上保护层开采卸压时空效应及被保护层抽采钻孔优化研究

采用理论、数值模拟综合方法,研究了中远距离上保护层开采底板应力场演化、分布规律,发现上保护层长壁式开采采空区底部煤岩层倾斜方向呈凹形、走向平面呈"O"形的卸压球壳,卸压角在其切眼或终采线附近隅角处最小,底部被保护范围煤层的中部卸压效果比两侧的卸压效果佳,即被保护范围煤层倾斜中部的抽采半径比两侧的抽采半径要大;在走向上被保护层卸压滞后保护层采煤工作面一定距离,可以此研究成果指导被保护层钻孔瓦斯抽采工作。

深部单一严重突出煤层煤巷掘进卸压防突技术

为消除深部单一严重突出煤层煤巷掘进的突出危险,理论分析了深部煤巷突出的复合能量及力学特点,提出了预掘底板岩巷卸压防突技术;结合丰城矿区实际,采用数值模拟方法确定了预掘底板卸压岩巷布置在待掘煤巷正下方8~12 m处。实践表明：预掘底板岩巷卸压防突效果显著,围岩最大位移为4.1 cm,围岩出现分区破裂现象,破裂区一般为4个;每米钻孔瓦斯初始流量、煤层透气性系数可达原始煤层的14.39、55.70倍,瓦斯抽采浓度提高近5倍,单孔抽采量提高近10倍;煤巷效检指标无超标现象,煤巷掘进速度由40 m/月提高到100 m/月,实现了煤巷安全快速掘进,对类似条件矿井具有重要借鉴意义。

具有突出和冲击地压双重危险煤层工作面的动力灾害预测理论与实践

针对平顶山十二矿己15煤层具有突出和冲击地压双重危险条件,采用钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q和瓦斯涌出衰减系数cq等指标进行煤巷掘进动力灾害预测研究,得出合理的敏感指标及其临界值,该项研究对矿井安全生产起到了重要的指导作用。

放顶煤开采顶煤初次垮落动力学分析

运用ANSYS10.0的瞬态分析模块模拟了不同采放比顶煤初次垮落过程的应力状态变化,分析了顶煤初次放顶时煤体弹性能、瓦斯膨胀能等的变化情况.研究表明,在同等条件下,随采放比增加,顶煤初次垮落时发生瓦斯动力灾害的可能性增大.

水力化高效防突集成技术研究与应用

针对我国高瓦斯矿区煤层低透气性、可压密性和易流变性,以及深部矿井煤与瓦斯突出应力主导作用加强的特征,为了快速地消除煤层突出危险性,提出了水力化高效防突集成技术;以淮南矿区石门揭煤消突为例,介绍了该集成技术的技术原理、组成、工艺及装备,指出了其适用条件和效果评价体系和应用前景。

新型高压水扩孔钻具的研制及其应用

针对传统水力扩孔存在的问题,研制了旋转水尾及扩孔钻头,利用钻机带动钻杆进行高压水扩孔。试验表明该套扩孔钻具适用于不同角度钻孔,扩孔排渣顺畅,扩孔后钻孔直径增大了3～9倍,显著提高了煤孔卸压、抽排瓦斯效果,具有重要的推广应用价值。

矿井深部煤系地层岩巷掘进砂岩突出机理分析

永荣矿区在掘进-350m水平深部砂岩巷道时出现岩石突出并伴随瓦斯的动力现象频繁发生。针对这种现象,从构造应力场、掘进应力场、自重应力场和中细粒砂岩物理力学性质等方面进行了分析,得出煤系地层岩巷掘进砂岩突出的机理。

急倾斜特厚突出煤层水平分层开采自保护范围的研究

采用数值模拟与工作面突出危险性预测指标考察相结合的方法,对急倾斜特厚突出煤层分层开采自保护范围进行了研究,其成果对类似矿井防突具有参考意义。

上山石门微差控制排爆揭煤预防突出的试验研究

介绍了在海石湾深部矿井首采工作面上山石门揭穿单一近水平特厚煤层具有严重煤与瓦斯(CO2、CH4)、油气突出危险条件下,采用卧底巷道,增大爆破自由面,合理布孔和优化装药结构的微差控制排爆揭煤技术及效果。

煤矿岩石与油气突出机理及预测的探讨

综合分析了砂岩与油气突出是地应力、油气压力及岩石物理力学性质等因素综合作用的结果;并介绍了海石湾矿风井岩芯法及其突出预兆法预测突出危险的试验情况。

用巷道顶板动态法预测综采面突出危险性

根据我国综采工作面突出特点和规律，从现场考察和理论分析相结合，论述了用巷道顶板动态法预测综采工作面的突出危险性。

钻屑量指标预测综采面煤突出危险性研究

根据极限平衡理论研究了极限钻屑量作为预测煤突然压出危险的临界指标,以桑树坪矿、阳泉一矿等综合采面试验为基础,重点讨论了煤的瓦斯力学性质、合理的预测孔、异常工程因素对指标的敏感性及其临界值的影响。对综采面突出预测具有重要的现实指导意义。

深部矿井综掘面煤的突然压出机理及其预测

针对淮南矿区深部矿井丁集煤矿煤的突然压出区域瓦斯地质特征,分析了综掘面煤的突然压出摩擦滑动失稳力学机制,并研究得出了其预测敏感指标钻屑量S及孔深系数S′、钻孔瓦斯涌出初速度q及衰减系数Cq的临界值:S0=6.0kg/m;S0′=0.9kg/m/m;q0=2.5L/min和当2.5≤q0﹤5L/min,Cq=0.65。创新性地提出了采用S′预测以地应力为主导作用的低指标突出,并可提高预测准确率,在试验区近3000m巷道掘进过程中,预测不突出危险率87%,不突出准确率100%,其研究成果对类似矿井异常瓦斯动力灾害治理具有重要借鉴作用。

钻孔瓦斯抽采半径的确定方法及实践

钻孔瓦斯抽采半径主要与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及负压、抽采目的和时间等因素有关。传统的抽采半径确定方法对于透气性较好、煤层测压条件较佳时可能得到考察结果,但效率较低;当煤层透气性差时,测定成功率极低,实用性差。为此,在已知煤层瓦斯含量基础上,选用直接测定钻孔瓦斯动态抽采流量,按照抽采目标确定抽采率进而确定钻孔不同抽采时间的抽采半径。实践表明,该方法具有较强的实用性。

高压水射流扩孔在石门揭突出危险性煤层中的应用

介绍了高压水射流扩孔的原理、设备及工艺。通过在新庄孜矿-812 m暗副斜井井底车场揭B4煤层的防突措施中应用高压水射流扩孔技术试验,实现了安全揭开具有严重突出危险性的B4煤层,取得了较好的效果。

新型钻扩一体水力化防突集成技术

为了有效预防煤与瓦斯突出，根据掘进工作面主要防突措施的优缺点、防治煤与瓦斯突出的技术原理及水力化局部防突措施的机理，提出了新型钻扩一体水力化集成技术，研究了该集成技术的基本原理、成套设备和集成工艺，采用该技术进行扩孔后：孔洞直径变为扩孔前的4～8倍；单孔瓦斯浓度是扩孔前的6～500倍；最大百米钻孔瓦斯流量为扩孔前的7倍多。结果表明：新型钻扩一体水力化集成技术可有效增加煤体的可塑性，降低煤体内部的应力集中，提高煤体的透气性，促进瓦斯的释放，增强防止煤和瓦斯突出的能力。

裂纹起裂规律对煤岩体破裂行为的影响

为获得压缩状态下含不同类型裂纹的煤岩体破裂行为,基于断裂力学分析张开型裂纹和闭合裂纹的起裂规律,研究裂纹类型对煤岩体抗破裂能力的影响.研究结果表明：几何参数及荷载对裂纹起裂规律的影响显著,含不同类型裂纹的煤岩体破裂特点相异.煤岩体含裂纹倾角越接近40~60o,长度越长,侧压系数越小,张开型裂纹曲率半径越大,闭合裂纹裂纹面摩擦系数越小,裂纹起裂应力越小,煤岩体也越易破裂,据此,提出了根据裂纹类型估算煤岩体破裂难易程度的方法.

开采上保护层被保护煤层穿层钻孔抽采瓦斯技术

为了保障穿层抽采钻孔施工安全和提高被保护层卸压瓦斯抽采效果，以祁东煤矿9煤为例，根据上保护层开采过程中被保护的严重突出煤层穿层钻孔施工及抽采瓦斯的现状，通过保护层开采原则、矿山压力和岩层移动理论以及FLUENT软件分析，进行了上保护层开采被保护层穿层抽采钻孔的合理布孔位置及时间的研究，结果表明：将被保护层9煤的穿层抽采钻孔布置在滞后保护层工作面20～25m处进行瓦斯抽采最合理。

祁东煤矿突出煤层群上保护层煤气同采集成技术

根据祁东矿突出煤层群赋存特点,依托上保护层7122综采面,研究具有突出危险的煤层群上保护层采煤工作面的煤气同采技术,创新煤层群开采上保护层采煤面的瓦斯治理集成技术,并研究被保护9煤层穿层钻孔抽采卸压瓦斯与上保护层采煤面回采的时空关系,为提高穿层钻孔抽采卸压瓦斯效率提供技术支持。在采用合理的瓦斯治理集成措施后,7122综采面顺利回采的同时,还得到需要的被保护层安全煤量和大量的卸压瓦斯,达到了煤气同采,提高经济效益的目的。

深部矿井煤与瓦斯突出预测敏感指标临界值研究

淮南矿区深部矿井不同瓦斯地质单元在掘进过程中出现明显动力现象预兆,为了有效预测及防治深部矿井复杂地质条件下煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出事故,采用了实验室分析和现场试验相结合的多种研究手段,获得了试验区不同地质条件下的敏感指标临界值,正常地质条件:S0=7kg/m,K10=0.7 mL/(g.min1/2);异常地质条件:S0=6 kg/m,K10=0.5 mL/(g.min1/2)。结果表明,确定的指标及其临界值合理有效,使得试验区月掘进速度由62 m提高到124 m,指导试验区安全掘进3 000 m。