煤与瓦斯突出多因素影响规律与能量判据实验研究

为分析煤与瓦斯突出多因素耦合影响规律,开展了多组不同条件下含瓦斯煤快速揭露致突模拟试验.将模拟试验结果与突出能量模型相结合,计算突出潜能与突出耗能的定量关系,分析得出突出临界瓦斯压力与煤体强度呈正相关,与轴向应力呈负相关,验证了能量判据对突出激发的必要性.选取煤体弹性能、瓦斯膨胀能、煤体强度及密度等参数建立了两个综合考虑多影响因素的无量纲参数,进而拟合得出发生剧烈突出的能量判据公式.结果表明:瓦斯压力及轴向应力越大,煤体强度越小,突出危险性越高;各因素对煤与瓦斯突出危险性的影响重要程度排序为:瓦斯压力＞煤体强度＞轴向应力.     

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。     

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。     

煤体有效应力与膨胀应力之间关系的分析

有效应力公式是研究岩体和流体相互作用的基础公式之一,为了更加真实的描述煤体的受力状态,采用理论分析和试验分析的方法,分析了这种由于煤吸附瓦斯发生膨胀在约束条件下所产生的膨胀应力与有效应力的关系,并得出了膨胀应力与有效应力之间的关系式。分析可知,煤吸附瓦斯将发生膨胀变形,吸附量越大,膨胀变形越大,当这种变形受阻时将会产生膨胀应力膨胀应力的存在,将使煤体应力增加,煤体强度降低,煤体更易破碎,将增加煤与瓦斯突出的危险性。     

基于瓦斯地质单元划分的突出精准防控实践

瓦斯地质单元是研究煤层瓦斯地质规律和防治煤与瓦斯突出的基础,为了使矿井防突措施更加有效,瓦斯抽采效率更高,基于甘肃靖远矿区魏家地煤矿井田瓦斯地质特征和煤层瓦斯参数,对井田进行了瓦斯地质单元划分,并对工作面进行了突出危险区域划分,建立了3个瓦斯等级.根据工作面不同的瓦斯等级和突出危险性有针对性地实施顺层钻孔、上隅角埋管、...     

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。     

煤体结构对瓦斯突出能量的影响

本文主要从理论方面论述并推导了瓦斯突出能量是以一种潜能形式赋存于煤层及围岩之中;并结合一些实验数据,分析了煤体结构的差异对瓦斯突出能量的某些影响,是一步揭示了瓦斯突出多发生在地质构造破坏带的另一种内在联系.     

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。     

天府三汇一矿地应力场三维有限元分析及其分布特征

重庆天府三汇一矿位于华蓥山帚状褶皱带的收敛端,属地应力相对集中地带,矿区的煤与瓦斯突出不但发生的次数多,突出强度也大,且正在开采的煤层均属突出煤层,对该区域原始应力场的三维分布规律研究可为矿井生产设计及煤与瓦斯突出危险性区域预测提供参考依据。在收集三汇一矿地质资料的基础上,建立起三维有限元计算模型,利用ANSYS大型通用有限元软件采用弹塑性有限元法对该矿初始地应力场进行数值模拟。根据模拟结果,分析了三汇一矿地应力场的三维分布特征,并对K煤层的地应力分布进行了分析。     

顶板致裂增大煤层透气性技术试验研究

为解决新安煤矿瓦斯治理难题,提高瓦斯治理水平、增强防突效果,针对该矿瓦斯抽采现状和煤层赋存特征,开展了"松软不稳定煤层顶板制裂增大瓦斯透气性试验研究",着力解决封孔成功率低、钻孔利用期短、压裂影响范围小、流量衰减快等技术难题.在14170工作面顶板钻场分别施工了压裂及导向钻孔,通过压裂钻孔注入高压流体进行压裂以达到对煤体卸压增的目的.研究结果表明:该技术能有效提高抽采钻孔的瓦斯浓度及流量,大幅提高瓦斯抽采效果,有效地降低施工区域的突出危险性;形成了一套适合新安煤矿瓦斯地质条件的卸压增透工艺技术,为有效预防煤与瓦斯突出灾害提供理论及技术支持.     

淮南矿区瓦斯地质特征及瓦斯资源评价

根据矿区内瓦斯含量、瓦斯成份、瓦斯涌出量、煤岩层的透气性等测定资料,瓦期压力、解放层开采的实际考察数据,通过综合分折和编图,得出了矿区内瓦斯分布规律,圈出了矿区内瓦斯风化带和五个瓦斯分区,每个分区的瓦斯含量梯度、涌出量、瓦斯压力等均不一致。通过矿区内57次煤和瓦斯突出资料的系统分折和瓦斯突出危险性指标测试,提出了控制与影响煤和瓦斯突出的六个地质因素,圈定与予测了五个煤和瓦斯突出带。评价了矿区内瓦斯利用的条件与抽排方式,提出了提高瓦斯抽排率的技术途径。矿区内—1000米水平以上瓦斯总储量为102亿立方米,其中可开发利用的为13.1亿立方米。     

煤与瓦斯突出工作面突出危险预警技术的研究与实施

根据煤与瓦斯突出的特点,瓦斯一般呈条带状分布,另外受地质构造影响较为明显,针对突出事故的这些特点,我们提出了研究工作面突出危险性预警技术,就是结合邻近工作面、工作面掘进期间所结论的瓦斯地质情况,提前预警划分出工作面瓦斯异常区域,在异常区域内采取有针对性的防突措施,在确保安全的基础上提高工作面生产     

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.     

淮南矿区瓦斯地质特征及瓦斯资源评价

本文根据矿区内瓦斯含量、瓦斯成分、瓦斯涌出量、煤岩层的透气性等资料以及瓦斯压力和解放层开采的实测数据,通过综合分析得出了矿区内瓦斯分布规律,划出了瓦斯风化带和五个瓦斯分区,通过几十次煤和瓦斯突出资料和瓦斯突出危险性指标的分析测试,指出了控制与影响煤和瓦斯突出的六个地质因素,圈定与预测了五个煤和瓦斯突出带。评价了矿区内瓦斯利用的条件与抽排方式,提出了提高瓦斯抽排率的技术途径     

金能煤矿瓦斯赋存规律研究

矿井瓦斯的生成、运移、赋存及释放,同地质历史时期的各种变化紧密相关,煤体中赋存瓦斯的多少不仅对煤层瓦斯含量大小有影响,而且还直接影响到煤层中瓦斯流动及其发生灾害的危险性大小.如今煤层中所保存的瓦斯含量取决于瓦斯向地表运移的条件与煤层储存瓦斯的性能,瓦斯的赋存与该区域地质构造、埋藏深度、煤层厚度等都有很大关系,瓦斯治理工作是矿井安全工作的重点之一.研究清楚现阶段瓦斯的赋存规律,对于进行防治煤与瓦斯突出、预测下一开采水平的瓦斯分布规律及瓦斯突出危险性都有重要的指导意义.文中提出目前影响煤层储气的条件有区域地质构成、采矿工作、煤层顶底板泥岩厚度及煤层埋藏深度、上覆基岩厚度.为了能够超前防治矿井瓦斯灾害,通过讨论目前影响煤层瓦斯含量的主要因素和瓦斯赋存的地质因素,分析煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量影响因素,研究了金能煤层瓦斯赋存和瓦斯涌出规律,根据这些影响因素再结合煤层瓦斯赋存状况以及煤层瓦斯的储量的概述对金能煤矿做出了瓦斯赋存规律的研究分析.     

潘三矿11-2煤层瓦斯赋存主控因素分析

为了研究淮南潘三矿11-2煤层的瓦斯赋存规律和主控因素,运用瓦斯地质理论和线性回归的方法,结合潘三矿地质勘探期间瓦斯地质资料和现场实测瓦斯数据,分析了11-2煤层瓦斯赋存特征,探讨了煤层瓦斯赋存与埋藏深度、地质构造、顶底板岩性、煤厚和煤体结构之间的关系。结果表明:煤层埋深、地质构造和顶板岩性是影响11-2煤层瓦斯赋存的主要控制因素,煤厚增加使得瓦斯含量也相应增大,构造软煤的不均匀分布在一定程度上增大了瓦斯突出危险性,从而为潘三矿煤与瓦斯突出危险性预测提供了依据。     

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。     

突出煤体空间分布及粒径分布特性试验分析

为进一步研究煤与瓦斯突出过程中突出煤体的空间分布与粒径分布特征,利用自主研发的真三轴煤与瓦斯突出模拟试验装置,在相同成型压力3 000 k N基础上,开展瓦斯压力为0.2,0.25,0.3,0.35,0.4,0.5 MPa下的煤与瓦斯突出试验。通过水平加载泵站控制,将垂直应力、构造应力、侧向应力均设置为5.5 MPa.结果证明了煤与瓦斯突出的发生存在一个瓦斯临界值,大于这个临界值,突出发生,本试验中突出临界值位于0.25~0.3 MPa之间。随着瓦斯压力的增加,煤样的突出量逐渐增大,相对突出强度也增大,说明在现场中,瓦斯压力是煤与瓦斯突出强度的重要决定因素。突出煤体呈梭形分布,中间有多条带式间隔,吹扫作用明显。突出煤体主要聚集在远处区域,主要为小粒径煤粉,其中直径小于0.25 mm的煤粉占比均大于20%,而小于0.5 mm的均超过45%,个别甚至高达66.7%.大粒径煤颗粒两头多,中间少。突出试验结果与现场实际突出情况有所不同,尤其是在大粒径煤体分布方面,但是综合试验空间、突出发展时间、煤的自然安息角等多方面因素考虑,可以得到合理的解释。     

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     

白山坪矿井强突出区域瓦斯地质分析与瓦斯防治

<正>白山坪矿井煤与瓦斯突出和煤层瓦斯涌出有着明显的区域性发生的特点,本文从瓦斯地质观点出发,重点对强突出区域206采区的瓦斯富集环境进行系统分析,指出区域性构造、围岩条件、煤体结构等对煤层瓦斯的保存有利是该矿井出现煤与瓦斯强突区域的主要原因;同时指出矿井瓦斯突出防治措施的低效实施,