石门揭煤局部防突措施研究进展及展望

随着矿井开采深度的增加,瓦斯突出问题日益凸显,如何快速安全地进行石门揭煤,是保障煤矿安全生产的重要目标。选取中国知网数据库中近30年相关文献为样本,基于图谱分析法,分析了石门揭煤局部防突领域中的研究热点;对防突措施的研究进展和不足之处进行了系统探析,分析发现低温冷冻技术从降低煤层储能及提高煤体强度2个角度实现防突。煤与瓦斯突出事故的发生是煤层储能失稳后突破了煤体抵抗能力导致的,基于目前局部防突领域存在的技术难题以及人工冻结存在的不足,结合智能化技术,提出智能“钻-抽-注”一体化措施,通过信号基站及局域网络进行实时监控及预警,实现精准防突;通过建立多物理场耦合模型、理论分析及工程实践验证3方面相结合,掌握冷冻条件下煤岩体瓦斯赋存状态及运移规律,为低温冷冻技术在石门揭煤局部防突中的应用提供理论依据;借助智能液氮冻结系统,实现“一孔多功能”,为石门揭煤局部防突工作提供新的选择和支持,从而快速、安全揭开突出危险性煤层。

石门揭煤作业中定向长钻孔瓦斯抽采防突技术的应用

研究专注于煤矿工作面瓦斯防突技术的应用,特别是定向长钻孔瓦斯抽采防突技术在石门揭煤作业中应用。旨在评估这一技术在防止瓦斯突出方面的有效性,以确保煤矿安全和生产符合相关法规。为确保工作面的安全推进,在工作面前方的煤层区域设置检验钻孔,用于测定残余瓦斯压力和含量,并确保其符合标准。研究结果显示,实际操作中的残余瓦斯含量和压力均满足相关标准,5个检测钻孔的瓦斯压力平均值为0.522 MPa,瓦斯含量为4.5 m3/t,满足瓦斯含量小于8 m3/t、瓦斯压力小于0.74 MPa的要求。表明该技术可以有效防止瓦斯突出。另外,采用钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性评估,结果显示在揭煤阶段的工作面不再有突出危险,可以继续进行揭煤工作。

突出煤层石门揭煤安全管控措施应用实践

在煤矿正常生产活动中,石门揭煤作业往往是煤巷掘进的先导步骤,对于突出煤层来说,受支护工艺、地质构造、瓦斯赋存等因素影响,石门揭煤时最容易出现重特大突出事故,突出危险性较高。因此,抓好石门揭煤作业的全过程管控,规范各环节的精细化措施,完善各工序的具体操作流程具有极为重要的现实意义。通过对大社矿921104溜子道石门揭煤作业过程的精准管控,从制度管理、技术措施、现场施工、督导验收等方面着手,严格落实全程监管,实现了石门揭煤作业的“零事故”目标。

石门揭煤工作面立体抽采瓦斯治理技术研究

煤矿安全生产事故中,煤与瓦斯突出是一种特别危险的灾害形式。在煤矿开采过程中,由于煤层受到工作面采动的影响,在地应力或瓦斯压力的作用下,瓦斯往往通过煤层中的裂缝和孔隙大量涌出,发生煤与瓦斯突出的现象。煤与瓦斯突出不仅会造成重大人员伤亡和财产损失,还会对矿井生产经营造成严重影响。因此,快速、高效的对石门揭煤区域煤层瓦斯治理技术进行研究具有重要意义。

石门揭煤突出模拟实验台的设计与应用

基于石门揭煤过程中采掘应力场与瓦斯突出关系研究的需要,针对目前石门揭煤突出模型还处在实验室研究的阶段,而大部分都未能综合考虑瓦斯压力、地应力、煤的物理力学性质等对突出的影响,研制出一套能够综合考虑地应力、瓦斯压力及煤体结构的石门揭煤突出模拟试验系统。为取得准确、客观的试验效果,进行了密封、快速开启装置及氮气平衡系统等关键技术的设计,介绍了试验系统的主要组成结构、功能。利用该实验台进行石门揭煤突出试验,试验结果反映出在突出过程中地应力和瓦斯压力的变化情况,可为研究和揭示煤与瓦斯突出机制、突出过程中地应力和瓦斯压力的变化规律提供新的技术手段。

石门揭煤钻孔布置优化分析及应用

为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用于煤体的应力分布。并选取重庆某煤矿K1煤层煤体制作原煤煤样进行孔隙率测试和单轴压缩实验,得出煤体的初始损伤和煤体力学参数,基于损伤力学对煤体发生损伤破坏的门槛值进行了计算,得出射流冲击煤体的最大深度和钻孔切缝后影响半径,并应用于重庆某煤矿+175N2号石门揭煤工程。应用结果:钻孔数量减少32个,减少钻尺718.4 m,钻进工程量减少35.7%。

构造带石门揭煤诱导突出的力学特性模拟及声发射响应

为揭示地质构造区域石门揭煤诱导突出的机理,运用自行研发的大型三维煤与瓦斯突出模拟试验系统,对石门揭露断层构造带煤层的过程进行了相似模拟,同步采集分析了突出全过程的应力变化规律及揭煤过程的声发射响应规律,并对构造带揭煤突出过程的能量耦合跃迁失稳过程进行了理论分析。结果表明:在构造带掘进巷道的推进过程中,巷道上方的岩层和煤层均会经历应力增大和减小的过程,但构造区域煤层的应力集中系数大于岩层区域,呈现较强的应力敏感性;在开挖时和突出的过程中,声发射信号能较好地反映煤岩动态变化;在巷道掘进过程中,构造区域煤层不断积聚弹性能和瓦斯内能,并相互耦合逐步达到能量的极限平衡状态,一旦揭煤扰动到该系统,就会引起能量的耦合跃迁失稳,从而诱发突出。

注液冻结法在石门揭煤中防突作用的可行性研究

根据人工冻结工程实践和注液冻结法的防突原理,通过冻结成型煤样力学实验,获取冻结煤层抗压强度等力学参数,定量分析了突出煤层注液冻结后力学性能和卸压区安全宽度的变化。根据煤层瓦斯含量公式,计算出不同冻结温度下煤层瓦斯压力。从降低煤层瓦斯压力、提高煤层力学性能、增大卸压区强度及减小瓦斯突出危险系数等方面论证了注液冻结法作为石门揭煤防突方法的可行性。

石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出及防治技术研究

在综述煤与瓦斯延时突出机理及其影响因素的基础上,详细地分析石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出时各种因素在延时突出中的作用,并从空间和时间的角度,对石门揭煤过程中巷道煤与瓦斯延时突出整个过程进行详细描述。根据掘进工作面附近暴露煤体的"三区"分布规律及其与延时突出的关系;提出先采用钻孔抽放石门突出煤层瓦斯等措施分阶段释放煤与瓦斯突出动力源;再用注液冻结技术增强揭开煤体的强度、增加集中应力区和卸压区的长度来防止被揭开煤体发生流变而导致延时突出的防突技术;以及在揭煤后采取迅速支护防止空顶和冒落等防治措施。研究成果为开发技术可行、经济合理的快速安全揭煤技术提供理论基础。

石门揭煤深孔预裂爆破增透效果试验研究

针对低透气性突出煤层钻孔抽采瓦斯难、石门揭煤速度缓慢等问题,研究了低透气性煤层深孔预裂爆破卸压增透的防突机理,通过理论分析、深孔预裂爆破药柱研发及现场试验相结合的方法,测试了淮南矿区某矿东四采区B组5-2煤层深孔预裂爆破煤层松动半径;依据此参数,优化设计了5-2煤层抽采钻孔和爆破孔。结果表明：在低透气性突出煤层实施深孔预裂爆破增透技术措施后,煤体的弹性潜能得到有效释放,煤层瓦斯压力梯度降低,有效消除了激发突出的应力,煤层的透气性系数提高了123倍,煤层瓦斯抽采纯量比爆破前提高了6~9倍,石门揭煤时间大幅缩短,仅为47 d,比传统的揭煤方法揭煤时间缩短近2个月,为采掘正常接替提供了保证。

高瓦斯低透气性煤层石门揭煤卸压爆破试验

针对高瓦斯低透气性突出煤层石门揭煤过程中,采用传统的密集排放钻孔防突措施的消突效果较差,钻孔工程量大等问题,提出了用深孔控制爆破以释放煤体所积聚的弹性能,从而达到增透卸压强化抽放的目的。从断裂力学和爆炸力学的角度,分析了深孔控制爆破的防突作用机理,论述了控制爆破的施工工艺与技术参数的确定原则和方法。试验结果表明,在低透气性高瓦斯煤层中采用深孔控制爆破局部措施,能够提高煤层透气性,大幅度改善预抽瓦斯效果,对应力集中的煤体起到卸压作用,从而有效避免煤与瓦斯突出或降低煤层突出危险性,达到安全、高效揭煤的效果和缩短揭煤工期的目的。

松藻煤矿快速石门揭煤技术研究

针对松藻煤矿煤层松软,透气性差,现有石门揭煤技术工程量大,揭煤时间长等问题,采用深孔预裂爆破和高压水力割缝快速石门揭煤技术,分别对深孔预裂爆破的钻孔布置方式和爆破参数,高压水力割缝的钻孔布置方式和水力学参数进行了研究。应用结果表明,深孔预裂爆破快速石门揭煤技术可使钻孔平均进尺数下降806.7 m,且石门揭煤时间由72.3 d下降为32 d,揭煤时间缩短55.3%;高压水力割缝快速石门揭煤技术使钻孔平均进尺数下降905.7 m,且石门揭煤时间由72.3 d下降为27.7 d,揭煤时间缩短61.2%。上述2种方法都可解决揭煤时间长,工程量大的问题,其中高压水力割缝石门揭煤技术效果更好。

高压水力压裂技术在石门揭煤中的试验研究

针对我国煤矿石门揭煤煤与瓦斯突出危害严重等问题,在石门揭煤中应用高压水力压裂技术,分析了高压水力压裂技术在煤层中的卸压增透原理,在石壕煤矿北三区2号材料上山揭煤地点的应用表明,使用高压水力压裂在煤层中的抽采影响半径提高到20～37m,增大了煤体自由面面积,抽采浓度提高了5.24倍,缩短预抽时间达40%以上,提高了工效。

不同原岩应力方向下石门揭煤时应力与位移演化特征

为了研究石门揭煤突出危险性与原岩应力的关系,采用理论分析与数值模拟的方法,研究了石门巷道与最大水平主应力呈不同夹角情况下,揭煤全过程的应力、位移演化特征。结果表明:白龙山煤矿属于典型的σ_H型构造应力场,当石门掘进至煤岩交界面处,围岩出现显著应力集中,突出危险性强;过煤门阶段,煤体变形、破坏严重;随着石门与最大主应力夹角的增大,应力集中系数及位移变化梯度逐渐增大,石门稳定性降低,突出危险性增强;夹角在15°~75°时,应力集中偏向一帮。揭煤石门应尽量平行于最大水平主应力掘进,夹角较大时,应在实施超前卸压的同时强化煤体、加固巷帮。

石门揭煤过程煤与瓦斯延时突出机理及其影响因素分析

本文在综述煤与瓦斯突出机理的基础上,分析了石门揭煤过程中,巷道煤与瓦斯延时突出机理及其影响因素,并阐述了各种因素在延时突出中的作用。从煤岩体流变方面,阐述了延时突出的产生和停止的原因,并从空间和时间的角度,对石门揭煤过程中巷道煤与瓦斯延时突出整个过程进行了详细的描述。煤与瓦斯突出事故原因及理论分析结果表明,石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出存在两种现象,并且都是地质因素和非地质因素综合作用的结果。研究结果为石门快速揭煤技术的研究,提供理论基础和技术支持。

脉冲水射流割缝后石门揭煤突出预测指标优选

为得到脉冲水射流割缝后石门揭煤最佳突出预测指标,根据脉冲水射流割缝作用下煤体裂隙场的动态演化过程,分析了煤样坚固性系数测值和煤体瓦斯放散初速度对综合指标D、K的影响,由此排除综合指标D、K。利用灰关联分析法,对现场采集的重庆、四川、河南地区7个煤矿应用脉冲水射流割缝后石门揭煤突出预测指标K1、S、P建立灰关联分析模型,计算各突出预测指标与突出危险程度的关联度。结果表明:钻屑瓦斯解吸指标K1能够更准确地反映脉冲水射流割缝后石门揭煤煤与瓦斯突出危险程度,应作为最佳预测指标。

强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术研究

为了研究强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术,安全、顺利地揭煤,基于海孜矿Ⅱ32主运石门地质条件和瓦斯赋存状况,对近距离煤层群9+8煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯与低压水力冲孔卸压增透相结合的措施,防治煤与瓦斯突出。结果表明:低压水力冲孔冲煤率达到4.5%;冲孔后瓦斯抽采流量为未冲孔的10倍以上;整体瓦斯抽采率达到71.7%,比以前提高了约1.6倍,卸压增透效果明显。预抽钻孔抽采后,9煤、8煤的残余瓦斯压力,分别为0.3MPa、0.22MPa,残余瓦斯含量分别为5.23m3/t、5.13m3/t,防突效果显著,可安全、顺利地揭开9+8煤层。

圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度及动力特性

为解决煤系地层公路隧道施工中瓦斯气体泄漏、爆炸及煤层突出、挤出、压出等地质灾害问题,以西藏拉泽高速公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用结构力学理论,结合岩柱爆破损伤范围大小和地应力与煤层瓦斯压力作用下岩柱安全厚度,得出不同煤层倾角隧道石门揭煤的岩柱安全厚度计算式,得到圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度;运用数值模拟法建立煤系地层公路隧道石门揭煤动力学模型,研究石门揭煤掏槽爆破微差间隔时间对煤层及其顶底板的动力特性,获得煤层与顶底板动力响应特征。结果表明:圭嘎啦隧道石门揭煤安全厚度2.8 m是合理的;随着微差间隔时间增加,动力响应强度降低,石门揭煤爆破最佳微差间隔时间为50 ms;随着煤层倾角增大,动力响应强度增强,应适当减小急倾斜和倾斜煤层揭煤深度,可适当增大缓倾斜煤层揭煤深度。

石门揭煤高角度断层围岩注浆加固理论研究与应用

石门揭煤时,断层的存在会增大发生灾害的危险性,尤其是高角度断层对煤层和瓦斯赋存特征影响较大。做好石门揭煤过程中高角度断层加固工作可以有效防范灾害的发生。从理论上分析了注浆加固对高角度断层围岩力学性能的影响,视浆液为宾汉流体,基于平板渗流模型,考虑浆液自重,建立了高角度断层内浆射流模型,推导出浆液的扩散半径表达式。将该理论应用于鹤煤八矿-655 m水平轨道石门揭煤点处30F4高角度断层注浆加固。结果表明,通过注浆加固提高了断层围岩的整体性和稳定性,有效预防了断层可能引发的灾害事故,实现了石门安全揭煤。

石门揭煤煤与瓦斯延时突出过程及其动力源分析

基于煤与瓦斯突出机理,本文分析了石门揭煤过程煤与瓦斯延时突出全过程及其动力源,阐述了地应力和瓦斯压力在延时突出过程中的作用及其对含瓦斯煤体流变失稳及能量变化关系,并分析了延时突出动力源形成的能量聚集过程。结果表明,煤与瓦斯延时突出不但与卸压区、应力集中区的强度、长度有关,而且与作用在煤体上的应力峰值和瓦斯压力等因素有关;煤与瓦斯延时突出动力源大致有煤层地应力、煤体中的瓦斯及瓦斯内能、煤体物理力学性质及外作用等,延时突出动力源形成过程是复杂而又多变的,瓦斯、地应力是煤与瓦斯延时突出中的主要能量,因此降低瓦斯压力、瓦斯内能和地应力,是减少煤与瓦斯延时突出的根本办法。