煤体采动裂隙现场实测及其应用研究

为获取高强度开采条件下煤体采动裂隙,以天地王坡矿3207工作面为背景,采用钻孔窥视法、测线法和测窗法等综合手段进行煤体采动裂隙现场实测研究。在此基础上,结合COMSOLMultiphysics软件研究煤体采动裂隙场对采动应力分布、煤层瓦斯压力的影响;探讨瓦斯压力与采动裂隙分布之间关系,并分析采动裂隙条件下抽放孔的合理布置方式。

考虑尺度效应的煤样渗透率对围压敏感性试验研究

通过试验研究了不同尺度(d=2.5,3.8,10 cm)煤样在围压加、卸载条件下的渗透率变化.对试验结果进行非线性拟合分析,得出煤样的渗透率与围压之间存在负指数关系.煤样渗透率对围压敏感性存在着尺度效应,即小尺度煤样在围压加卸载条件下(d=2.5 cm)渗透率变化比大尺度煤样(d=10 cm)更为敏感.煤样渗透率对围压敏感性的尺度效应在围压加、卸载过程中呈现出不同的特点.在围压加载初期,尺度效应明显.随着围压增大,尺度效应减弱,卸载过程与此相反.推导了基于尺度效应的煤样渗透率对围压敏感性的计算公式,并对公式应用范围进行界定.

高强度地下开采对岩体断裂带高度影响因素的数值模拟分析

对高强度开采条件的特点进行了分析，认为在地质条件一定的条件下，工作面长度、割煤高度、推进速度等是高强度开采对岩体断裂带发育高度的主要影响因素．对上述影响因素进行正交试验设计，对模拟结果进行了单因素极差分析与多元线性回归分析，得到了各因素对断裂带高度发育影响程度，依次为：上覆岩层硬度〉工作面割煤高度〉工作面长度〉推进速度．在覆岩单轴抗压强度20～40MPa情况下，进行原公式与回归公式对断裂带发育高度进行对比分析，发现原公式值偏小．最后用回归公式对某矿实测数据进行对比验证，证明了模拟结果的合理性．

基于地质条件的冲击危险性动态预评价体系

分析了冲击危险性预评价现状,提出了冲击危险性的影响因素,并对煤岩冲击倾向性、煤岩地质条件、开采采动应力等因素与冲击危险性的相关性进行了深入分析,建立了相应影响因素的冲击危险性预评价指标,并以此构建冲击危险性动态预评价体系。该评价体系可实现对工作面全开采过程的冲击危险性动态预评价,为矿井动力灾害防治提供依据。利用研究成果对某矿井冲击危险性进行了预评价,证实了提出的预评价体系的合理性。

煤体采动裂隙场演化与瓦斯渗流耦合数值模拟

对FLAC3D的自带Mohr-Coulomb模型进行了修改,利用VC++6.0编译出Frac.dll。利用现场煤体采动裂隙观测结果作为初始裂隙状态,对采动裂隙扩展、交叉过程进行全程模拟。同时对此过程中的瓦斯流动情况进行研究。通过与现场实测数据对比,模拟结果与实测值不仅在数值上符合较好,而且分布规律和变化趋势也很一致。

回采过程中煤层冲击危险性评价方法研究

简述了冲击矿压发生的机理,论述了煤层冲击危险性的影响因素。提出了简单实用的煤层冲击危险性评价方法。采用数值模拟方法研究了回采过程中巷道周围的应力变化情况,根据巷道围岩的力学性态,分析了巷道周围冲击危险性。

矿业固废淋溶物对地下环境的污染控制研究进展

初步探讨了矿业生产所产生的固体废物(煤矸石、矿渣和尾矿等)在水的淋溶和其他介质的作用下产生的有毒有害物质对地下环境(土壤和水)的污染机制,重点论述了有毒有害物质(重金属、有机污染物等)含量分配,尤其是有机污染物对地下水环境影响。针对其污染特点,提出了相应解决办法及今后需做的重点工作。

煤矿开采冲击地压启动理论

依据微震监测结果,通过总结分析,指出冲击地压发生过程经历3个阶段,将冲击地压重新分为集中静载荷型和集中动载荷型,建立2种类型的工程结构模型,分析各自冲击启动的能量判据,引进"不确定性系统分析法",提出统一的煤矿开采冲击地压启动理论。结果表明,采动围岩近场系统内集中静载荷的积聚是冲击启动的内因;可能的冲击启动区为极限平衡区应力峰值最大区;应用冲击启动理论能够揭示2类典型冲击案例冲击过程,并将冲击地压的时间序列与空间序列对应起来,为冲击地压监测与防治提供指导。

煤岩冲击倾向性研究

基于大量试验数据,系统分析煤岩冲击倾向性各种指标的相关数据,并针对现有行业标准中关于煤岩冲击倾向性评价存在的问题,提出将煤的单轴抗压强度作为评价煤层冲击倾向性的新指标,并给出判据;对原煤矿顶板岩层冲击倾向性指标的适用性进行分析,并指出不足,提出并推导出新的基于简支梁模型的顶板岩层冲击倾向性计算公式及其界定指标;分析脆性系数、含水率等与冲击倾向性之间的相关性。研究结果表明,煤的单轴抗压强度可以作为煤层冲击倾向性评价指标;依据简支梁模型确定的弯曲能量指数的计算公式,其计算结果与现场实际情况相吻合。

采动煤层渗透率演化与卸压瓦斯抽放技术

为解决煤层渗透性低这一制约瓦斯抽采技术发展的瓶颈,进行了采动影响下煤层瓦斯渗透率示踪试验,获得了采动煤层瓦斯渗透率演化规律。基于应力-渗流耦合效应,采用数值试验方法,探讨了钻孔布置位置对瓦斯抽采效果的影响。结果表明:钻孔布置于渗透率较高区域,瓦斯压力降低幅度相对较大,抽采效果较好;距离工作面小于5 m为最佳钻孔拆除时间,有利于改善工作面安全状态。

我国煤矿冲击地压特点及防治技术分析

为了全面掌握目前我国冲击地压的发生情况和防治现状,统计分析了近年来我国冲击地压发生的区域、条件、特点以及防治手段和效果。分析结果表明:随着我国煤矿采深的日益加大,冲击地压灾害将越来越严重;坚硬厚层顶板条件和断层、褶曲等构造是冲击地压发生的主要地质因素;开采形成的煤柱应力集中和动载是冲击地压发生的主要开采技术因素。针对目前研究中存在的问题,建议采用物探方法量化地质构造因素的影响并考虑深部条件下瓦斯对冲击地压的影响;研究对冲击地压监测多源数据的综合处理方法;重视对防冲开采设计方法和巷道防冲能力的研究。

浅埋深回采工作面冲击地压发生机理及防治

通过分析新疆某矿一段时间内现场矿压显现情况并结合实测微震和工作面支架压力数据,获得了冲击地压发生机理:坚硬厚层顶板是冲击地压发生的主要力源,采煤工艺影响和支架支护质量低导致顶板压力转移到工作面煤壁上,形成了煤体应力集中和弹性能量积聚,推进速度过快加剧了煤体应力和能量积聚程度,在煤体自身强冲击倾向性作用下导致冲击地压发生。据此提出冲击地压防治原则:避免坚硬厚层顶板的压力转移到煤壁上形成应力集中。具体方法为及时切断坚硬顶板,对煤体进行卸压爆破,并提高工作面支架初撑力。现场实践表明,防治效果明显。

煤岩渗透率演化规律及多尺度效应分析

采用实验室试验与现场试验相结合的方法,分别开展实验室煤岩介质渗透率应力敏感性试验、全程应力-应变渗透率测定试验以及采动煤体渗透率观测试验3种方法对综放开采条件下煤岩渗透率演化规律进行研究,并将3种试验结果进行对比,认为应力大小及应力加卸载历史是影响煤岩介质渗透性演化的主要影响因素;确定实验室尺度较工程尺度而言,煤岩介质渗透率低2～4个数量级。同时分析3种试验结果的联系与差别,提出3种试验方法适用范围,为采矿工程中煤岩介质渗透性参数的正确选择提供可靠保障。

基于千秋矿冲击性煤样浸水时间效应的煤层注水方法

为研究浸水时间对煤样冲击倾向指标的影响规律,在自然和不同浸水时间条件下,采用煤的冲击倾向度测试系统对千秋煤矿3组煤样进行综合冲击倾向度、冲击倾向指标试验。试验结果表明:延长浸水时间降低了强冲击倾向煤样的综合冲击倾向度,对弱冲击倾向煤样影响较小;冲击倾向指标在临界范围内,随浸水时间延长出现拐点,其中自然状态为强冲击倾向的煤样,浸水时间变化规律基本一致,4项指标中前3项指标变化可以用二次函数进行拟合;浸水20 d后前3项指标冲击倾向度均降低较快,但是超过20 d后,3项指标冲击倾向度开始升高。单轴抗压强度指标,在浸水7 d后,各煤样强度降低迅速,软化系数为0.59～0.83,但随着浸水时间延长,强度开始增大,最大不超过自然强度,浸水20 d后强度趋稳,表明浸水时间越长,煤样失掉少量易溶矿物成分越多,剩余主体部分抗压缩强度向上逐渐恢复。

深部巷道围岩分区破裂与冲击地压关系初探

提出了深部巷道分区破裂化的机制及其失稳准则,并用数值模拟软件再现了分区破裂化现象,发现分区破裂并非完全是连续的圆环形,而是存在孤立的破裂区域,并由此逐渐发展并合的产物。提出了分区破裂化与冲击地压发生的关系,并从分区破裂现象解释了冲击地压从孕育到发生的过程,对冲击地压的产生机理提供了新的思路。

煤岩动力灾害能量机理的数值模拟

根据煤岩固体变形能和瓦斯气体膨胀能,建立了煤岩动力灾害统一能量方程,在数值模拟软件FLAC3D中编写了能量计算模块,并考虑采动应力波动载和流固耦合的条件分析了不同瓦斯初始压力作用下巷道围岩的能量分布状态,解释了深部开采条件下在一些含瓦斯煤层中出现的兼具冲击地压和煤与瓦斯突出2种灾害特征的动力灾害现象。认为瓦斯的不同参与程度导致了不同的动力灾害显现特征,瓦斯参与动力灾害的程度可由瓦斯压力或瓦斯含量来表征;煤体中瓦斯压力存在一个临界范围,当瓦斯含量高于此临界值范围时,动力灾害以煤与瓦斯突出的特征为主,反之则以冲击地压的特征为主;在低瓦斯压力下,瓦斯膨胀能量也具有与煤岩体变形能相当的数量级,对含瓦斯煤层的冲击地压研究不可忽视瓦斯的作用。

采动煤体渗透率示踪监测及演化规律

以潞安矿区五阳煤矿7601工作面为观测现场,利用自主研发的采动煤体渗透率实时监测系统现场实测了采动条件下煤体渗透率的变化情况.通过对监测结果的分析,认为在采动过程中煤体渗透率的变化主要经历了缓慢增加—突然下降—突然增加3个阶段,产生这一现象的原因是:在采动条件下,煤体分别经历了弹性变形—塑性变形—卸载膨胀3个过程,在不同阶段煤体的属性发生了很大变化,使其渗透率随之发生改变.

基于煤体采动裂隙场分区的瓦斯流动数值分析

提出了工作面前方煤体采动裂隙分区的概念,将工作面前方煤体分为9个不同的裂隙区,每个区裂隙发育特征不相同。认为工作面前方煤体存在反的"C"形裂隙发育带,是瓦斯流动活跃区域。利用数值模拟手段,对分区与不分区条件下的瓦斯压力特征与抽放时瓦斯流动规律进行了研究,结果表明,裂隙分区条件下的瓦斯流动与实际条件更为符合。

采动覆岩裂隙演化规律的定量描述

对采动覆岩裂隙的定量描述一直是困扰采矿工程的科学问题。通过室内相似材料模拟实验,对综放工作面覆岩裂隙破坏过程进行了监测,并根据采动覆岩裂隙的发育过程在时间及空间的数字成像,提出了应用"双重分形"理论揭示采场覆岩裂隙的萌生、扩展、贯通的过程,获得了采动条件下覆岩裂隙时空演化的定量描述方法。

一起工作面冲击地压事故的诱发因素分析

针对某矿综采工作面发生的一起冲击地压事故,主要从地质因素和开采工艺分析了诱发冲击地压事故的原因。分析结果表明,煤层自身具有的强冲击倾向性是冲击地压发生的内因,坚硬厚层顶板形成了冲击地压的力源,采煤机进刀后支架支护不及时导致顶板压力转移到工作面煤壁,工作面支架选型不合理使工作面留底煤形成了能量释放出口,工作面夹矸造成工作面局部煤体应力集中,加剧了冲击地压危险。