采场应力变化的流固耦合模拟研究

随着矿井开采深度的增加,瓦斯压力对煤层开采过程中采场应力的影响越来越明显。根据煤层瓦斯渗流特性和固体介质变形基本理论,考虑煤层瓦斯压力的变化对煤岩体破裂的影响,建立了煤层开采过程中应力场和瓦斯运移场相耦合作用的数学模型。对含有不同煤层瓦斯含量和不同瓦斯压力的煤岩体,在开采过程中采场应力所发生的变化进行了数值模拟研究与分析。通过研究煤层开采过程中,在不同地应力和煤层瓦斯压力的影响,得出采场应力的变化规律。其结果对于矿井煤层正常开采时,解决采场应力的变化所引起冲击地压灾害事故隐患的技术性问题等提供可靠的理论指导。     

采场应力变化的流闯耦合模拟研究

随着矿井开采深度的增加,瓦斯压力对煤层开采过程中采场应力的影响越来越明显。,根据煤层瓦斯渗流特性和固体介质变形基本理论,考虑煤层瓦斯压力的变化对煤岩体破裂的影响,建立了煤层开采过程中应力场和瓦斯运移场相耦合作用的数学模型对含有不同煤层瓦斯含量和不同瓦斯压力的煤岩体,在开采过程中采场应力所发生的变化进行了数值模拟研究与分析。通过研究煤层开采过程中,在不同地应力和煤层瓦斯压力的影响,得出采场应力的变化规律。其结果对于矿井煤层正常开采时,解决采场应力的变化所引起冲击地压灾害事故隐患的技术性问题等提供可靠的理论指导。     

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.     

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。     

煤和瓦斯突出过程中地应力作用机理

基于岩石破裂损伤理论和气固耦合方法,利用RFPA2D-GasFlow数值模拟系统,结合煤体中应力分布情况和瓦斯突出破坏过程及结果,分析了煤与瓦斯突出三要素(地应力、瓦斯和煤体物理力学性质)中的地应力在瓦斯突出过程中的作用.研究结果表明,在地应力小于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有阻碍作用;当地应力大于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有双重作用:一方面其产生的水平压应力增强了煤体抵抗破坏的能力;另一方面其产生的剪切应力促进煤体发生破坏.同时应用研究结果对浅埋煤层瓦斯突出问题进行了分析,认为浅埋煤层承受的地应力较小,煤层中存在着水平拉应力和垂直拉应力且是大范围存在的,故导致浅埋煤层发生瓦斯突出且...     

石门揭煤过程中煤与瓦斯延期突出模拟实验

利用自行研发的"大型煤与瓦斯突出模拟实验台",用粉和石膏混合材料模拟硬煤岩封闭突出口,进行在恒定垂直应力和水平应力情况下的石门揭煤过程中煤与瓦斯延期突出模拟实验.结果表明:在恒定垂直应力作用下发生延期突出时临界瓦斯压力与水平应力呈乘幂关系,瓦斯压力与水平应力呈反方向变化;在恒定水平压力作用下发生延期突出时临界瓦斯压力与垂直应力呈二次多项式关系,瓦斯压力与垂直应力呈反方向变化;突出强度反映发生延期突出时破坏程度,与发生延期突出时临界瓦斯压力正相关,与地应力负相关.     

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。     

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。     

考虑瓦斯影响的煤层冲击地压钻屑量指标研究

对于含瓦斯煤层实施钻屑法必须考虑瓦斯的影响。考虑瓦斯的影响和煤体损伤特性，经理论推导得到了含瓦斯煤层检测冲击地压的钻屑量指标，并结合阜新五龙矿的实际情况进行了验证。单位长度钻屑量危险指标与煤的密度成正比，与成孔直径的平方成正比，随弹性模量增大而减小，随抗压强度增大而增加。随瓦斯压力增大而增加，随孔隙增加而减小。     

深部开采条件下煤和瓦斯突出机理的研究

分析了温度对煤体强度、煤吸附和解吸瓦斯能力的影响及煤层渗透性随应力变化的规律.在此基础上提出深部开采条件下煤和瓦斯突出发生的机理,建立温度、应力、渗流三场耦合的数学模型,并对温度、应力、孔隙瓦斯压力对突出的影响进行分析.     

煤层原始含水率对煤与瓦斯突出危险程度的影响

运用自主研发的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置”,进行了恒定瓦斯压力和围压条件下,不同原始含水率含瓦斯煤样全应力应变瓦斯渗流试验,结合现场实测煤层注水前后瓦斯涌出量的变化规律。研究结果表明：随着煤样原始含水率的增加,煤样的三轴抗压强度减小,弹性模量减小,三轴抗压强度处轴向应变增大、横向应变和体积应变的绝对值增大;在全应力应变整个过程中,煤样的甲烷有效渗透率都减小。从煤的力学特性和瓦斯在煤层中流动两个方面分析了煤层注水的防突作用。煤层原始含水率越高,发生煤与瓦斯突出的危险性越小。可将煤层的原始含水率作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标。     

水力压裂技术在矿井突出治理中的应用

随着开采深度的不断的延伸,煤层瓦斯含量、瓦斯压力在不断的增大,为防止在生产过程中突出事故的发生,实现安全生产,对高压注水压裂消突技术进行了研究。测取压裂参数,利用压裂设备,对有突出危险性的实体煤进行压裂。经实践表明,水力压裂技术可将煤(岩)体内部微裂隙扩展使其连同,将煤体内的瓦斯潜能及弹性能得到一定量的释放,是煤层的透气性增加,结合瓦斯抽防技术使被压裂的实体煤内的瓦斯压力和瓦斯含量降低,削减和消除煤体突出的危险性。这项技术的实施有效的保证了突出煤层区域消突,为在突出危险区的煤层开采提供了一项可行的新措施。     

论地质构造对煤和瓦斯突出的控制作用

煤和瓦斯突出是煤矿采掘过程中一种极为复杂的动力现象.一旦发生煤与瓦斯突出,常常在2～3分钟内就会向采掘空间抛出大量的煤和瓦斯,摧毁巷道、掀翻矿车、破坏设备,造成人员伤亡.煤和瓦斯突出对煤矿安全生产构成了严重威胁,探索消除和控制这种威胁的方法和途径十分紧迫和必要.那么,是什么因素影响和控制着煤和瓦斯突出呢?大量的统计资料和科学研究表明,影响煤和瓦斯突出的因素主要有煤层厚度、煤体结构、煤层透气性系数、煤变质程度、瓦斯、地应力、围岩特性、作业方式等,其中瓦斯、煤体结构和地应力三个因素是影响和控制煤和瓦斯突出的关键因素,这三个关键因素又是由地质构造所决定.     

胶囊封孔技术在月矿煤层瓦斯压力测定的应用

煤层瓦斯压力是瓦斯涌出和突出的动力，也是煤层瓦斯含量多少的标志。准确测定煤层瓦斯压力对有效而合理制定矿井防治瓦斯的措施，预测预报煤与瓦斯突出的危险性，具有重要意义。     

浅谈地质构造对煤与瓦斯突出地带的控制

本文介绍了地质构造对煤层瓦斯保存的控制,对煤层中软分层发育控制,对地应力的控制和对煤与瓦斯突出地带的控制。     

工作面预采煤体中瓦斯积聚过程探讨

通过分析煤与瓦斯突出中各因素所起的作用，阐述了回采工作面预采煤体在移动支承压力的压移赶制作用下，其内部瓦斯运移与积聚的追集过程，该过程促进了煤与瓦斯发生突出条件的进一步形成。并在此基础上说明了走向长壁工作面煤与瓦斯突出发生在工作面中下部的原因，对深入研究和防治工作面煤与瓦斯突出有一定的指导意义。     

张集矿煤与瓦斯突出地质控制因素分析

基于张集矿煤田地质勘探资料,结合矿井生产中测定的各项煤层瓦斯参数,从地质的角度分析了煤与瓦斯突出的控制因素.张集矿迄今所发生的煤与瓦斯突出动力现象多是受地质构造影响,是以地应力为主导因素的突出.该矿煤与瓦斯突出的危险程度随着煤的变质程度的增高而增大,构造煤发育的地区往往是煤与瓦斯突出危险程度较大的地区.煤的厚度越大、煤厚变化程度越大的地区煤与瓦斯突出危险程度越大.煤层顶板岩层为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩时煤与瓦斯突出危险程度较大.     

断层带煤体瓦斯地质特征与瓦斯突出的关联

针对煤与瓦斯突出煤层开采期间的突出与断层之间的关联问题,采用瓦斯地质方法,通过矿井开采实例研究了井田内断层封闭与开放的瓦斯地质特征,并根据断层附近瓦斯涌出规律判断断层与突出的关系.研究结果表明:断层的开放性与封闭性对煤与瓦斯突出具有控制作用.封闭性断层带附近瓦斯涌出异常增大,构造应力集中、常常封闭有高能瓦斯以及发育的构造煤,为煤与瓦斯突出创造条件;开放性断层带附近具有煤层瓦斯压力相对较低,煤层瓦斯含量较正常下降的特征,而在远离断层面的一侧,伴随有平行断层的条带状煤层应力集中区,其中具有煤层瓦斯压力大、煤层瓦斯含量高的特征.该成果对煤矿在煤层断层带开采瓦斯防治具有一定的理论价值和实用意义.     

瓦斯排放过程中煤体有效应力规律的实验研究

以潞安矿区3号煤层煤为样本,在实验的基础上,研究了瓦斯排放过程中煤体孔隙压力、有效应力的变化规律,揭示了煤体孔隙压力、有效应力以及等效孔隙压系数随时间的变化规律。实验结果表明,煤体的有效应力与瓦斯排放时间服从对数规律,即iσ=ailn（t）＋iσ0;煤体的等效孔隙压系数与瓦斯排放时间服从对数规律,即α=α0-cln（t）,并且在此过程中,煤体的等效孔隙压系数值是瓦斯排放时间的函数。实验结果对研究煤层中瓦斯的流动规律以及煤层气的开发具有重要的参考价值。     

含瓦斯煤突出机理的数值分析

本文依据作者实验部分成果,建立了瓦斯煤体的失稳数值模型,结合湖南红卫煤矿资料,分析了应力集中、瓦斯压对煤体失稳的影响,以此数值计算为依据,结合实验,对煤与瓦斯突出杌理进行了分析,并得出了突出煤层存在临界孔隙压力值以及突出发生前屏障区的存在。这样,为防止瓦斯与煤突出的卸压,抽放工艺找到了定量依据。图3,表2,参6。