贵州煤矿防治煤与瓦斯突出技术探讨

根据贵州省煤矿的矿井瓦斯特点,分析了其频发煤与瓦斯突出事故的原因,通过对煤与瓦斯突出规律的分析和探讨,介绍了部分防突技术措施,并提出了一些实际问题和改进建议.认为通过采取综合防突、立体消突等技术措施,能够有效的防治煤与瓦斯突出.加强对地应力以及突出预测技术的研究,是煤与瓦斯突出防治的重要方面.     

煤岩与瓦斯微元体破坏突出机理

煤岩与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力、煤体结构破坏、孔洞内煤屑与瓦斯压力及时间效应等共同作用的结果。文中从煤与瓦斯突出发生的整个过程出发,结合现有的煤岩与瓦斯突出机理的研究成果,通过建立煤岩微元体破坏模型,计算煤岩微元体区域破坏概率、煤与瓦斯突出所必须的能量条件,分析煤与瓦斯突出区域的形成与发生,最后,提出了煤岩与瓦斯的突出是从煤岩体微元的破坏开始的,其发展、发育过程是众多煤岩体微元连续破坏的结果,得到了突出区域煤岩体破坏概率的平均强度以及发生突出的必须能量条件关系式,为煤与瓦斯突出的研究提出了一个新的模式与思路,对于防治煤岩与瓦斯突出事故、灾害的发生具有一定的实践与理论指导意义。     

采场应力和煤结构对煤与瓦斯突出的影响

本文通过具体实例,分析讨论了采场应力对矿井煤与瓦斯突出的控制作用;煤的物理性质对矿井煤与瓦斯突出的影响。研究表明:煤的灰分、挥发分含量直接影响着煤体瓦斯压力、含量及煤与瓦斯的突出。     

阳泉矿区煤与瓦斯突出预测实践与探讨

煤矿瓦斯事故严重威胁职工生命和财产安全,是影响煤矿安全生产的最大灾害,煤与瓦斯突出又是防治瓦斯事故中的难点和重点。本文通过对煤与瓦斯突出机理和规律的分析总结,并结合阳泉矿区在防治煤与瓦斯突出工作中的探索实践,重点论述了煤与瓦斯突出预测的方法和技术标准,为煤矿生产实践中的瓦斯防治提供了可行的方法和预测的量化标准,并为保证矿井安全生产提供了一定的技术指导。     

煤与瓦斯突出的地质理论分析

从地质理论出发,分析了导致煤与瓦斯突出的内因和外因。结果表明,地应力、煤层形成时代、大地构造环境是导致煤与瓦斯突出的主要内因,掘进方式和掘进速度是导致煤与瓦斯突出的主要外因。研究旨在提高对煤与瓦斯突出的理论认识,减少由煤与瓦斯突出带来的灾害。     

考虑时间效应煤和瓦斯突出的失稳破坏机理研究

根据含瓦斯煤的流变破坏机理,研究了考虑时间效应的煤和瓦斯突出的失稳破坏机理,提出了其发生的判据,建立了数学力学模型,为煤和瓦斯突出的预测和防治提供了理论基础.     

煤与瓦斯突出损伤动力演化机理

煤与瓦斯突出中力学性质表现得相当复杂.目前研究很少考虑瓦斯压力梯度对煤的流变破坏作用.本文中基于对煤岩力学性质新的认识,从煤岩损伤破坏的角度出发,综合考虑煤岩的物理力学性质,包括流变性质、地应力和瓦斯压力等因素.根据煤的力学试验结果所表现的非线性弹性性质,在分析瓦斯压力、地应力分别在突出过程中所起的作用基础上,将煤与瓦斯突出具有强烈时间效应的动态力学过程分为准备、发动、发展和终止4个阶段.对瓦斯压力、地应力和重力作用下煤的加速损伤演化所引起的煤与瓦斯突出进行了发生机理的阐述,从而得出煤壁内部瓦斯压力梯度是突出的主要动力源,地应力只是对突出起到辅助作用.对煤岩灾变的延期性、孔洞形状、声发射特征、相对瓦斯涌出量大大超过煤层瓦斯含量、突出煤的分选性、突出的终止过程等现象作新的解释和定性分析.     

不同瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出模拟实验

为探讨瓦斯压力在煤与瓦斯突出过程中的作用机制,利用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验台和同一种煤样,在煤样成型压力、煤样含水率、受力状况等参数均恒定的情况下,分别进行了5种不同瓦斯压力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验。结果表明,煤与瓦斯突出可形成口小腹大的呈梨形或椭圆形的突出孔洞,且突出孔洞容积仅为突出煤体积的1/2～2/3;在瓦斯压力方面存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阀值,高于此阀值时,瓦斯压力愈大则突出强度亦愈大,且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎和抛出作用;煤样温度呈先升高后降低并连续变化的趋势,利用温度变化梯度可进行煤与瓦斯突出预测预报。     

利用“球壳失稳”理论确定煤与瓦斯突出瓦斯压力临界值

通过实验分析得出了马家沟矿9—12、12煤层初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力的线性关系，从而确定了马家沟矿深部水平9—12、12煤层煤与瓦斯突出瓦斯压力临界值，为深部水平煤与瓦斯突出预测提供了依据。     

煤与瓦斯突出过程的能量分析

基于煤与瓦斯突出综合作用假说,通过理论分析与实验研究了煤与瓦斯突出过程中煤体弹性能和瓦斯膨胀能做功。利用MTS815岩石力学试验系统,实验研究了不同围压下煤样的三轴压缩试验,得出煤体的单位体积弹性能与体应力之间呈幂函数关系;用自制的瓦斯膨胀能装置,测试了不同含水量、气体压力、密实度条件下煤体中的气体膨胀能,得出气体膨胀能与气体压力呈线性关系,且气体在膨胀过程中对外做功时,系统温度变化在1℃左右,研究表明,煤与瓦斯突出过程可以近似看作等温过程。研究结果深化了对煤与瓦斯突出机理的认识,为能量判据奠定了基础。     

半斜墙拱形煤岩巷道变形破坏试验

矿山巷道埋藏条件和开采环境复杂,为了探讨矿山煤岩巷道在采掘扰动中衍生的各种矿压显现特征,运用相似物理模拟与数值模拟相结合的方法,对半斜墙拱形煤岩巷道的变形破坏特征进行了试验分析。在试验设计中,对巷道模型边界采用了两相不等围压加载模式。结果表明,这种设计方案能够较好的模拟现场,所得数据与实测较吻合;巷道局部应力释放彻底,底臌及右帮变形破坏明显并主要沿软弱岩层的倾向方向发展。     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。     

煤层瓦斯渗流过程中压力分布的滑脱效应

 气体在多孔介质中渗流时,不仅需克服启动压力梯度,而且受气体滑脱效应的影响。基于煤层瓦斯的渗流特性,建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型,并对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行数值模拟。计算结果表明,在一定煤层深度内,与不考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应对其影响显著,且随着暴露时间增长和距煤壁距离增大,其差别更为明显。滑脱因子的变化将直接影响煤层内部气体压力的分布,随着滑脱因子的增大,气体压力减小,滑脱越明显。与不考虑滑脱效应(Darcy 解)瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布曲线更接近实测数据,表明在研究煤层渗流过程中须考虑滑脱效应。     

含瓦斯软弱煤三轴力学特性试验

以由具有突出倾向的软弱煤制备的型煤试件为研究对象,对围压、瓦斯压力二因素对含瓦斯软弱煤的力学特性影响进行了系统研究.试验结果表明:围压对含瓦斯软弱煤的力学性质具有明显影响,随着围压的增大,含瓦斯软弱煤的压密阶段不明显且三轴强度逐渐增加;围压对含瓦斯软弱煤弹性模量影响不明显,对应力应变曲线形状影响亦不明显.随着瓦斯压力的增加,煤样强度呈减小趋势;围压较小时,含瓦斯软弱煤强度受瓦斯压力影响较显著,而围压较大时影响较小;瓦斯压力对含瓦斯软弱煤的杨氏模量影响不明显,且对煤样进入屈服阶段的变形量影响亦不明显;瓦斯压力对煤样具有显著的力学影响,而且也存在明显的化学作用;含瓦斯软弱煤的应力应变曲线可由二次曲线表征,并认为瓦斯压力影响可归结为等效围压效应.     

煤层气等温吸附曲线形态对产气量的影响

为了了解煤储层Langmuir压力和Langmuir体积参数以及临界解吸压力对煤储层气产量的影响,通过对Langmuir方程的分析,利用储层数值模拟的方法,研究了Langmuir参数与气产量的关系。结果表明:气产量与煤储层本身的性质参数Langmuir压力和Langmuir体积有关。在开采初期,Langmuir压力和Langmuir体积越大,对产气越有利;而在开采后期,Langmuir压力越小,对产气越有利。该成果对本身性质不同的煤储层的煤层气产量的预测具有一定的参考价值和指导意义。     

煤层瓦斯压力测定中的注浆封孔工艺分析

本文介绍了煤层瓦斯压力测定中的注浆封孔工艺的沿革.各种封孔工艺的优缺点,以及如何根据具体情况选择具体封孔工艺。     

煤矿瓦斯固化防突及低浓度瓦斯固化分离新技术

为防治煤矿瓦斯突出事故和分离低浓度瓦斯,研究了瓦斯水合机理,设计了可视化实验装置及3组含煤表面活性剂溶液系统（T40、T80、T40/T80）,依据瓦斯水合物的生成过程以及3种组分瓦斯气样在不同实验体系中水合化分离情况,采用色谱分析法,计算了CH4分离提纯浓度。结果表明：瓦斯气体在含煤表面活性剂溶液中生成较快;存在记忆效应的条件下,诱导时间可缩短至47min,生成速率可达2.33×10-5m3/h;CH4的体积分数分别为26%、39.8%和58.98%的三种气样,经一级瓦斯水合化分离后,CH4的体积分数可提高到40.6%、60.41%和80.41%。研究结果证实了利用水合机理防治煤矿瓦斯事故和分离低浓度瓦斯技术的可行性。     

煤与瓦斯突出和地球固体潮的关系

从淮南谢一矿煤与瓦斯突出与地球固体潮关系的新角度,阐述了固体潮产生的基本原理,同时对煤与瓦斯突出的发生时间进行了统计分析 ,结果表明:固体潮在一定程度上影响着区内应力场和重力场的分布,从而导致在固体潮的大潮时期发生的地质动力异常现象之一——煤与瓦斯突出和固体潮周期变化具有相互吻合的对应关系,并得到了一些重要的规律与结论,从而为煤与瓦斯突出的预测和防治提供了一个崭新的途径。