构造煤变形能及在煤与瓦斯突出中的作用

煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害,尽管突出的综合作用假说已被广泛认可,相比于瓦斯膨胀能,煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略,对霍多特和郑哲敏的研究(突出能量领域的代表性成果)开展了系统回顾与讨论,认为霍多特提出的突出激发能量判据以煤体变形能为核心,而郑哲敏的数量级对比结果不能作为变形能可以被忽视的证据。大部分煤与瓦斯突出事故发生在构造煤层中,为揭示构造煤变形能在突出中的贡献,开展了煤体循环载荷实验与三轴破坏同步声发射监测实验,实验结果表明:与原生煤的线性、小变形特征不同,构造煤的加卸载曲线具有非线性、大变形的特征,构造煤的变形能与应力不再符合平方关系。基于土力学临界状态模型,构建了适用于构造煤非线性特征的变形能理论计算模型,该模型反映了煤体变形能与应力间的幂函数关系,确定了构造煤的幂指数主要为1.1~1.3,原生煤的幂指数主要为1.7~1.9,进一步表明构造煤的性质与土体更相似,而原生煤的性质更接近理想弹性体。尽管在相同应力水平下,构造煤的变形能更大,但构造煤在失稳后的对外释放能量很低,表现为损伤破碎时几乎不产生声发射信号。构造煤变形能的对外释放能量增加了煤体孔隙率,对内耗散能量为瓦斯快速解吸提供条件,2者综合控制了瓦斯膨胀能的释放。瓦斯膨胀能的研究对象应为参与突出做功的瓦斯,即突出煤体在短时间内的释放瓦斯,进一步的实验与数值分析结果表明,参与突出做功的瓦斯膨胀能与构造煤体变形能数量级相近,为10^(2)~10^(3)kJ/t。煤体变形能与瓦斯膨胀能的释放存在时序性与因果性,在突出孕育–激发阶段,煤体变形能的预先释放是瓦斯膨胀能聚集的必要条件。突出由煤体变形能与瓦斯膨胀能共同控制,煤体变形能与瓦斯膨胀能在突出中具有同等重要的地位。

构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用

为探讨构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用,运用瓦斯地质学、构造物理学和岩石力学方法分析了构造应力场对煤体结构、地应力和煤层瓦斯的作用,结合煤与瓦斯突出实例研究了构造应力场对突出分布、类型和强度的作用,揭示了构造应力场控制煤与瓦斯突出机理和作用形式。研究表明:构造应力场控制煤体结构分布、类型及煤体强度特征,挤压构造应力场是形成构造煤的主要应力作用形式,并于褶皱层间滑动带和压扭性断裂带形成构造煤发育区;构造应力场强度越大,煤体破坏程度越高、煤体强度越低。构造应力场控制地应力类型、大小和方向,强构造应力场作用区域属于大地动力场型并处于高地应力环境,构造应力场方向即地应力的最大水平主应力方向。构造应力场影响煤层瓦斯富集程度,强构造应力场作用区域煤层渗透率低、瓦斯含量高、瓦斯压力大,并于压扭性构造带形成瓦斯富集区。多期构造应力场演化作用造成构造煤、地应力和煤层瓦斯呈区域性分布,进而控制突出的分区分带特征;构造应力场产生的水平挤压作用控制突出类型以压出为主;构造应力场的最大水平主应力方向与巷道轴向夹角越大,应力集中系数越大,突出强度越大;最大水平主应力越大,煤岩体弹性变形能和瓦斯膨胀内能越大,突出强度越大。

基于Apriori算法的盘江矿区煤与瓦斯突出特征研究

为揭示盘江矿区煤与瓦斯突出灾害发生规律,提高瓦斯防治工作的针对性,根据Apriori算法规则的原理和方法,对盘江矿区37起煤与瓦斯突出事故点的瓦斯地质参数进行了统计分析,以最小支持度为40%、最小置信度为75%的二项关联规则基准开展了数据挖掘试验。结果表明:煤层瓦斯压力1~2 MPa与埋深200~400 m、煤厚2~4 m与煤的瓦斯放散初速度≥15mmHg、煤厚2~4 m与煤厚变异系数≤0.2、泥岩厚度≤5 m与围岩强度系数≥2,是具有强关联特征的参数组合类型,盘江矿区发生煤与瓦斯突出地点都呈现浅埋深、高瓦斯压力、厚煤层和围岩强度大的典型特征;在特殊的山地浅埋深条件下(200~400 m),煤层原始地应力往往不大,高瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要影响因素,煤层瓦斯压力普遍达到1~2 MPa;煤厚增大、瓦斯放散初速度高反映出煤体结构受到过强烈破坏,局部发育具有煤与瓦斯突出倾向的构造煤,煤厚变异系数小预示煤层遭受的破坏形式不以煤层局部变异为特征,可能存在以分层构造煤特征的煤体结构破坏的形式;在煤层的顶底板砂岩等强岩层普遍较厚的情况下,煤层高强度砂岩顶板在开采扰动下产生的动载荷条件,叠加形成了煤与瓦斯突出发生强应力场条件;高瓦斯压力、构造煤与顶板围岩特性是影响盘江矿区煤与瓦斯突出的主要因素,在煤矿开采过程中,应以瓦斯压力作为主导参数指标,并重视结合构造煤、顶板岩性的特征来开展煤层突出预测与治理工作。

陕西侏罗纪煤层瓦斯灾害特点及突出发生条件的探讨

随着我国煤炭生产向西部转移,西部尤其是西北地区大量开采低阶煤的矿井瓦斯灾害,成为必须认真面对的重要问题。以陕西黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区、旬耀矿区、永陇矿区的6个典型矿井为研究对象,分析总结了矿井瓦斯赋存特征,并从煤层突出危险性单指标、能量、突出动力效应等多个角度探讨了煤层突出危险性。研究表明:黄陇煤田以低变质烟煤为主,煤的破坏程度小、硬度较高,煤层瓦斯普遍呈现高压力、低含量(1.71~4.36 m^(3)/t)特征;较低的瓦斯含量使煤层中孕育的瓦斯内能连同弹性潜能低于煤体破碎并抛掷做功所需要的能量值,也不能产生足够多的气体裹挟煤炭在巷道空间运移形成典型的突出灾害;但发生片帮或冲击地压等动力现象时短时间内的大量瓦斯涌出将成为这些矿井主要的瓦斯事故风险。指出陕西侏罗纪煤田的矿井应在做好瓦斯抽采的同时,通过控制好煤壁顶板和冲击地压将能有效减少瓦斯事故的发生。

小断层附近煤与瓦斯突出危险性预测

煤与瓦斯突出危险性预测关系到瓦斯治理措施的有效实施。为提高煤层隐伏小断层附近瓦斯治理的效果,结合煤与瓦斯突出的主要影响因素,提出了小断层附近煤与瓦斯突出危险的动态分析方法,包括瓦斯地质条件勘查、瓦斯地质数值建模、采动应力场演化及煤与瓦斯突出预测等流程。以古汉山煤矿14171采煤工作面为例说明该方法实施过程,在瓦斯地质条件精细勘查基础上构建数值模型,开展了工作面开采前,以及开采过程中的采动应力场数值模拟分析,发现煤层在开采前应力集中区出现在断层端部偏一侧部位、在开采过程中沿断层走向一侧范围出现应力集中,预测在小断层端部偏一侧15 m范围内有煤与瓦斯突出危险,开采距断层小于21 m范围内煤层存在煤与瓦斯突出危险,煤与瓦斯突出危险带的分布范围为区域防突措施评判和工作面预测提供了理论指导。现场实施的检验钻孔表明,瓦斯解吸指标Δh2和钻孔瓦斯涌出初速度指标q在开采距小断层8~20 m范围内出现异常增大现象,该范围煤与瓦斯突出危险性大,与煤与瓦斯突出动态分析的结果基本吻合,佐证了该方法的有效性。研究成果为复杂构造带煤与瓦斯突出预测开辟了新思路,为相似地质条件下矿井开展瓦斯治理工作提供了技术借鉴。

构造复杂矿区煤与瓦斯突出瓦斯地质分析

为深入认识地质构造带煤与瓦斯突出事故的发生机制,以芦岭矿为例,运用瓦斯地质理论,论述矿区的构造特征和瓦斯地质特征,分析压扭性断层形成过程中构造运动对煤体结构和瓦斯赋存的影响。研究发现,芦岭矿位于逆冲断裂地质构造带上盘,构造松软煤层发育,压扭性断层和层滑构造对矿区影响明显;在挤压应力作用下,压扭性封闭性逆断层区域煤体裂隙发育,应力控制着瓦斯向裂隙发育区运移和聚集,使其成为高压瓦斯富集区;受采掘等作业影响,在煤层暴露的瞬间,压扭性逆断层构造带附近区域煤体内储存的大量承压状态瓦斯和构造松软煤岩混合物被疾速抛出,从而形成煤与瓦斯突出。

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．

煤田地质构造与瓦斯突出关系分形研究

采用分形几何手段,对全国范围内若干煤田中的地质构造分布特征和矿区突出危险性的关系进行了分析,并对突出预测的构造分维指标进行了优化 各类突出矿区煤田中断层和褶曲构造的分布服从分形规律,煤田地质构造分布对突出危险性的影响可以用分维来描述.断层分维和褶曲分维与突出危险性之间存在正相关关系,二者综合所构成的构造分维和指标是一项较为良好的突出区域预测指标.

煤层地质构造对煤与瓦斯突出的控制作用

为了提高丁集煤矿地质构造破坏带内煤与瓦斯突出预测的准确性,分析研究了丁集煤矿煤与瓦斯动力现象的特征,统计了其主采11-2煤层6条巷道的实测预测参数,分析地质构造带内煤与瓦斯突出预测超标点的特征和超标点距构造带的距离。结果表明:丁集煤矿煤与瓦斯动力现象特征是在瓦斯的参与下,以地应力和地质构造综合作用为主的压出;瓦斯涌出初速度预测指标在井田东部构造带附近敏感性较强;在煤巷掘进过程中遇构造破坏带前30m范围内应该加强煤与瓦斯突出的预测预报,10m范围内应实施积极的防突措施,以防止瓦斯动力事故的发生。

地质构造对煤与瓦斯突出控制作用的研究现状与发展趋势

初步分析了各类地质构造对煤与瓦斯突出的控制作用,对各类构造带发生的典型突出实例做了统计.地质构造对煤与瓦斯突出控制作用的研究,一百多年来多是定性的分析和统计研究,而定量化的研究还处在初步尝试阶段.指出在定性研究成果的基础上,指导开展对地质构造控制煤与瓦斯突出发生作用机理的定量化研究,深入分析构造应力场、煤岩破裂场和瓦斯运移场耦合演化动力学规律是该研究方向的发展趋势.

地质构造的定量评价与煤与瓦斯突出的相关性研究

以青东煤矿为研究对象,运用分形理论和方法对研究区进行地质构造的定量评价,确定了研究区中构造网格的分形特征,初步建立了其构造的定量评价与突出之间的关系。但在进一步进行局部区域的精确预测时,须正确分析地质构造所起的具体作用,才能对地质构造对煤与瓦斯突出的影响做出客观评价,从而对矿区局部煤与瓦斯突出进行精确预测。

鹤壁矿区地质构造对煤与瓦斯突出的控制

根据鹤壁矿区煤与瓦斯突出特点,分析了3对突出矿井的区域构造背景及地质构造对突出的控制作用。在此基础上提出了鹤壁矿区防治煤与瓦斯突出的方法。

深井地质构造复杂区域突出煤层掘进防治煤与瓦斯突出

谢一矿望峰岗井为深水平矿井。介绍了该井在一段地质构造复杂区域突出煤层煤巷掘进过程中采取的防突技术、管理制度、管理体系,为矿井生产带来明显的安全和经济效益。总结了其中的技术创新和操作标准化,为深井地质构造复杂区域突出煤层掘进防治煤与瓦斯突出的开展提供了一定的参考。

平煤四矿地质构造对煤与瓦斯突出的影响

为研究平煤四矿瓦斯地质规律,运用瓦斯赋存构造逐级控制理论,结合大量瓦斯地质资料研究了矿区、矿井地质构造。分析井田内断裂构造、顶板岩性、上覆基岩厚度、构造煤对瓦斯赋存的影响。

多重地质构造影响下的煤与瓦斯突出危险性研究

煤与瓦斯突出灾害是我国煤矿的主要灾害之一,严重阻碍煤矿的安全、高效生产。大多数煤层形成后,经历了多期构造运动的改造,形成了复杂的构造体系。我国大多数煤矿受多重地质构造的影响,造成了煤矿瓦斯地质特征更加复杂。以平顶山矿区为例,通过对矿区构造背景、地质构造特征、矿井分布与地质构造部位关系及不同构造部位矿井的煤与瓦斯突出危险性分析,揭示了地质构造对煤与瓦斯突出灾害具有控制性作用,且受多重地质构造影响的煤层煤与瓦斯突出特征更为复杂,研究成果可指导煤矿瓦斯灾害的防治。

淮南矿区潘三矿地质构造及煤与瓦斯突出特征

淮南矿区现有9对生产矿井中8对属于煤与瓦斯突出矿井,对潘谢矿区潘三矿地质构造及煤与瓦斯突出调查表明,矿井地质构造和构造软煤的发育程度及其空间展布对煤与瓦斯突出的发生有着极为重要的影响。

论地质构造及其演化对煤和瓦斯突出的控制——以南桐矿区为例

本文在对南桐矿区地质构造与煤和瓦斯突出关系详细研究的基础上，论述了地质构造及其演化对煤和瓦斯突出的控制。主要结论有：（１）构造应力场具有主控作用；（２）构造演化造成了煤变质程度、煤体破坏程度和煤层瓦斯含量差异；（３）构造演化还造成了现今构造应力和瓦斯压力分布的差异；（４）地质构造及其演化控制了煤和瓦斯突出的区域性分布。

煤与瓦斯突出的地质构造影响因素研究

论文通过在我国某矿进行地质动力区划方法,查明了矿井构造应力的分布情况,确定了矿井的高应力区和应力梯度区。研究表明地质构造对煤与瓦斯突出的发生具有重要影响,褶皱、断层等不同的构造是地应力分布、瓦斯分布、构造煤形成的主要因素。研究结果为进行煤与瓦斯突出区域预测和防治工作具有指导意义。

地质构造对煤与瓦斯突出影响

煤与瓦斯的突出是煤体与瓦斯受力失衡而引起一种强烈的动力现象。其突出受瓦斯压力、地应力和煤体物理力学性质等因素综合影响和控制。论文通过具体分析这些因素对突出的影响,预测煤与瓦斯突出分布规律,为煤矿的安全高效生产提供一些参考性建议。

矿区地质构造对煤与瓦斯突出地段的控制

矿区地质构造对煤与瓦斯突出的控制通过对地应力的分布、瓦斯的保存以及软分层的发育而表现出来。压性构造有利于高地应力的生成、瓦斯的保存以及软分层的发育,从而有利于煤与瓦斯突出的发生;而张性构造则不利于煤与瓦斯突出的发生。此外,煤层围岩性质、煤层厚度和倾角对煤与瓦斯突出的发生也起了一定的控制作用。