瓦斯封存机制探讨

在介绍煤层中瓦斯赋存规律、形式、特性的基础上,探讨了不同地质构造、水文地质条件对煤层含气性的影响。

基于响应面法的采空区充填材料配比优化研究

为解决采空区垮落和瓦斯扩散问题,分别选用矿渣、粉煤灰和水泥作为充填材料的骨料、细料和胶结剂,采用响应面法(Response Surface Method,RSM)设计配比试验,以质量浓度、材料比例和矿渣粒径作为单因素影响因子,材料流动性、抗压强度和渗透率为响应目标值,分析料浆质量浓度、材料比例和矿渣粒径对充填材料流动性、抗压强度和渗透性能的影响规律,并建立非线性回归方程,优化多目标条件下的充填材料配比。研究结果表明:①粉煤灰的火山灰效应会影响充填材料的水化反应进程,随着粉煤灰比例增大,各龄期的抗压强度先增大后减小,各龄期的渗透率增大;②矿渣表面粗糙,密度变化较大,在养护后期,随着矿渣粒径增大,材料抗压强度先增大后减小,材料渗透率减小;③充填材料的最佳材料配比为水泥∶粉煤灰∶矿渣=1∶3∶5,其中料浆质量浓度为80%,矿渣粒径为5~10 mm;④该配比条件下的充填材料浆体流动度为20.5 cm,14 d渗透率为0.021×10^(-14)m^(2),14 d抗压强度为22.2 MPa。研究成果为采空区减沉与瓦斯封存协同治理提供了基础参数和理论依据。

煤层应力变化对瓦斯渗流和封存影响的理论分析

从巷道和钻孔两种尺度分析了煤层应力变化对瓦斯渗流和封存的影响机理。结果表明,煤层应力变化对瓦斯渗流存在明显的"挤出"和"封存"效应;煤层应力变化对瓦斯渗流的影响主要通过低速条件下瓦斯流动启动压力梯度变化而作用,对瓦斯封存的影响主要通过3个方面,即煤体的弹性自调节综合效应、应力场对煤层天然孔隙裂隙开合程度的影响、低速条件下瓦斯渗流启动压力梯度等进行作用的。研究结论对于瓦斯流动研究具有重要的理论意义。