含瓦斯煤层的真实突出危险性及其判别试验

由于含瓦斯煤层突出危险性的判别是预防煤与瓦斯突出的关键,因此通过分析煤层开挖现场的应力和瓦斯条件,提出了煤层"真实突出危险性"的定义,认为含瓦斯煤层如不存在瓦斯卸压带,在应力、煤层原始瓦斯压力作用下的稳定性代表了真实的突出危险性。利用RFPA2D-Flow软件和相似模拟试验方法,以煤体强度为分组指标,研究了各组煤体在应力、瓦斯压力作用下的真实突出危险条件。煤层突出的瓦斯压力-应力临界条件可分为3个阶段:1在低水平应力范围内,应力阻碍突出,此阶段发生的突出主要以瓦斯压力作用为主,应力的增加对煤体起加固作用;2随着应力的增加,应力的作用由加固煤体转变为破坏煤体,应力加剧突出;3随着应力继续增加,突出发生的瓦斯压力降低并基本固定在某一水平,不再随应力增加而变化,此时煤体在高应力作用下发生宏观破坏,煤体状态处于峰后阶段,瓦斯压力的作用主要是破坏具有残余强度的煤体并抛出。最后,根据煤体破坏瓦斯压力-应力临界关系方程,得到了利用煤体强度参数确定煤体真实突出危险性的方法。

有自燃倾向性含瓦斯煤层开采的安全措施

在分析比较的基础上，介绍了水基泡沫处理采空区防止采空区自燃和避免工作面上隅角瓦斯积聚的方法。

含瓦斯厚煤层顶分层开采解放作用分析

通过相似材料模拟实验,分析了含瓦斯厚煤层顶分层开采时支承压力对煤层底板的破坏作用,并根据压力分布和破坏程度对煤层底板裂隙沿深度方向进行定性定量分带,计算出底板最大破坏深度及其位置,探讨了各分带瓦斯运移特征,进而阐述了顶分层开采对下分层的解放作用,为安全、合理开采含瓦斯厚煤层且有效抽排煤层瓦斯提供了理论依据。

煤层压裂开采与治理区域瓦斯的基本问题

由于煤层的矿物成分、结构体系、瓦斯的吸附解吸效应等导致含瓦斯煤层水压致裂复杂,煤层压裂治理区域瓦斯技术目前整体上还处于起步阶段。提出了煤层水压(流压)致裂治理区域瓦斯的理论、技术与装备等基本问题框架。在分析煤层物理化学特性的基础上,初步给出了煤层压裂的力学机制与裂缝基本空间形态。分析了含瓦斯煤层水压致裂的物理化学作用、结构改造增透、应力扰动效应、驱赶瓦斯效应、水锁效应等作用。以孔隙压力梯度作用机制为切入点,深入研究煤岩层压裂的细观破裂机理、应力扰动效应与评价方法、体积致裂机制、驱赶瓦斯效应、支撑剂在裂缝网络的运移规律与压嵌特性、排采规律等理论问题。针对驱赶瓦斯效应扬长避短,使含瓦斯煤层压裂上升至压裂驱赶层次。提出了需要深入研究的技术安全性评价、工艺技术、合理泵注排量、压裂裂缝扩展及其效应监测、适用条件与规范等技术问题。研制了井下压裂治理区域瓦斯的致裂封孔系统、分析软件与测控系统等成套装备。

地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯数值试验与应用

为解决塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯低含量、高涌出的问题,同时为了弥补大型物理实验和现场试验成本高、操作难的缺点,根据该矿8101工作面所属区域煤层的地质和瓦斯赋存条件,确定了数值试验方案,对地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯的效果进行优化分析。基于煤岩(体)的孔隙特征,构建了含瓦斯煤岩(体)破裂过程气-固耦合和渗透率-损伤耦合数学本构模型。采用RFPA^(2D)瓦斯分析版软件建立地面钻孔抽放瓦斯的数值计算模型,设置有关简化条件、边界条件和物性参数,通过数值试验得出:地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部比较合理;在综合考虑地面垂直钻孔投入成本和瓦斯抽采效果的基础上,确定地面垂直钻孔间距为50～60 m比较合理。同时,由8101工作面地面垂直钻孔抽采煤层瓦斯的实际应用效果分析可知,当地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部,且钻孔间距布置为50m时,能够实现良好的瓦斯抽放效果,这也从一定程度上进一步验证了数值试验的合理性和可行性。

隧道工程穿煤层安全技术研究

隧道施工过程中经常遇到含瓦斯煤层。瓦斯是煤的伴生气体,瓦斯含量与瓦斯压力共同决定了煤层瓦斯的赋存状态。在施工过程中,必须采取合理、有效的安全技术降低前方煤体瓦斯含量,抑制瓦斯涌出强度,确保巷道瓦斯浓度符合规定要求。本文从煤层瓦斯突出机理、瓦斯治理安全技术措施、施工工艺等方面进行了研究,保障隧道工程穿越煤层时人员安全。