型煤与原煤全应力–应变过程渗流特性对比研究

利用自主研制的自压式三轴渗流装置对型煤和原煤试样进行三轴压缩渗流试验,得到不同围压下2种煤样的全应力–应变曲线,并利用流量计和环向引伸计自动采集整个试验过程中煤样的渗流速度和横向变形。从细观损伤力学的观点分析2种煤样不同的破坏形式以及煤样的变形破坏对渗流速度的影响;讨论渗流速度对外部变量的敏感性和煤与瓦斯突出的突发性。研究结果表明,2种煤样的全应力–应变曲线都可以分为5个阶段,并与渗流速度–轴向应变曲线具有良好的对应关系。由于型煤与原煤的结构特性不同,致使2种煤样受力以后具有不同的损伤机制,渗流速度–轴向应变曲线差异较大,尤其在破坏阶段。型煤变形主要在前2个阶段影响煤的渗流特性,而原煤在整个试验过程中都受影响;型煤的渗流速度对轴向压力和轴向变形最敏感,而原煤的渗流速度对体积变形和横向变形比较敏感。原煤全应力–应变–渗流试验的5个阶段可以较好地解释煤与瓦斯突出过程的准备、发动、发展和终止4个阶段,可以间接地利用煤体瓦斯渗流速度变化进行煤与瓦斯突出预测预报。研究结果对探索煤层真实的瓦斯运移规律具有一定的参考价值。

煤体吸附瓦斯膨胀变形效应的试验研究

为了探讨煤体吸附瓦斯产生膨胀变形效应这一特有的力学行为,利用自行研发的含瓦斯煤岩细观力学试验系统,进行不同瓦斯压力下的吸附膨胀变形试验。试验结果表明:(1)同一煤样在不同瓦斯压力下随时间的变形曲线具有相同的变化规律,煤样的应变变化率随时间逐渐减小,直至一个相对稳定值;(2)煤样的吸附膨胀变形呈各向异性,垂直于层理方向和平行于层理方向的应变整体变化趋势呈现一致性,但由于煤体内部裂隙分布差异,垂直层理方向的变形值明显大于平行层理方向;(3)煤体瓦斯吸附量与体应变量呈现较好的线性关系,以此建立考虑温度、水分、灰分和各向异性等因素的吸附膨胀变形计算方程;(4)利用吸附变形应力与制约吸附变形量的线性关系,以及吸附变形量与瓦斯压力的关系得出吸附膨胀应力计算方法;(5)煤体的吸附膨胀变形具有不可逆性,且吸附气体压力越大,其残余变形值也越大。煤体的膨胀变形效应具有重要的工程应用价值,可作为煤层突出危险性测定的辅助指标,以及应用于煤层透气性的研究。

瓦斯压力对原煤渗透特性的影响

以松藻煤电公司渝阳煤矿8号突出煤层原煤试样为研究对象,利用实验室研制的三轴渗透仪,进行不同轴压围压条件下瓦斯压力对突出原煤渗流特性试验。试验结果表明,瓦斯渗流速度随着瓦斯压力的增加而增加,呈显著的二次多项式函数关系;随着瓦斯压力的增加,突出煤体的渗透率呈现出先减小后增大的趋势,具有明显的Klinkenberg效应;渗透率随瓦斯压力的增加呈"V"字形变化,具有明显的阶段性;随着瓦斯压力的增加,Klinkenberg系数b与绝对渗透率Kg之间呈显著的幂函数关系;瓦斯压力p与渗透率K之间呈显著的二次多项式函数关系。

具突出危险原煤瓦斯渗流特性试验

采用自主研制的三轴瓦斯渗透仪进行了原煤试件在固定瓦斯压力下,不同围压和轴向压力的瓦斯渗流实验。实验结果表明,随着围压的增加,原煤煤样的渗流速度呈下降趋势,这种影响对原始损伤严重的煤体更加明显,并建立了渗流速度围压二次函数关系的一般表达式。原煤煤样的渗流速度应变关系类似于应力应变关系,因此,可以利用原煤渗流速度的变化间接反映煤体的受力损伤演化过程,有效应力对原煤煤样的渗流速度影响总体上可以分为敏感阶段和平缓阶段,在敏感阶段,煤样的渗流速度变化大,而在平缓阶段,煤样的渗流速度变化小。在不同的应力条件下,煤体中孔隙裂隙发育程度和开闭程度不同,影响煤体内的瓦斯内能和弹性变形能,也影响煤体的破坏形式。

顺层钻孔预抽突出煤层瓦斯方法与应用

掘进工作面采前预抽采用顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯,工作面运输巷沿煤层走向施工顺层钻孔,工作面回风巷沿煤层倾向施工顺层钻孔。采煤工作面采前预抽采用工作面巷道施工顺层钻孔预抽回采区域瓦斯。确定钻孔间距、钻孔长度、钻孔控制范围等主要参数。通过配备预抽掘进工作面,使掘进工作面和预抽掘进工作面交替进行,并进行验证,实现采掘接替平衡。

松软破碎顶板变形规律分析研究

煤层顶底板极松软,若支护不及时、强度不够时极易破坏,需对巷道进行整体支护并具有较大的支护强度。以四川省某矿S1136区段平巷为研究对象,通过现场观测结果及数据拟合,得出顶板下沉量与时间的关系呈"S"型曲线分布,并建立了一般关系表达式。根据变化速度的不同,将顶板下沉量与时间关系一般曲线分为4个发展阶段:初始发展阶段、等速发展阶段、发展速度衰减阶段和稳定阶段,并且得出曲线的形状与顶板岩层性质、支护方式、巷道埋藏深度、掘进影响程度等因素有关的结果,另外,受顶板岩层的性质不同和掘进影响程度的不同,曲线会存在缺失初始发展阶段的现象。

自燃煤层采煤工作面注氮防灭火设计

矿井各可采煤层自燃倾向性均为自燃煤层,矿井防灭火方法选用注氮防灭火系统。根据矿井具体条件,采用井下移动式制氮装置系统,选用拖管式注氮工艺。通过采煤工作面注氮量计算,确定注氮量为600m^3/h,并选择合适的注氮设备,保证了采煤工作面的安全生产,为类似条件矿井的防灭火工作提供了参考依据。

软岩破碎带井筒加强支护与应用

副斜井井筒扩刷面临离地面建筑垂距近、围岩软化等问题,扩刷断面净宽4.9 m,矿井井口段及软岩破碎段采用料石砌碹+U型棚+喷砼+金属网进行强化支护,就地取材方便,施工速度快,施工成本低,可以有效控制巷道围岩,达到了预期应用效果,可为确定类似条件矿井井筒及巷道的支护方式提供参考。

近距离“三软”薄煤层群回采巷道围岩控制

为了研究近距离"三软"薄煤层群走向长壁回采巷道的破坏机理,在结合前期现场调查分析、架棚支护研究、室内岩石力学参数测定的基础上,利用有限差分法对四川省南部某煤矿的近距离"三软"薄煤层群回采巷道的破坏原因进行了数值模拟分析.研究结果表明,在近距离"三软"薄煤层群开采时,围岩应力变化特征较复杂,上层煤开采对下层煤产生了多重扰动,下层煤开采也对上层煤沿空留巷带来不利影响,使回采巷道处于应力集中区或应力降低区,并进一步加剧巷道围岩的应力集中程度,导致"三软"条件下的大部分回采巷道支护困难.此时,在保证支护体系整体性的前提下,支护设计应考虑"定荷载"的围岩控制特征.

“三软”薄煤层群沿空留巷区段上行式开采研究

为了研究"三软"薄煤层群沿空留巷条件下区段开采顺序对回采巷道的影响,在结合前期现场调查分析、支护研究、室内岩石物理力学参数测定的基础上,利用有限差分法对四川南部地区某煤矿的极近距离"三软"薄煤层群区段下行式或上行式开采顺序进行了数值模拟。研究表明,采用区段下行式开采顺序时,巷道顶板及高帮上侧顶板易发生挤压、剪切破坏,高帮充填带稳定性相对较差,而上行式开采较下行式开采的垂直应力在巷道矮帮0.5 m范围内至少减小1 MPa,剪应力减小1 MPa,产生的水平应力能阻止矮帮充填带向采空区侧滑移,也有利于提高充填带的初期强度。