注液冻结法在石门揭煤中防突作用的可行性研究

根据人工冻结工程实践和注液冻结法的防突原理,通过冻结成型煤样力学实验,获取冻结煤层抗压强度等力学参数,定量分析了突出煤层注液冻结后力学性能和卸压区安全宽度的变化。根据煤层瓦斯含量公式,计算出不同冻结温度下煤层瓦斯压力。从降低煤层瓦斯压力、提高煤层力学性能、增大卸压区强度及减小瓦斯突出危险系数等方面论证了注液冻结法作为石门揭煤防突方法的可行性。

石门揭露突出煤层冻结温度场数值模拟研究

针对新提出的石门揭煤注液冻结防突方法,根据龙家山煤矿-400 m水平2号石门揭煤工作面施工参数,应用ANSYS数值模拟软件,建立了石门揭煤冻结温度场数值模拟计算模型,分析了不同时期冻结区温度扩展云图,得出不同冻结时间冻结区有效范围、平均温度、交圈时间及温度扩展速度。数值模拟表明:距离中心越近,冻结区煤层温度下降越快;相同冻结时间,竖向中排冻结管断面和横向中排冻结管断面处煤层温度最低。该石门揭煤工作面需要35～40 d冻结时间来满足-15℃煤层控制温度的防突工程要求。证明石门揭煤注液冻结防突技术是可行性的。

石门揭露突出煤层冻结温度场的实验研究

针对新提出的石门揭煤注液冻结防突方法,设计了室内水泥槽模型煤体冻结实验,分析了注液冻结后水泥槽中煤体温度、物理力学性能与冻结时间的关系。实验表明:槽中煤体形成以冻结管中心为圆心、半径为R沿径向随时间扩展的冻煤圆柱。槽中煤、瓦斯和水三相体最终变成坚硬冻结体,极大提高了其抗压强度和弹性模量等力学性能。实验论证了注液冻结石门揭煤工作面冻结区的形成,距离冻结管越近,煤体温度越低,最终能降到石门揭煤防突工程所需的-15℃煤层控制温度。