远程覆岩卸压变形及其渗透性研究

运用数值模拟和现场试验相结合的方法，对下保护层开采所引起远程覆岩的卸压变形及其渗透性变化进行了分析与研究。结果表明：下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压，卸压煤（岩）体产生膨胀变形，生成大量的次生裂隙；同时也导致了水平位移的产生，形成了丰富的竖向裂隙，从而使煤（岩）体的渗透性得到极大的提高。因此，在高瓦斯煤层群条件下，利用下保护层开采所引起的“卸压增透增流”效应，同时结合合理有效的瓦斯抽放方法，可以实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。     

覆岩移动特性的数值模拟及其在煤矿安全中的应用

煤与瓦斯突出是煤矿生产中的主要事故之一，特别是在高瓦斯煤层群条件下，如何消除煤与瓦斯突出危险性对实现煤与瓦斯的安全高效共采是非常重要的。文中根据某矿具体地质条件，利用数值模拟方法，模拟了首采煤层的开采对远程卸压煤层的卸压作用，结合大量现场实测数据，论证了对远程卸压瓦斯进行抽放从而实现在高瓦斯煤层群开采条件下煤与瓦斯安全高效共采的可行性。     

上覆远程卸压岩体移动特性与瓦斯抽采技术

运用数值模拟和现场试验相结合的研究方法，研究上覆远程卸压岩体移动和裂隙分布以及远程卸压瓦斯的渗流流动特性，提出了符合远程卸压瓦斯流动特性的远程瓦斯抽采方法。通过淮南潘一矿煤与瓦斯安全高效共采试验证明，底板巷道网格式上向穿层钻孔远程瓦斯抽采方法可以区域性地消除卸压煤层的突出危险性，有效地降低卸压煤层的瓦斯含量，实现高瓦斯、煤与瓦斯突出危险煤层的安全高效开采。     

保护层开采穿层拦截钻孔替代底板抽采巷瓦斯治理技术

保护层开采过程中,上覆煤岩体收采动卸压影响,煤体发生膨胀变形,煤层透气性大幅度增加,透气系数增大引起瓦斯流量增大,发生卸压增流效应。这样有利于瓦斯的抽采,通过高效的瓦斯抽采方法,可以达到消除被保护层煤与瓦斯突出危险性的目的。其中,使用底抽巷结合网格式上向穿层钻孔作为一种高效     

煤层群重复采动卸压瓦斯储运区演化规律实验研究

为进一步研究煤层群重复采动卸压瓦斯储运区动态演化规律,以贵州某矿16~#、18~#煤层开采工作面为背景,通过物理相似模拟实验,研究了煤层群重复采动后上覆岩层裂隙分布特征,明确了卸压瓦斯储运区演化规律,提出了相应的判别方法,并进行了工程应用。结果表明,实验矿井上层煤开采后,覆岩垮落带高度11 m、裂隙带高度53 m。工作面附近覆岩关键层形成的砌体梁结构与其下方岩层之间的离层裂隙成为卸压瓦斯储集的空间。当下层煤开采后,受重复采动的影响,垮落带和裂隙带高度分别为13和83 m。上下煤层之间存在关键层,在其下部仍会形成瓦斯储集空间,采动裂隙贯通后下煤层卸压瓦斯易沿着裂隙区通道向上运移至煤层间隔层关键层下的储集空间,再顺着上煤层冒落带内裂隙通道继续向上。此时,上煤层采动形成的瓦斯储集空间也将充满瓦斯成为抽采的重点区域。基于此,提出采动卸压瓦斯储集空间判别方法,并在贵州某矿进行了抽采验证,抽采效果良好,保证了工作面的安全生产。     

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。     

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。     

开采煤层顶板环形裂隙圈内走向长钻孔法抽放瓦斯研究

开采煤层工作面的瓦斯主要来源于该煤层、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。因此，寻找瓦斯运移的裂隙通道和瓦斯富集区，实施有效的瓦斯抽放工程是实现高效瓦斯抽放的技术关键。采用实验室相似材料试验、数值模拟计算和工业性试验研究方法，研究寻找采场上覆岩层中环形裂隙圈形成机理和位置，把抽放钻孔布置在环形裂隙圈内，进行“环形裂隙圈内走向长钻孔法”瓦斯抽放。这种瓦斯抽放技术使低透气性高瓦斯煤层的开采和瓦斯抽放分层区进行     

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。     

近距离上保护层开采下伏煤(岩)裂隙时空演化过程分析

为研究近距离上保护层开采下伏煤(岩)的裂隙时空演化特征,以平煤五矿为例(保护层与被保护层平均层间距为8 m),利用3DEC软件模拟不同开采距离下伏煤(岩)裂隙发育及分布特征,统计被保护层穿层斜交卸压瓦斯钻孔的抽采数据并对保护层开采效果进行验证。结果表明,随着保护层工作面的不断推进,底板岩层内裂隙逐步发育并向深部延伸;从回采8 m开始,被保护层己16-17煤层已出现裂隙发育,当回采18 m时,己16-17煤层内横向裂隙和垂向裂隙发育明显;然而,当回采24 m时,由于采空区上覆岩体的垮落压实作用,底板岩层内的裂隙将发生闭合现象。沿着水平方向,底板岩层裂隙依次可以分为原始状态区、高强度卸压增透区和重新压实区。随着卸压效果越来越明显,被保护层月瓦斯抽采量由2014年6月至11月逐渐增大,最大值达到每月174 400 m3;之后,由于被保护层裂隙闭合,每月瓦斯抽采量开始降低,并逐渐稳定在每月50 000 m3左右。     

急倾斜单一厚煤层采后下部自保护范围的研究 渗透特性的影响

急倾斜单一突出厚煤层一般采用水平分层或斜切分层进行开采,其区域防突措施确定的关键在于确定其采动影响下的自保护范围.以湖南省南阳庙煤矿为例,进行了回采工作面煤的工业分析和采后瓦斯残余参数观测,UDEC数值模拟和实验室相关数据测试等一系列研究,研究表明：在采用水平分层或斜切分层采煤法开采后,其分层相当于保护层的开采,下部1~2个分层均处于被保护层的保护范围之内,大大简化了防突工程.研究结果可为急倾斜突出煤层区域防突措施的制定提供理论依据,对急倾斜突出煤层的安全生产具有一定的理论意义和实际意义.     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

澄合矿区中厚煤层综采面矿压显现特征研究

为解决澄合矿区5号煤典型中厚(1.5～3.5 m)煤层综采开采中存在的液压支架选型合理性等问题,文中以澄合矿区具有典型中厚煤层的王村煤矿斜井5216综采工作面地质条件为研究背景,通过现场矿压观测手段分析研究了矿压显现特征。研究结果:得出了澄合矿区典型中厚煤层综采工作面直接顶初次垮落步距、老顶初次来压步距、周期来压步距、来压强度以及来压持续距离等矿压显现特点,从而为澄合矿区中厚煤层综采支架选型合理性、安全可靠性以及相似工作面的高效安全开采提供科学依据。     

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。     

综放开采顶煤与覆岩力链结构及演化光弹试验研究

综放开采过程中顶煤和覆岩由连续向非连续和散体介质状态转变,描述矿压在断裂覆岩和碎裂顶煤中的形成、传递方式和作用机理是综放开采矿压理论研究的难点.基于光弹试验原理,借助散体介质双轴加载双向流动光弹试验装置,对综放开采过程中散体顶煤与非连续覆岩关键层中力链网络结构及演化特征进行研究.研究发现:地层载荷在煤岩体中构成了错综复杂的弱-强力链网络.综放开采打破了初始力链网络结构的平衡,顶煤与覆岩中形成梁-拱复合力链拱结构,覆岩荷载以强力链形式传递到工作面前方煤体.随着工作面推进和顶煤放出,覆岩梁-拱力链网络不断扩展和演化,形成更大规模的力链拱结构.关键层弯曲、断裂和失稳运动,使工作面前方的强力链拱脚出现回缩现象,力链分布密度和强度增加,导致工作面来压现象.地层内水平力作用使顶煤与覆岩内的梁-拱力链结构效应较更加明显,整体拱结构形态愈加完整,强力链网络结构更加紧致,关键层断裂失稳时力链拱对工作面煤层的作用力更加显著.     

缓倾斜超近距离煤层开采相似模拟实验研究

为了确定缓倾斜超近距离煤层的合理开采方案,采用相似材料模拟实验研究的方法,采用现场所取的煤样、岩样在实验室进行测试而获得的煤层有关的物理力学参数,对缓倾斜超近距离煤层的不同开采方案进行了相似材料模拟实验研究,得出了开采过程中工作面顶板活动的规律和矿压显现规律,从而确定了合理的开采方案。该研究成果对国内同类煤层的安全高效开采具有一定的参考价值和指导意义。     

大宁—吉县地区5号煤层现今地应力预测及其对煤层气开发的影响

现今地应力场对煤储层渗透率具有极其重要的控制作用。我国鄂东大宁-吉县地区煤层气资源丰富,然而该区现今地应力研究程度较低,不利于该地区煤层气的高效开发。为查明大宁-吉县地区主采煤层现今地应力场特征,本次研究利用三维有限元数值模拟方法对下二叠统山西组5# 煤层现今地应力分布进行预测。结果表明,5# 煤层现今地应力表现为正断型应力机制。鄂东大宁-吉县5# 煤层最大水平主应力在15.4～21.6 MPa之间,最小水平主应力在9.8～14.4 MPa之间,构造变形的复杂性会对地应力分布产生影响。现今地应力控制压裂裂缝扩展,研究区现今地应力状态下的压裂裂缝沿着NNW-SSE方向垂直扩展。研究区5# 煤层应力差大部分小于6 MPa,具备形成复杂裂缝网络的地应力基础。煤层渗透率随有效地应力的增大呈指数减小,有效地应力越大,煤储层的渗透性越差。研究区东南部远离断层,又是应力降低区域,煤层气易在此地发生聚集,形成煤层气储藏的丰富区。研究成果可为研究区煤层气效益开发提供地质基础与科学指导。