基于地应力测量的综放沿空巷道合理护巷煤柱尺寸的设计研究

针对姚桥煤矿具体地质技术条件,采用空芯包体应力解除测量技术在-650水平东七煤仓附近的7#煤层老顶砂岩中进行了地应力测量,分析得出了三维地应力结果。在此基础上,采用数值模拟计算方法,对姚桥煤矿中央采区7001综放工作面沿空巷道护巷煤柱宽度进行了优化分析,得出了护巷煤柱的合理尺寸。工程实践表明,该方法确定的煤柱尺寸合理、可靠,为综放回采巷道的合理布置及护巷煤柱参数的合理确定提供了科学依据,这对于高地应力区域巷道合理护巷煤柱宽度的留设具有重要参考意义。

瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响范围研究

为研究瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响范围,采用理论分析的方法,基于传热学理论,建立了液氮冷冲击作用下钻孔周围煤体温度分布的数学物理方程,并充分考虑煤体内水含量与相变潜热的影响,获得了瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响范围的解析解。分析了煤层的原始温度、导热系数和含水量等因素对瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响,结果表明:液氮冷冲击作用的影响范围受煤层的原始温度的控制最为明显,其次是煤层的导热系数、煤体的含水量。

微地震监测技术在回采工作面矿压显现规律中的应用

工作面回采导致上覆岩层破坏,上覆岩层的破坏与煤矿顶底板突水、冲击地压、煤与瓦斯突出等事故发生密切相关,对回采工作面矿压显现规律的研究是保障煤炭安全开采的关键之一。回采工作面在覆岩破坏过程中,由于应变能的释放,产生相应强度较弱的地震波(微地震波)。微地震监测技术能够实现实时动态三维空间的整体监测。对鲁西煤矿3上107工作面回采过程中覆岩破坏产生的微地震事件进行了监测,通过对监测到的微地震事件定位计算,证实微地震发展演化与采场覆岩破坏密切相关。鲁西煤矿3上107工作面矿压显现规律的微地震监测分析表明,顶板来压时微地震事件数达到高峰,顶板的来压完成时微地震事件数下降,据此得出3上107工作面基本顶来压步距为23.3 m。与通过现场实测得出的基本顶来压步距24.3 m基本吻合,说明采用微地震监测技术研究回采工作面显现规律是可行的,从而为回采工作面矿压显现规律的研究提供了一种新的技术途径。

基于深孔定点取样技术的顺层钻孔瓦斯抽采半径考察

为了提高顺层钻孔抽采半径测定的准确性与可靠性,针对绿塘煤矿瓦斯地质条件,采用深孔定点取样技术在6_中S204工作面进行了现场应用,考察了深孔定点取样技术的适用性,并对瓦斯含量测定结果进行了对比分析。结果表明,采用深孔定点取样技术,取样深度达到71 m,取样时间控制在5 min以内,瓦斯含量测定结果的准确性和可靠性更高。在此基础上,采用可解析瓦斯含量法对绿塘煤矿6_中煤层ф75 m顺层钻孔的抽采半径进行了考察,得出了钻孔抽采半径R与预抽时间t之间的关系式,对于突出矿井区域措施钻孔的设计具有重要参考意义。

绿塘煤矿超高压水力割缝卸压增透效果考察及应用

为有效解决绿塘煤矿低透气性突出煤层煤巷掘进区域验证指标超标、瓦斯浓度超限导致的煤巷掘进效率低的问题,采用超高压水力割缝卸压增透技术在该矿6中S204回风巷煤巷条带进行试验与应用,考察确定了6中煤层的合理割缝压力、切割半径和抽采瓦斯纯流量等参数。结果表明:超高压水力割缝技术能够有效改善煤层透气性,大幅提高瓦斯抽采效率,煤巷掘进进度由20. 0～30. 0 m/月提高到87. 5 m/月,解决了低透气性突出煤层煤巷掘进瓦斯治理难题,可为类似矿区煤巷条带的瓦斯高效治理提供经验和技术指导。

石膏矿房矿柱长期稳定性数值模拟研究

研究矿房矿柱在上覆岩层荷载作用下的长期稳定性对于保证石膏矿安全生产具有重要意义。运用FLAC3D软件粘弹塑性本构模型(cvisc模型),对石膏矿房矿柱的长期稳定性进行了数值模拟研究。结果表明:巷道开挖后,顶底板移近量随着时间的延长而增加,最终趋于稳定;模拟10年内矿房顶底板移近量最大达到185.368 mm,两帮最大达到67.734 mm,但整体来说矿房变形量相对较小;模拟矿柱所受最大垂直应力,计算得到矿柱安全系数为1.84;矿房矿柱能够保持长期稳定。研究结果对类似条件下矿房矿柱的合理设计和稳定性分析具有重要指导意义。

煤层软硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响

为研究煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响,分析了煤层内软分层的形成机理及结构特征,采集了我国多个煤与瓦斯突出矿井的煤样作为试验对象,应用高压容量法开展了软、硬分层煤样吸附瓦斯性能参数的对比试验,探讨了软煤、硬煤吸附性能的差异性。在此基础上,对煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性与瓦斯赋存特征之间的关联进行了研究,结果表明:试验煤样软分层的极限吸附量均大于硬分层;随着瓦斯压力的增加,试验煤样软、硬分层瓦斯含量的差值逐渐增大,其曲线的变化特征与Langmuir方程类似,并且软、硬分层瓦斯含量数值的差异主要由吸附量差值构成;煤层软、硬分层吸附瓦斯性能的差异不仅对煤层原始瓦斯赋存特征有着显著的影响,同时还将影响煤巷掘进、瓦斯抽采过程中煤体内瓦斯流场的分布规律,需要根据煤层软、硬分层的组合特点,制订切实有效的瓦斯抽采技术方案。

双马煤矿4-1煤层自然发火标志气体及临界值研究

双马煤矿主采煤层具有自然发火期短、易自燃等特征,为确定合理的煤自然发火预测预报指标,以该矿主采的4-1煤层为研究对象,采用实验分析、现场测试和统计分析等方法,对4-1煤层自然发火标志气体及临界值进行了研究。根据4-1煤层煤样氧化实验与现场实际观测,优选出4-1煤层自然发火标志气体,确定了综采工作面上隅角CO体积分数安全管理值及自燃临界值。在此基础上,建立了煤层自然发火分级预警响应与防灭火技术管理体系。结果表明:CO、C2H4、C2H2、C3H8是双马煤矿4-1煤层自然发火标志性气体;Ⅰ0104105工作面上隅角CO体积分数安全管理值为60×10^-6,自燃临界值为430×10^-6;对应建立了煤层自然发火蓝色(Ⅰ级)、黄色(Ⅱ级)、橙色(Ⅲ级)、红色(Ⅳ级)4级预警响应体系。

不同温度条件下煤体表面吸附甲烷的热力学分析

吸附热动力学参数是描述吸附过程中物质状态的重要参数。采用高压等温吸附仪对不同变质程度煤样进行了甲烷吸附等温线测定,并结合标准吉布斯自由能变化(ΔG°)、焓变(ΔH°)和熵变(ΔS°),研究了不同温度条件下甲烷在煤体表面的吸附状态。结果表明,甲烷在煤体表面的吸附属于放热的可逆物理过程,温度超过40℃后吸附量下降减缓,吸附过程多是热力学自发的,温度升高会导致吸附量大幅下降,而在高压条件下,压力降低时,煤体中的瓦斯更倾向于解吸成为自由气体状态。

两高一低煤层煤巷条带超高压水力割缝卸压增透试验研究

河南能源贵州公司新田煤矿M4煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大、透气性差,1402工作面煤巷条带虽采用底板巷穿层钻孔的预抽措施,但在掘进期间仍然发生多次瓦斯超限,严重制约了掘进进度。为提高煤层的透气性和提升抽采效率,在新田煤矿1402胶带顺槽煤巷条带进行超高压水力割缝增透措施的现场试验。试验表明,采用超高压水力割缝增透措施后,顺层割缝钻孔和底板穿层钻孔单孔平均抽采纯量分别提高2.4倍和72倍,抽采达标时间缩短至16d,钻孔工程量减少3060 m,未发生区域验证指标超标和回风瓦斯浓度超限现象,实现了安全高效掘进。

适合煤层气储层的低伤害环保型钻井液体系

芦荟因其成本低、易得、对环境友好而被广泛用作增稠剂和增黏剂。采用傅里叶变换红外光谱对芦荟进行了表征,并使用热重分析法(TGA)对芦荟的热稳定性进行了研究。芦荟的TGA分析结果表明,其具有较强的热稳定性。芦荟以不同的质量分数(0.25%、0.50%、1.00%)加入无黏土水基钻井液体系中。实验结果表明,添加质量分数1.00%芦荟后,低剪切屈服点(LSYP)增加了45%,添加质量分数1.00%的芦荟溶液可以减少20%的失水。在钻井液中添加质量分数0.25%芦荟后,滤失量降低了2.8%;添加质量分数0.50%和1.00%的芦荟,钻井液滤失量分别减少了17.7%和20.5%。与常规的降滤失剂淀粉相比,芦荟表现出相当出色的性能。与不含芦荟的体系相比,芦荟基钻井液形成了薄的滤饼。与淀粉相比,芦荟优势在于对流变性能的影响较小。实验结果表明,芦荟可以作为钻井液中淀粉的替代品,且不会影响钻井液的其他性能。

基于蠕变试验的石膏矿柱长期稳定性研究

石膏矿柱的长期稳定性是影响石膏矿山安全生产和地表环境的主要因素。针对鲁能泰山石膏矿开采中矿柱稳定性问题,采用室内试验、数值模拟及现场实测相结合的方法对矿柱的长期稳定性进行分析。蠕变试验结果分析表明,石膏的蠕变强度为瞬时强度的72%~77%,采用改进的Burgers蠕变模型可以较好地描述石膏的蠕变特性。基于试验结果,对4301工作面矿柱的长期稳定性进行数值模拟计算分析,矿房顶底板及两帮围岩变形速度随时间增长而逐步递减;且顶底板的变形不同步,采后1 a底板即趋于稳定,两帮2 a后趋于稳定,而顶板采后3 a才趋于稳定;采后10 a,矿房顶底板及两帮移近量分别为155,68 mm。围岩变形监测结果表明,矿房采后100 d内围岩变形速度较大,而后呈逐渐递减趋势,但变形量仍处于缓慢增长中,并且矿房围岩趋于稳定的时间不同,采后400 d,两帮变形基本趋于稳定,而顶底板变形经过640 d后才趋于稳定。