隅角瓦斯积聚,同时缓解了回风巷的瓦斯压力.注氮隔离瓦斯技术在工作面方向形成一个瓦斯隔离带,阻止了采空区瓦斯进入采煤工作面,降低了采煤工作面的瓦斯浓度,亭南矿204工作面瓦斯治理措施的实施成功地防止了瓦斯事故的发生,确保了矿井的安全生产.