STUDY ON THE THRESHOLD GAS PRESSURE IN COAL AND GAS OUTBURST

Based on the statistical data of 26 outburst prone coal seams in China, this paper presents the relationship among the threshold gas pressure in coal and gas outburst and the volatile content and hardness of coal by mathematical statistics. The threshold value of gas pressure for outburst pmin in MPa may be calculated by formula Pmin =5(0. 1+0. 07Kf), where / is the hardness and V the volatile content (%) of a soft bed. In China, the value of Pmin of some outburst prone coal seams ranges from 0. 57 to 0. 1 MPa.

铁路隧道煤与瓦斯突出危险性判定分析

铁路隧道在施工开挖过程中判定具有煤与瓦斯突出危险性,会导致投资增加和工期延长等问题。本文解读了国家煤矿安监局煤安监技装〔2019〕28号文附件《防治煤与瓦斯突出细则》与TB 10120-2019《铁路瓦斯隧道技术规范》中关于煤与瓦斯突出危险性判定的规定。通过对比不同铁路隧道煤与瓦斯突出危险性判定实例,讨论了铁路隧道各阶段煤与瓦斯突出危险性判定的原则。研究发现:勘察阶段钻孔内瓦斯测试数据欠准确的原因主要包括:(1)钻孔内测试深度与施工揭示煤层的深度不一致;(2)钻孔内煤层深度过大影响测试准确性。

不同冲击倾向煤体失稳破坏声发射先兆信息分析

掌握煤体冲击破坏前兆信息是科学预测预报煤岩介质冲击地压的科学瓶颈问题,应力加载下不同冲击倾向性煤体失稳破坏声发射前兆信息研究是解决这一问题的重要手段。采用声发射探测手段对不同冲击倾向性煤体失稳破坏进行实验研究,通过分析发现不同冲击倾向煤体失稳破坏过程中振铃计数、AE能量、频谱及b值变化存在差异。伴随煤体冲击倾向性增强,加载过程煤体振铃计数、AE能量趋向于高应力区域集中,煤体弹性阶段所占比例增加,塑性破坏阶段所占比例减少;主频带宽变动较小,有集中的趋势,主频强度在弹性阶段、塑性破坏阶段、临破断阶段均不同程度增加,煤体冲击倾向性越强,主频强度增幅越大;b值降低时应力值增加,更靠近煤样破坏强度。

突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨

通过对突出危险煤渗透性试验研究,系统分析了不同围压、不同瓦斯压力和不同应力-应变状态条件下突出煤样的渗透特性,分别建立了突出危险煤的渗透性与围压、瓦斯压力和应力-应变等主要控制因素之间的定性和定量关系,探讨了不同载荷条件下突出危险煤渗透性的控制机制和变化规律。研究结果表明,载荷条件对突出危险煤的渗透性具有重要影响:(1)在固定瓦斯压力条件下,突出危险煤样的渗透率随围压的增大而减小,且服从指数函数变化规律。(2)在固定围压条件下,受Klinkenberg效应影响,渗透率与瓦斯压力之间大致呈"V"字型变化;Klikenberg效应发生在瓦斯压力p<1MPa的范围内。(3)在三轴压缩下的应力-应变全过程中,不同载荷条件下突出危险煤样的渗透率-应变曲线变化趋势几乎一致,且都呈"V"字型走势;在微裂隙闭合和弹性变形阶段,煤样渗透率随应力增大而减小;进入屈服阶段后,渗透率达到最小值并在峰值强度到达之前完成反超过程;峰值强度之后渗透率持续增大直至试验结束;煤样渗透率反超后的变化要较反超前变化平缓。

突出危险煤吸附、解吸瓦斯变形特性试验研究

采用自主研制的煤体高压吸附-解吸变形试验系统,进行了突出危险煤在不同瓦斯压力条件下的吸附-解吸变形全过程试验,探讨了突出危险煤吸附瓦斯产生膨胀变形、解吸瓦斯产生收缩变形这一特有的力学行为。研究结果表明,突出危险煤在不同瓦斯压力下随时间的变形曲线具有相同的演化规律,即先后经历抽真空收缩变形、充气压缩变形、吸附膨胀变形、卸压膨胀变形、卸压后弹性恢复变形和解吸收缩变形等6个阶段;吸附膨胀变形和解吸收缩变形过程中,煤样的应变变化率绝对值均随时间逐渐减小,直至一个相对稳定值,其变形规律服从朗格缪尔方程;煤样的吸附膨胀变形和解吸收缩变形均呈各向异性,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,使垂直层理方向的应变明显大于平行层理方向的应变;煤样吸附膨胀变形值与瓦斯压力关系对二次函数和朗格缪尔方程均具有较好的拟合效果,煤样解吸收缩变形值与原始瓦斯压力呈很好的幂函数关系和二次函数关系;煤样解吸瓦斯后存在一定的残余变形值。

三轴压缩下突出煤粘弹塑性蠕变模型

煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的灾害之一,研究突出煤的蠕变特性是认识煤与瓦斯延迟突出机理的重要方向。采用自行研制的突出煤蠕变渗流试验装置,对取自松藻煤矿的煤样进行了突出煤三轴蠕变试验。蠕变试验数据分析表明,突出煤在低于其长期强度载荷条件下表现出一种衰减蠕变特性,在高于其长期强度载荷条件下则表现出非衰减蠕变特性。通过引入能描述非牛顿流体变形特性的粘弹塑性体,结合鲍埃丁-汤姆逊体建立了突出煤粘弹塑性蠕变模型。利用Matlab编程拟合出了模型的相关参数,并根据突出煤的三维蠕变试验结果对蠕变模型进行了验证。试验结果与理论结果对比表明,所提出的突出煤的蠕变模型能有效地反映突出煤各种蠕变阶段的变形特性,尤其是加速蠕变阶段,充分体现了所建立的突出煤粘弹塑性蠕变模型的正确性与合理性。

松软煤层螺旋钻杆钻进中的吸钻卡钻力学机理

针对在突出松软煤层钻进过程中常出现的吸钻卡钻现象,以水平钻孔为例,通过分析螺旋钻杆钻进过程中钻粉在螺旋叶片间的运动规律,确定了当钻进产生煤粉量大于钻杆排出能力时,易因煤粉大量积压产生吸钻卡钻现象的力学机理。从控制钻进速度,减少钻粉生产量的角度提出了防止钻进过程中吸钻卡钻方法。计算出直径Φ42 mm和Φ75 mm两种钻孔施工时为防止吸钻卡钻的临界钻进速度。经过在鹤壁六矿2123上顺槽、2143下顺槽试验,取得了很好的效果,表明在突出松软煤层螺旋钻进成孔过程中控制钻进速度是可行的。

突出煤的电磁响应特征研究

应用ΔP仪和电磁场发生仪构成的实验系统 ,研究了结构破坏严重的突出煤在电磁场作用下的响应特征。结果表明 ,电磁场作用下煤的初始瓦斯放散速度有明显的变化 ,突出煤的变化幅度远大于非突出煤。根据煤屑瓦斯放散理论 ,分析了实验现象的机理 ,应用突出煤体电磁响应特征 ,提出了关于突出机理和突出防治的新见解。

不同冲击倾向性煤样变形场演化特征

煤样破坏前出现的变形局部化现象,对研究其失稳破坏前兆有重要的意义。选取了冲击和非冲击倾向性煤样进行单轴压缩破坏实验;基于CT扫描,可以预测样品裂隙演化趋势;通过实验发现,冲击与非冲击煤样劈裂破坏前变形局部化带内相对拉伸和相对滑动分量都是从增大到急剧增大、并最终导致样品失稳破坏;冲击煤样的变形局部化出现较突然、更接近破坏的时刻;冲击煤样的变形局部化带内相对拉伸和相对滑动分量均较非冲击煤样变化小数倍;非冲击煤样在微破裂稳定发展阶段的变形局部化带内相对滑动表现较冲击样品复杂。

分级静动组合加载下裂隙煤岩破裂特性

为研究分级预静载与不同动载振幅水平组合加载下裂隙煤岩的力学特性和破坏演化特征,以不同倾角预制裂隙冲击倾向性煤岩为试验对象,利用岩石动静三轴力学试验系统,开展“分级预静载+动力扰动”组合加载试验,并辅以高速摄像机研究煤岩的裂纹扩展特征。结果表明:分级静动组合加载下,完整煤岩和部分含预制裂隙煤岩显现应力-应变强化现象,峰值强度有不同幅度的提高,表现出显著的应变率效应,但随着动载振幅水平增大,强化阶段提前显现,强化现象持续时间大幅缩短,加速煤岩的破坏过程;随着煤岩预制裂隙倾角增大,峰值应力整体先减小后增大,而变形能力与其峰值应力变化趋势呈负相关;裂隙煤岩裂缝扩展尺度随着预制裂隙倾角的增大呈先增大后减小,高水平动载振幅下,随着预制裂隙倾角增大,拉伸裂纹向剪切裂纹过渡,破坏模式发生转变。试验结果有助于深入理解深部煤岩体承受高地应力和增幅动力扰动作用下的力学特性及破裂演化特征,可为矿井开采动力灾害预报与控制提供理论参考。

突出煤层掘进工作面前方集中应力带的确定

对于有突出危险的煤巷掘进工作面有必要确定出工作面前方的集中应力带的范围。通过对乌兰矿突出煤层掘进工作面机巷打钻及防突预测中的钻屑量实测数据的分析,确定了集中应力带的范围为掘进工作面前方5~16 m。

冲击倾向性煤岩动静载下破坏机理及声发射特性研究

煤矿巷道发生冲击地压破坏后果严重,具有冲击倾向性的煤岩具备发生冲击地压的潜质,在高应力状态下经动载诱发后极易发生破坏,其破坏与变形规律与常规静载不同。为了探究冲击倾向性煤岩在动静载下破坏及变形规律,以深埋煤层巷道高应力下具有冲击倾向性的煤岩作为研究对象,采用动载三轴及声发射检测设备,模拟煤岩所处高应力环境及动载条件,通过对比不同围压下的静载破坏试验,一定应力水平下动载诱发试验,不同应力阶段动载加载试验,分析其变形破坏机理及声发射能量演化规律。结果表明:与静载加载破坏相比动载导致煤岩提前进入屈服变形阶段且强度劣化明显,其破坏程度更加严重,并由剪切破坏转变为横向拉伸破坏;声发射点能有效定位煤岩破坏阶段内部裂隙发育区域及主破坏方向。煤岩达到动载破坏条件存在一个临界静载,未达到临界静载时煤岩在动载作用下裂隙发育及应变增长会逐渐稳定,超过临界静载后煤岩在动载作用下会迅速发生破坏。与静载相比动载后煤岩储存弹性能增加,破坏后释放更多能量;煤岩声发射能量事件主要发生在动载加载初期及峰后破坏阶段,动载加载后有明显凯泽效应。研究结论认为声发射能量演化规律可作为判断煤岩所处应力状态及先期动载加载应力水平的参考依据。

高瓦斯极松软强突出煤层穿层钻孔防喷孔施工工艺研究与应用

针对芦岭煤矿高瓦斯极松软强突出煤层中穿层钻孔施工存在问题,研究了穿层钻孔防喷孔工艺,通过采取"预抽卸压掩护,递进顺次施工"的工序,使用防喷孔装置、配套防喷抽采系统,采取孔内下筛管措施,有效地降低了喷孔强度、降低了喷孔超限发生的概率,杜绝了滞后喷孔现象和喷孔伤人事故的发生,并提高了穿层钻孔抽采效果。

地质构造控制煤和瓦斯突出作用类型研究

对河南平顶山、安阳和四川南桐、天府矿区地质构造与煤和瓦斯突出的关系研究表明，地质构造控制突出的分布主要有四种作用类型，不同构造具有不同的突出倾向性．提出将地质构造分为突出构造和非突出构造及突出构造的突出段和非突出段，利用地质构造指标预测突出的技术关键是区分突出构造的突出段．

横跨多煤柱下冲击地压致灾机理研究

针对在煤柱集中应力影响下采掘时冲击地压频繁发生这一现状,对峻德煤矿煤岩冲击倾向性以及3·15冲击事故进行分析,建立了叠加煤柱空间力学模型,对煤柱载荷进行估算,进行了相似材料模拟实验,提出了在煤柱影响下巨厚组合岩层垮落与冲击地压之间的关系。

冲击倾向性煤体加载破坏的红外辐射特征研究

为探讨不同冲击倾向性煤体失稳破坏的红外前兆信息,以无、弱、强3种冲击倾向性矿井煤样为对象,开展煤体加载破坏过程中红外辐射特征观测试验。试验结果表明:无冲击倾向性煤体温度场变化幅度较小,表面平均温度变化在0.01℃内,弱冲击倾向性煤体表面平均温度升高达0.18℃,强冲击倾向性煤体表面平均温度升高达0.21℃;无冲击倾向性煤体加载过程无明显高温区域,而冲击倾向性煤体加载时则出现剪切破坏形成的高温区域,且冲击倾向性越强,区域范围和强度越大;冲击倾向性煤体破坏前,煤样表面破裂区域为升温变化前兆,而未破裂区域为降温变化前兆。

组合煤岩破裂声发射特性和冲击倾向性试验研究

为完善冲击地压灾害预测判据,通过试验研究煤、岩石和组合煤岩3类试样的声发射(AE)特性及冲击倾向性规律。结果表明:组合结构中的岩体对煤体的力学性质和冲击倾向性有显著影响。试样的载荷-冲击倾向-声信号变化具有一致性,随着冲击倾向从弱至强变化,AE信号分布呈密集连续-脉冲连续-瞬时脉冲的特征。分析大量不同冲击倾向性试样的AE量化数据发现,试样冲击倾向性越强,其峰后AE振铃计数和能量变化率越高,由此可将峰后AE振铃计数和能量变化率作为冲击倾向性判据。

突出危险型煤瓦斯等温解吸试验研究

为深入研究突出危险煤瓦斯解吸特征,以块状型煤为研究对象,开展瓦斯等温吸附和解吸试验,分析解吸试验过程中最小平衡压力对解吸过程吸附常数的影响,探讨瓦斯吸附和解吸过程的可逆性、合理的解吸试验压力条件及其数据处理方法。结果表明:最小平衡压力对解吸过程吸附常数拟合结果影响较大;突出危险型煤在实验室条件下,等温吸附/解吸瓦斯过程有典型的可逆性,解吸过程有滞后性;等温解吸曲线仍服从Langmuir方程;为使解吸试验结果可靠性更高,拟合中应考虑解吸完全时的状态,即解吸平衡压力为0 MPa、残余吸附量为0 m L/g时的数据;解吸试验过程中,最小平衡压力不宜高于0.51 MPa。

突出危险煤层前进式开采巷道布置研究

针对突出煤层开采过程中存在的煤巷掘进和石门揭煤突出严重这一问题，本文从巷道布置的角度，提出了通过采用合理的前进式开采巷道布置，尽量减少开采准备工作中的煤巷掘进和石门揭煤工程量，来达到降低开采突出危险目的的这一技术方法．并结合众湖煤矿突出煤层的开采技术条件，对前进式工作面参数的合理性作了详细的分析论证和研究．图5，参2．

不同冲击倾向性煤体变形破坏声发射特征

为更深入地了解不同冲击倾向性煤体变形破坏的声发射特征,选取具有强、弱、无三种典型冲击倾向性的煤岩试件进行单轴压缩条件下的声发射试验.试验结果表明:冲击倾向性煤体声发射活动具有明显的阶段性,与应力的变化关系密切,无冲击倾向性煤体的声发射活动在整个变形破坏阶段表现活跃,阶段性不明显,不同冲击倾向性煤体在临近破裂失稳时均有大量高能量声发射信号出现,能量大小相差一个数量级,定义能量峰值前能量释放速率与能量峰值后能量释放速率的比值为Ev,Ev能够很好的表现出不同冲击倾向性变形破坏过程的能量释放特点,可以作为评价煤层冲击倾向性的新指标.