地应力对瓦斯渗流特性及瓦斯抽采效果影响的试验研究

本文应用FLAC3D数值模拟软件对潞安集团余吾煤业公司煤层建立数值模型,模型比例为1∶1,得到不同类型断层下的动采应力分布数据。通过实例,定量分析了地应力对煤层瓦斯压力和瓦斯含量的影响以及潞安矿区地应力变化与煤岩渗透率关系。

监测采动岩层地应力变化预测矿井出水情况

为有效预测矿井出水状况，防止矿井突水事故的发生，采用天然电磁波法矿山采动岩层地应力变化监测系统对梧桐庄矿182101采煤工作面全程采煤过程中的地应力变化进行监测，结合区域地应力的变化作出了7次出水情况预测意见，结果显示在做出预报后的1～4d时间内，出水量有明显的增加，持续很短时间后开始下降，并分析了出现这种现象的原因．该方法也可以对某些矿井地质灾害的发生提前作出预报，为煤矿制定合理有效的突水治理方案提供依据．

上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性

保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现“W”型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。

倾斜厚煤层采动覆岩裂隙演化规律数值模拟

为准确掌握倾斜厚煤层采动覆岩裂隙演化规律,对井下煤体回采中瓦斯抽采系统的布置提供依据,以新疆某高瓦斯矿井倾斜厚煤层工作面为试验原型,通过数值解算方法对回采过程进行模拟,掌握倾斜厚煤层采动覆岩裂隙高度发育范围,通过分析覆岩位移与顶板应力的变化规律,明确倾斜厚煤层采动裂隙演化规律。结果表明:倾斜厚煤层工作面采动覆岩总体垮落形态沿煤层走向呈轴对称梯台状分布,沿倾向呈非对称垮落椭抛带形态;应力集中系数在覆岩裂隙区与压实区的边界处发生突变,应力峰值与推进距成正比关系;第1层阶梯所处区域为冒落带,即0~20 m,第2层阶梯所处区域为裂隙带,即20~65 m,研究结果有效掌握了倾斜煤层采动覆岩裂隙演化规律,为倾斜厚煤层中瓦斯系统布置提供参考,对实现倾斜厚煤层工作面的安全高效开采具有一定的意义。

水力压裂弱化顶板护孔技术

煤矿工作面单翼布置顺序开采的情况下,工作面顺层钻孔容易受到邻近工作面采动支承应力影响导致钻孔失效。现阶段的护孔研究集中在增强钻孔本身强度,未针对影响钻孔稳定性的根本性因素提出解决措施。针对上述问题,提出了一种水力压裂弱化顶板护孔技术。通过水力压裂弱化顶板,减小作用在邻近工作面煤体上的采动支承应力峰值,阻断高支承应力向顺层钻孔周围煤体的传递,并在顺层钻孔内全程下筛管,保证煤体逸散出的瓦斯可以进入顺层钻孔。采用数值模拟分析了水力压裂弱化顶板前后顺层钻孔周围煤体垂直应力和塑性区变化规律,结果表明:通过水力压裂弱化顶板,顺层钻孔周围煤体的垂直应力峰值由21.2 MPa降低为9.1 MPa,煤体塑性区范围由19 m减小为11 m。根据数值模拟结果确定的水力压裂参数进行了现场测试,结果表明:采用水力压裂弱化顶板护孔技术后,钻孔瓦斯抽采体积分数平均值由3.6%提高到14.1%,瓦斯抽采混合流量平均值由1.28 m^(3)/min降低为0.464 m^(3)/min,未出现大范围顺层钻孔内发生煤体氧化而产生CO的情况。因此,水力压裂弱化顶板护孔技术可有效避免钻孔失效漏气,提高钻孔抽采效果,保证钻孔抽采安全。

华亭煤矿强矿压力学机制与防治对策

为从机理上认识和防治华亭煤矿强矿压,应用震源机制解答方法反演强矿压岩体破裂机制,结合现场地应力测量、微震监测、现场调查、采矿活动分析和理论分析等技术途径,验证震源机制解答方法的可靠性,分析强矿压成因,制定强矿压防治策略。研究得出如下认识:震源机制解答方法反演煤矿采动岩体破裂机制的应用效果较好;华亭煤矿强矿压频发的主要原因是水平应力强度高、最大主应力方向与巷道走向大角度相交、厚层砂岩大面积悬顶、底煤厚度大且冲击倾向性强;防治此类强矿压发生的主要途径是工作面设计应避开最大主应力方向与巷道走向大角度相交、先开采底板抗冲击性能较好的下分层、顶板预裂卸掉垂向采动应力和巷道钻孔、切槽断底。

杜儿坪矿8#煤层顶板两带高度数值模拟研究

基于岩体力学特性及其变形破坏准则,运用FLAC3D数值模拟分析手段对杜儿坪矿68303综采工作面开采过程中顶板应力状态、破坏形态及采动垂直应力变化幅度进行了研究,通过提取顶板拉剪破坏、塑性变形及采动垂直应力变化较大幅度等区域的数据信息,分析推定了顶板两带发育高度。数值模拟与现场测试结果对比分析表明,数值模拟应力状态、破坏形态及采动垂直应力变化幅度等特性的分析结果基本能反映顶板两带的形成机理及高度范围,表明数值模拟分析手段可以作为综采工作面两带高度研究的有效方法。

底板型冲击危险巷道深孔断底爆破防冲原理及实践研究

通过采用弹性薄板小挠度理论对巷道底板受力分析,弄清冲击危险巷道底板冲击的主要影响因素,采用理论分析、数值计算相结合的方式研究断底爆破的防冲机理和优化方案,并对深孔断底爆破的防冲效果进行现场验证。研究发现,采动水平应力是造成巷道底鼓的主要原因,而底板的分层厚度、力学性质以及巷道两侧围岩的支护强度是巷道底鼓的主要影响因素。当底板岩层为致密厚质岩层时,当其断裂过程中所释放的弹性变性能会造成底板型冲击动力显现。深孔断底爆破其防冲实质为钻孔卸压法与振动爆破法防冲技术的有机结合。采用底板中部断底爆破与煤层断底爆破相结合的方式,不但可以释放底板内积聚的高应力,破坏其连续传递应力和积聚高能量的能力,也可使巷帮煤体的应力得到释放,卸压效果更为明显。