煤与瓦斯突出固气耦合方法研究

为了解决煤与瓦斯固气耦合的预测问题.煤与瓦斯突出、瓦斯抽放等从力学的角度看其基础都是一致的,都涉及到耦合作用下气体的流动和煤岩体的变形与破裂问题.耦合作用下瓦斯气体的流动和煤岩体的变形与破裂规律的研究,是研究煤与瓦斯突出机理、煤层瓦斯抽放的理论基础.阐述了煤与瓦斯突出的固气耦合机理,重点介绍了国内外煤与瓦斯突出研究方法.,     

煤体水力割缝中瓦斯突出现象实验与机理研究

通过室内1：1大煤样水力割缝抽放瓦斯的实验研究,揭示了水力割缝过程中煤与瓦斯突出现象,依据煤体特性、应力状态、应力水平、水射流压力、瓦斯压力等实验结果,并结合数值模拟计算,分析了水力割缝中煤与瓦斯的突出机理。     

短孔瓦斯抽放技术的研究应用

为提高埋藏深、低透气性、动力现象显著煤层工作面的瓦斯预抽效果,对工作面瓦斯抽放新技术进行了研究.根据矿山压力分布规律和工作面前方煤体受采动影响卸压后透气性显著提高、煤层压力显著降低的特点,研究了卸压区短孔瓦斯抽放技术,研究结果表明该抽放技术可行、系统可靠,能有效提高超前排放钻孔瓦斯排放效果、显著降低煤与瓦斯突出危险性,这对解决低透气性、高地应力煤层的快速、安全掘进和生产具有实际意义.     

短孔瓦斯抽放技术的研究应用

为提高埋藏深、低透气性、动力现象显著煤层工作面的瓦斯预抽效果，对工作面瓦斯抽放新技术进行了研究。根据矿山压办分布规律和工作面前方煤体受采动影响卸压后透气性显著提高、煤层压力显著降低的特点，研究了卸压区短孔瓦斯抽放技术，研究结果表明该抽放技术可行、系统可靠，能有效提高超前排放钻孔瓦斯排放效果、显著降低煤与瓦斯突出危险性，这对解决低透气性、高地应力煤层的快速、安全掘进和生产具有实际意义。     

考虑损伤的含瓦斯煤有效应力方程

 煤层开采和瓦斯抽放引起的煤体损伤演化不仅使煤体力学性质发生改变,而且还影响煤与瓦斯的相互作用。本文基于损伤力学与多孔介质理论,并考虑煤体吸附瓦斯膨胀变形效应,建立了压缩条件下含瓦斯煤体的有效应力方程,得到了与含瓦斯煤体损伤演化相关的孔隙压有效应力系数和吸附有效应力。利用含瓦斯煤体有效应力方程和线弹性本构模型,计算分析了不同应力条件下含瓦斯煤体的变形与有效应力系数演化特征。结果表明,计算值与试验结果一致性较好,可以有效描述含瓦斯煤体的损伤力学行为。     

非等温情况下煤和瓦斯固流耦合作用的研究

考虑煤和瓦斯作用时瓦斯吸附和解吸过程中的温度效应问题,利用变形场,渗流场,温度场耦合原理,建立了非等温情况下煤和瓦斯耦合作用的数学模型,给出了数学模型的数值解法并编制了计算软件,研究结果为瓦斯抽放和防治煤与瓦斯突出等实际问题了理论指导。     

煤岩灾变过程应力场-损伤场-渗流场耦合效应数值模拟

为了揭示采动下煤岩灾变过程损伤-渗流诱发煤与瓦斯突出的灾变机制,基于含瓦斯煤岩破裂过程气固耦合理论,运用真实破裂过程分析RFPA2D系统中的GasFlow模块,模拟了采动过程中煤岩突出多场耦合效应与瓦斯卸压抽放渗流规律,研究了煤岩层中应力状态的变化及裂隙演化过程对透气性的影响.模拟结果表明:随着开采的进行,在扰动应力场和瓦斯压力的共同作用下,工作面与邻近高压瓦斯区之间的煤岩出现了裂纹萌生、扩展与最终贯通的演化过程;并且裂纹导通后,工作面与邻近高压瓦斯区之间煤岩的透气系数显著增大,其大小可能是贯通前的数倍.上述结果验证了采动下煤岩突出灾变过程的应力场-损伤场-瓦斯渗流场耦合效应,为采取合理的卸压消突或瓦斯抽放措施提供了一定的理论依据.     

深孔松动爆破切顶在保护层开采中的技术实践

深孔松动爆破可以增加煤层透气性系数、缓慢排放煤体瓦斯、降低瓦斯压力和瓦斯含量,从而降低了煤体瓦斯压缩内能,提高了煤体的机械强度,达到减弱或消除煤与瓦斯突出危险的目的。同时有利于使煤体原集中应力带及高压瓦斯带移向煤体深部,即增加卸压带的宽度,减少瓦斯抽放时间,从而提高工作面回采速度。对于松动控制卸压爆破,在爆破孔周围布置了不装炸药的控制孔,控制孔在爆破过程中起到控制爆破方向与补偿爆破裂缝空间作用。由于控制孔的控制导向作用,结果是在介质内部的炮孔周围产生一柱状的压缩粉碎圈和一沿爆破孔与控制孔连心线方向的贯穿爆破裂缝面。控制孔的存在相当于在爆破孔周围增加了辅助自由面,相对缩小了爆破抵抗线的长度,使爆破更有利于形成更大范围的破碎圈带和松动圈带。松动控制卸压爆破可以极大地破坏了煤岩体的整体性,可以消除回采过程中大跨度悬顶悬露以及回转下沉对沿空留巷围岩的影响,同时提高被保护层煤层的透气性,提高抽采钻孔的预抽率,有效地释放地应力,消除煤与瓦斯突出危险性。十二矿作为埋深达千米的矿井之一,在己15-31010工作面采取了该防突措施后,大大提高了抽采钻孔的预抽率,使瓦斯应力和地应力得以提前释放,有效地防治煤与瓦斯突出和冲击地压,并成功优化了留巷区域应力场,确保了保护层开采的正常安全进行。     

三轴应力作用下煤渗透率变化规律实验

通过变化的围压扣孔隙压力的作用,进行含瓦斯煤三轴压缩的实验,系统地研究了含瓦斯煤在变形过程中渗透率的变化规律;并根据大量的实验数据,拟合得到含瓦斯煤的渗透率随围压和孔隙压力变化的经验方程.研究结果表明,该经验方程可应用于双层系统煤层变形与煤层气越流耦合模型的数值分析,使邻近层(采空区)孔隙压力分布或瓦斯抽放率的数值模拟更逼近实际观测结果.     

温度对型煤性能影响的试验

针对利用煤层瓦斯抽采并防治瓦斯灾害的问题.本文利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行不同温度条件下的三轴压缩破坏试验和渗透特性试验,探索煤体温度在瓦斯抽采和预防煤与瓦斯灾害中的作用.结果表明:(1)煤体的强度随着温度的增加而降低;(2)煤体变形过程中的渗透性变化趋势有一致性,它与变形量直接相关,受温度影响很小;(3)控制煤体温度是提高瓦斯抽采效果的一个合理有效的措施.     

高位顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟

针对八连城煤矿19号煤层62.1%~71.6%的瓦斯来源于采空区的问题,提出高位顺层钻孔抽放采空区瓦斯的治理方案.基于关键层理论和"O"形圈理论,分析了采空区上覆岩层裂隙形态,对瓦斯在其中的运移规律进行了研究,认为在上覆岩层采动裂隙中瓦斯流动符合达西定律.利用商业软件COMSOL-Multiphysics对瓦斯抽放进行了数值模拟,直观展示了瓦斯抽采时的瓦斯分布状态.模拟结果表明瓦斯抽放有效降低了瓦斯压力,给现场瓦斯抽放提供了理论依据,具有重要的实践意义.     

煤炭开发中相关渗流力学问题研究

煤碳是我国的主要能源,在能源消费结构中占居主导地位,煤岩体是一种典型的孔隙裂隙结构体,在煤炭资源开发的过程中涉及到一系列渗流力学问题.探讨了煤层中瓦斯渗流特征及其规律,分析了煤与瓦斯的流固耦合作用,介绍了煤与瓦斯突出的失稳判据;分析了煤矿生产过程中对地下水的污染,对酸性矿井水的水岩作用问题作了初步探讨,同时对煤矸石的环境效应也作了分析;随着煤层开采深度的增加,矿井热害越来越受到学者的重视,分析了矿井热害的形成机理及其影响因素.最后提出了煤层开采中渗流问题的研究方向.     

关键层—应力墙瓦斯突出机理

认为瓦斯突出的发生和发展受控于赋存在岩石－含瓦斯煤－岩石体系中诸多因素的综合作用,并在此基础上提出了关键层－应力墙的瓦斯突出机理。     

煤层巷道预排瓦斯带的流固耦合效应数值模拟

针对在研究本煤层瓦斯涌出规律时,没有准确方法确定煤层巷道预排瓦斯带宽度的问题,基于瓦斯渗流和煤岩变形理论,建立含瓦斯煤岩体瓦斯渗流方程和煤岩巷道变形场方程,确立了煤层巷道预排瓦斯带流固耦合数学模型,以沁水煤田综掘煤层巷道作为实例进行数值模拟计算,研究得出含瓦斯煤岩巷道损伤的时空演化规律.提出基于示踪原理的实测煤层巷道预排瓦斯带宽度的方法,实测考察与数值计算结果具有一致性.研究提出的方法能够解决煤矿工作面瓦斯涌出量预测精度问题.     

五沟煤矿保护层开采技术及卸压范围探讨

理论研究和现场应用表明,保护层开采和预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出最有效、最经济的区域性措施。对于采用保护层开采技术的矿井,首先必须计算出其卸压范围,然后才能在该区域内设计瓦斯抽采系统和布置作业工作面。本文依据煤岩卸压变形理论和煤层瓦斯赋存特性,结合安徽皖北煤电公司五沟煤矿保护层开采的实践应用,确定了本矿煤层开采的合理顺序,得出保护层开采后的卸压范围.研究结果可为现场瓦斯防治提供参考依据。     

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。     

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．     

矿区岩体应力状态对瓦斯突出区域分布的影响

基于地质动力区划方法,建立区域地质构造模型,以岩性分布和地应力测量为边界力学条件,确定了矿区区域岩体应力分布规律:矿区区域岩体应力状态主要受断裂构造的控制,断裂构造的叠加扰动使原岩应力场重新分布.鹤壁六矿岩体应力状态对煤与瓦斯突出区域分布的影响分析,结果表明:构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布.这为矿井煤与瓦斯突出区域预测、局部检测和解危提供了理论参考.     

Gas and coal outbursts in Polish minescauses and assessing methods

The paper presents some information about gas and coal outbursts threat in Polish coal mines.It shows the methodology for threat identification and monitoring for gas and coal outbursts in the Polish coal mines.One of the main methods of assessing threats in the mining industry in Poland and China is desorbometric method.The paper presents some results of estimation of uncertainties of the desorption rate Δp,determined in situ,by use of liquid manometric desorbometer gauge.It was observed that,if there are ...     

高地应力和瓦斯压力耦合作用下的冲击地压触发机制研究

随着煤矿逐渐进入深部开采,在深部高地应力和瓦斯压力开采条件下,冲击地压的触发机制也将发生变化。首先,根据采掘工作面前方的应力和瓦斯压力分布状况,并结合冲击煤体顶部存在粉碎煤的特点,构建出了高地应力和瓦斯压力条件下的冲击煤体受力物理模型;然后,对冲击煤体进行了受力分析,从理论上推导出了冲击能量计算公式。研究结果显示,在高地应力和瓦斯压力开采件下,冲击煤体与顶板之间的相对运动属于滚动摩擦,而与底板之间的相对运动则属于滑动摩擦;冲击能量随冲击深度呈指数规律增长。因此,高地应力与瓦斯压力条件下的煤岩体弹性变形能和瓦斯膨胀能瞬间释放,不仅增加了冲击地压发生的能量和动力,而且降低了阻力;增加卸压带宽带防治冲击地压的作用机理在于提高冲击地压发生的能耗条件。