Non-Linear Numerical Simulation of Coal and Gas Outburst as a Coupling Instability Problem of Solid-Fluid Biphase Media

Based on the theory of continuum mechanics of multi-pbase media, a mathematical model and non-linear FEM equation of the coupling instability problem of solid-fluid biphase media for coal-methane outburst under finite deformation are established. The critical conditions of the surface instability are presented as the singularity of the total stiffness matrices of the coal body for coal-methaue outburst. That means the deformtion or the coal body emerges bifurcatiou phenomena. The numerical simulation of a typical outburst is made.

非煤系地层隧道高压有害气体防突施工技术研究

大临铁路红豆山隧道穿越非煤系地层遇高压气囊式有害气体突出,这是全国铁路隧道建设史上首例高压非煤气体突出事件。该文总结了非煤系地层隧道高压有害气体突出的三种形式,研究了防突措施作用的三种机理和防突技术,设计了防突流程。研究表明,物探、超前地质钻探和有害气体检测相结合是评价和预测有害气体突出危险性的有效手段;提出了钻孔排放、高压注水结合的防突措施;构建了超前地质钻探、有害气体检测和监测、通风管理和应急管理的4大安全措施。研究成果在红豆山隧道中得到了全面应用,保障了施工人员的安全,可为类似复杂地质条件下有害气体隧道施工提供借鉴。

非煤系地层隧道瓦斯突出风险属性识别体系

非煤系地层瓦斯产生源相对难以确定,瓦斯释放具有随机性、不均匀性的特点,使瓦斯突出的防治更加困难。基于属性识别理论建立了非煤系地层隧道瓦斯突出的风险评价体系。根据典型性和可操作性原则,选取8个因素作为非煤地层瓦斯突出的风险评价指标,构造属性测度函数计算评价指标的属性测度,采用模糊层次分析法确定评价指标的权重,再根据计算得到的多指标综合属性测度,应用置信度准则对隧道的瓦斯突出风险进行识别。运用所提出的属性评估系统对某隧道施工前的瓦斯突出风险进行了评价,评价结果与实际情况的一致性验证了所建立的风险评价体系的适用性。该评价体系对非煤层隧道瓦斯突出的风险评估及灾害防治具有重要意义。

瓦斯突出煤和非突出煤AVO响应的比较

基于Zoeppritz方程,对煤层进行AVO正演模拟,得到煤层的AVO响应曲线。瓦斯突出煤与非突出煤的AVO响应对比表明,无论是瓦斯突出煤还是非突出煤,其顶界面AVO响应在总体上表现为地震振幅绝对值随偏移距增加而减小的特点,但是瓦斯突出煤的截距绝对值要大于非突出煤的截距绝对值,瓦斯突出煤的斜率要大于非突出煤的斜率。煤层厚度变化会对AVO响应产生影响,当瓦斯突出煤和非突出煤的厚度相同时,瓦斯突出煤的截距绝对值大于非突出煤;当厚度不同时,瓦斯突出煤的斜率大于非突出煤的斜率。瓦斯突出煤与非突出煤的AVO响应差异,可为地球物理参数进行煤与瓦斯突出危险性预测以提供技术参考。

非突出煤层升级方法和指标体系的探讨

以淮南矿业集团B8煤为研究对象,针对《煤矿瓦斯防治经验五十条》关于非突出煤层升级的一些规定和指标确定的难点,通过对实际突出点的瓦斯地质条件调查分析、现场跟踪考察和实验室实验,重点考察和分析煤层突出危险性与地质构造、构造软煤厚度及瓦斯赋存的关系,结合日常生产中容易获取的各参数,构建了非突出煤层升级的方法和指标体系。该体系中:区域升级指标以相对较容易获取的煤层瓦斯含量和软煤厚度为主要指标;以f,△P值为经常检验的辅助指标;动态监测指标包括:地质构造异常带、构造软煤厚度的变化,日常预测参数K1值、S值,并确定了各指标临界值和应用方法。

平顶山己组煤非突出煤层升级预警指标及临界值探讨

通过分析平顶山矿区己组煤的突出特征,掌握了煤层突出危险性与地质构造、构造软煤厚度、瓦斯赋存,特别是与日常生产中容易获取的各预测参数之间的关系,初步分析并确定了非突出煤层升级的预警指标及其临界值:构造软煤厚度为0.5 m,瓦斯含量为8.0 m3/t,瓦斯涌出量为2 m3/min,q值为3.5l/min,对于指导突出预测和防突工作具有重要意义。

用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出的实验理论基础

用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出是突出研究的新技术手段。本文阐述了电磁辐射法预测突出的理论和实验基础 ,电磁辐射法预测突出能实现连续、非接触、准确可靠和自动化监测 ,是煤与瓦斯突出预测技术的发展方向。同时也指出了目前的未知领域和研究成果的缺陷 ,指明了以后的研究方向和课题。

非均布荷载条件下煤与瓦斯突出模拟实验

使用大型煤与瓦斯突出模拟实验装置,模拟不同集中应力区应力水平条件下的型煤试件的煤与瓦斯突出,探索集中应力区应力水平对煤与瓦斯突出特性的影响规律。通过对实验结果的分析,认为应力集中区应力水平的变化对煤与瓦斯突出有着重要的影响作用,具体表现在:随着集中应力区应力值的增加,煤与瓦斯突出的强度增加,抛出的煤体被破碎的效果也更为明显,而且突出后煤体的温度降低量也越大;另外,集中应力区应力水平对突出孔洞与煤层的夹角也有一定的影响作用。

非线性理论在煤与瓦斯突出研究中的应用

应用非线性科学的基础理论 ,研究了可能发生突出的含瓦斯煤岩系统的内在动力特征 ,建立了考虑各种基本因素的较为全面的突出预测模型 ,并对突出起动的突变机制和突变条件进行了定性分析 ,为突出非线性动力机制及其预测和防治研究提供了新的途径。

非接触式瓦斯突出预测方法

依据瓦斯突出矿井的条件和其地球物理场的特征，提出了点面结合的以电磁法为主的非接触式瓦斯突出预测方法。区域性预测采用无线电波透视法和槽波地震法；局部性预测采用地质雷达法和层内电测深法。并且进行了电波透视技术的生产实际应用。对减轻和防止煤矿瓦斯突出自然灾害具有重要意义。

煤样瓦斯解吸的机械能效应实验研究

以煤样瓦斯解吸过程作为研究对象,运用能量守恒的研究方法,设计出一套测量煤样瓦斯解吸过程中的机械能效应的设备。实验采用阳泉煤业集团的3种煤样,得出不同煤样的解吸机械能效应是不同的,且突出煤样的机械能效应大于非突出煤样的机械能效应的结论。

煤中瓦斯非稳态扩散特征模型及实验验证

为了研究煤中瓦斯的运移规律,首先建立了煤中瓦斯非恒定扩散系数模型,然后以不同粒径煤样为对象,通过改进的解吸实验装置研究了煤中瓦斯解吸-扩散特性,实验验证了该模型的可靠性。结果表明,通过建立煤中瓦斯非恒定扩散系数模型,得到了煤中瓦斯扩散过程中不同时刻条件下的扩散系数,获得了煤中瓦斯的非稳态扩散特征。煤样的初期解吸速度相对较快,随后逐渐降低;煤样粒径越小,瓦斯的总解吸量和解吸速度均越大,煤样接近解吸平衡时所用的时间越短。相同压力下,初始时刻煤样的有效扩散系数随着煤样粒径的增大而减小,解吸-扩散实验结果验证了上述模型具有较高的可靠性。

基于DSP和单片机的煤与瓦斯突出监测系统设计

针对目前常用的接触式煤与瓦斯突出预报方式需要专门施工作业且操作复杂、可靠性差等问题,根据煤与瓦斯突出伴随产生电磁辐射信号的基本原理,提出了一种基于DSP和单片机的煤与瓦斯突出监测系统的设计方案,给出了该系统的结构、功能及软硬件实现方法。该系统采用TMS320C5409 DSP和AT89S5单片机的双CPU工作模式,分别完成数据采集和处理任务、整个系统的协调和人机交互任务,大大提高了系统运行效率,实现了实时、非接触式的煤与瓦斯突出预测。

矿井瓦斯涌出特征预警技术及应用

新元公司突出危险区域存在显著的瓦斯涌出异常现象,为分析此瓦斯涌出异常信息,给矿井突出防治工作提供参考,采用瓦斯涌出特征预警技术及系统对矿井生产过程中不同突出危险区域的瓦斯涌出特征进行分析。根据矿井情况和瓦斯涌出研究结果,通过"三率法"和现场跟踪验证,确定了2个瓦斯涌出特征指标,其临界值分别为0.8和0.6时具有较好的适应性。效果考察表明,所确定指标的预警突出准确率达79.7%、预警不突出准确率达100%,瓦斯涌出特征预警技术能准确反映工作面的突出危险性,在新元公司的应用效果良好。

GIS支持下基于非线性理论的煤与瓦斯突出综合预测模型

为弥补单一模型缺陷,提高预测的可靠性和准确性,提出了煤与瓦斯突出综合预测。根据煤与瓦斯突出的机理,选取模糊数学、灰色理论、物元分析模型、神经网络及支持向量机5种成熟的非线性方法作为综合预测的数学模型,应用灰色关联度模型确定预测指标,建立了基于非线性理论的煤与瓦斯突出综合预测模型。分析了GIS支持下基于非线性理论的煤与瓦斯突出综合预测系统的集成方法及关键技术,开发了快速综合预测系统并进行了应用。研究表明,该系统能够快速预测突出危险性。相比于单一模型,该方法综合了多种数学模型,预测结果具有较高的准确性及可信性。

地球物理方法预测煤与瓦斯突出

为了解采用有关地球物理方法预测煤与瓦斯突出的情况,根据目前国内外现场应用的现状和取得的成果,本文论述了煤与瓦斯突出预测预防的现状和应用地球物理方法预测煤与瓦斯突出概况,说明了与地球物理方法有关的各种预测煤与瓦斯突出方法和机理及其应用情况。结果表明:实现非接触式预测是瓦斯突出预测的迫切需要,也是瓦斯突出预测技术发展的必然趋势。

有轨运输改无轨运输方案比选——以新凉风垭隧道瓦斯突出为例

渝黔铁路新凉风垭隧道煤层瓦斯浓度高并具有突出风险,为I级高风险隧道,该隧道原设计采用有轨运输,其工序较复杂,场地要求大,成本投入高,运输组织难。本文主要阐述煤层瓦斯隧道施工原则,论证瓦斯突出隧道无轨运输方案的可行性,深入进行有轨运输改无轨运输方案的分析比较。结果表明,无轨运输优于有轨运输,为今后类似瓦斯突出隧道施工提供有益的借鉴与参考。

工作面煤与瓦斯突出预测方法综述

针对工作面煤与瓦斯突出预测方法的研究现状,介绍了接触性预测和非接触性预测2类方法。通过对2类方法的原理以及实际应用的效果进行论述与分析,总结了各自的优势与不足:接触性预测方法测量方法简单,但工作量大、准确性较低;非接触性预测实现了连续动态监测、预测准确性较高,但部分理论不够完善、设备不能满足现场需求,仍需继续深入研究。结合了2类方法的优点及技术现状,提出了工作面煤与瓦斯突出预测方法的未来发展的趋势。

工作面连续非接触式突出危险性预测技术现状与展望

本文介绍了我国煤矿中所采用的工作面非接触式煤与瓦斯突出危险性预测中几项技术的应用情况，并对突出预测发展趋势提出了一些看法。

川西高原非煤系地层隧道瓦斯涌出模式与瓦斯逸散规律

国家基础设施建设进入新一轮快速发展阶段,川西隧道建设也呈现出密集发展态势,在隧道建设过程中,瓦斯涌突灾害频发,造成了巨大的经济损失和重大的人员伤亡。本文依托川西高原汶马高速和久马高速的所有瓦斯隧道,通过资料收集、现场调查以及数值分析,概况了非煤系地层瓦斯隧道灾害的3种涌出模式:(1)生烃岩层直接揭露型;(2)深埋气藏导气构造连通型;(3)气源构造间接揭露型。针对导气构造型瓦斯隧道,发现断层与掌子面斜交时,容易发生瓦斯局部富集的现象,揭示了不同类型断层等导气构造对浅埋隧道瓦斯逸散规律的影响。