瓦斯压力场方程的研究

掌握瓦斯压力分布对采掘工作面瓦斯灾害的防治至关重要。利用理论推导和软件模拟的方法,对单一巷道(钻孔)瓦斯压力场方程进行了分析。根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程,建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解,得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程。根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上的单位面积瓦斯流量方程和煤层透气性系数λ的方程,它们都是关于时间t和距钻孔(或巷道)中心距离r的函数。利用λ的方程和矿山压力理论解释了煤层中打钻时出现的喷孔现象。瓦斯压力场方程的得出有助于掌握瓦斯在煤层的赋存状况,进而采取有效的瓦斯灾害防治措施。

掘进工作面瓦斯压力场与应力场的分布关系

采用测定煤层瓦斯压力的方法,观测掘进工作面瓦斯压力场与应力场的分布关系,证明了掘进工作面瓦斯压力场与地应力场的分布是密切相关的:当地应力随着掘进过程发生变化时,瓦斯压力也随之变化;瓦斯压力的大小取决于地应力的大小,地应力场对瓦斯压力场起控制作用。

基于Matlab与实测数据重构采动煤层三维瓦斯压力场

为掌握煤层瓦斯压力三维分布特征和瓦斯压力集中区位置,采用现场试验、理论分析的方法对瓦斯压力三维分布特征及受采掘扰动影响的变化规律进行研究。结果表明:瓦斯压力沿走向存在单驼峰状的峰值区,沿倾向不存在峰值区;开采扰动强度越大,瓦斯压力峰值越大,峰值位置越靠近工作面。基于Matlab编程分别采用线性插值、样条插值和立方插值3种插值方法重构了远场煤层静态瓦斯压力场和近场煤层动态瓦斯压力场。比较插值结果可知,提出的基于最小二乘法拟合三次多项式的立方插值法较好地反映煤层瓦斯压力的三维分布特征,瓦斯压力场的平滑性和连续性均优于线性插值和样条插值的结果,没有出现不合理的突变,该插值法较真实地重构了煤层三维瓦斯压力场,为预测瓦斯压力集中区提供了依据。