含瓦斯突出煤三轴压缩下力学性质试验研究

以典型煤与瓦斯突出矿井松藻煤电集团打通一矿7#突出煤层制备的型煤试件为研究对象,利用岛津AG-250伺服材料试验机和自行研制的三轴渗透仪,对不同外界应力条件下含瓦斯突出煤的力学特性进行试验研究。结果表明:瓦斯压力固定的情况下,围压对含瓦斯煤的力学特性起到强化和改善的作用。随着围压的增加,突出煤样的三轴抗压强度、弹性模量和峰值应变均呈线性单调增加;围压大小一定情况下,瓦斯压力对含瓦斯煤的力学特性起到弱化的作用。随着瓦斯压力的增加,突出煤样的三轴抗压强度和弹性模量分别呈线性和对函数形式单调递减,而峰值应变则呈线性单调增加;有效应力对含瓦斯突出煤的力学性质具有强化和改善的作用,随着有效应力的增加,含瓦斯突出煤的弹性模量、三轴抗压强度和峰值应变均单调增加。研究成果对采动影响下煤层瓦斯抽放和煤与瓦斯突出防治及预测具有重要意义。

含瓦斯突出煤声发射特性及其围压效应分析

以突出煤制备的型煤试件为研究对象,利用自行研制开发的装置配合岛津伺服试验机及PC-I型声发射监测系统,对含瓦斯突出煤三轴压缩过程中的声发射特性及其围压效应进行试验,并对AE事件各参数规律进行了分析。结果表明:三轴压缩过程中,含瓦斯突出煤AE事件没有特别稠密或稀疏的事件区域出现,仅在压密阶段、线弹性阶段中间点附近、临近峰值阶段3处出现相对稠密区而呈"三峰"分布特点,但多数AE事件振幅较小,且AE事件能量变化与振幅变化趋势具有较好的一致性;外加应力场变化导致微结构变化、煤样内颗粒断裂、煤样内颗粒碎裂、煤样内颗粒相对错动和瓦斯气体逸散导致的微结构变化为AE事件的主要"源";随着围压的增加,AE事件数呈减小趋势,而围压对AE事件总数的影响呈非线性,可用二次曲线表示;随着围压的增加,AE大振幅事件数呈减小趋势,大于某一设定值的AE事件数与围压的关系可用二次曲线表示。

瓦斯突出煤和非突出煤AVO响应的比较

基于Zoeppritz方程,对煤层进行AVO正演模拟,得到煤层的AVO响应曲线。瓦斯突出煤与非突出煤的AVO响应对比表明,无论是瓦斯突出煤还是非突出煤,其顶界面AVO响应在总体上表现为地震振幅绝对值随偏移距增加而减小的特点,但是瓦斯突出煤的截距绝对值要大于非突出煤的截距绝对值,瓦斯突出煤的斜率要大于非突出煤的斜率。煤层厚度变化会对AVO响应产生影响,当瓦斯突出煤和非突出煤的厚度相同时,瓦斯突出煤的截距绝对值大于非突出煤;当厚度不同时,瓦斯突出煤的斜率大于非突出煤的斜率。瓦斯突出煤与非突出煤的AVO响应差异,可为地球物理参数进行煤与瓦斯突出危险性预测以提供技术参考。

煤与瓦斯突出煤层群安全高效开采技术体系与展望

为了解决淮南矿区煤与瓦斯突出煤层群条件下复杂煤层赋存、多源瓦斯涌出、重复开采扰动、多头面生产准备等制约安全高效开采难题,通过分析煤与瓦斯共采技术原理,结合不同的煤与瓦斯赋存特点,对常规的开采上、下保护层瓦斯治理模式进行优化,提出重复开采下保护层远程泄压、开采近距离上保护层抽采瓦斯和顺序向上(下)开采依次保护3种煤与瓦斯共采改进模式,形成"采前、采中、采后"、"本煤层、邻近层、采空区"、"井下、井上"立体抽采瓦斯技术,以及无煤柱开采、突出危险保护层消突、岩巷快速施工、钻孔防喷及增透抽采、地面钻井施工、薄煤层开采装备等配套关键技术。统筹掘进、打钻、抽采、开采等安全生产工作,总结出准备区、治理区、开采区"三区"生产组织方式,从时间、空间上部署多煤层多头面多工序合理有序施工。应用结果表明:突出煤层群可以在低瓦斯状态下安全高效开采,能够建成特大型煤与瓦斯突出井工矿井。最后,针对深部开采面临的灾害治理工程量大、周期长、用工多、成本高等问题,给出了地面钻井治理瓦斯与水害技术思路、高瓦斯自燃煤层无煤柱无巷采煤攻关方向和智能矿山建设设想,并指出探索地面钻井治理灾害新技术、推广无煤柱无巷采煤新工法、研发智能化无人开采新装备是未来的创新方向。

煤与瓦斯突出煤层巷道掘进工作面综合防突技术

本文阐述了掘进工作面瓦斯预抽、超前卸压孔、高压注水、震动放炮相结合的综合防突技术,并结合在新景矿芦南二区3#煤层煤巷掘进中的效果检验,阐述应用综合防突技术措施在煤与瓦斯突出煤层巷道掘进中的作用,对煤与瓦斯突出煤层巷道快速掘进具有指导意义。

煤与瓦斯突出煤层切顶卸压瓦斯治理技术研究

在矿区开采中,切顶卸压后仍遗留问题,比较明显的为瓦斯浓度超标,采空区漏风量呈现骤然上升趋势,遗煤自燃现象也造成不良影响。本文除进行理论分析外,也考虑了煤与瓦斯突出煤层切顶卸压的特征、实际情况等模拟数值。

分段变速加载对含瓦斯突出煤力学特性影响试验研究

为探究采动应力变化对含瓦斯突出煤力学特性的影响,利用RLW-500G煤岩三轴蠕变-渗流试验系统,对新景矿含瓦斯突出煤进行了不同围压和瓦斯压力下的常规三轴和分段变速加载力学试验。结果表明:煤样在2种应力路径下的全应力应变曲线均可分为压密、线弹性、塑性变形、应力跌落和残余应力5个阶段;随着围压的升高或者瓦斯压力的降低,煤体在2种应力路径下的强度和弹性模量均增大;相较于常规三轴,煤体在分段变速加载路径下的强度普遍增大,峰值轴向应变、峰值环向应变绝对值和峰值体积应变绝对值也普遍增大,失稳破坏瞬间应力跌落和能量释放更加剧烈。Mohr-Coulomb强度准则仍然适用于分段变速加载条件下的含瓦斯突出煤,该研究对于认识煤与瓦斯突出的发生机制具有一定的指导意义。

煤与瓦斯突出煤层综掘工作面瓦斯防治技术

为解决寺家庄矿15号煤层综掘工作面突出危险性严重和掘进过程中瓦斯涌出量大的问题,提出了包括水力压裂、交叉钻孔、钻墙边掘边抽和水力挤出在内的瓦斯突出防治"四合一"技术,并进行现场试验。结果表明:综掘工作面瓦斯突出防治"四合一"技术的应用使煤层透气性提高了2～10倍,区域预抽瓦斯纯量提高55%,掘进期间风排瓦斯量下降幅度达17%,回风流瓦斯最大体积分数不超过0.65%,突出防治措施效检指标无超标现象,实现了综掘工作面安全快速掘进。

大采深煤与瓦斯突出煤层消突技术研究

分析了大采深煤与瓦斯突出突出煤层瓦斯压力及突出区域分布规律,随采深增加,煤层地应力越来越高,煤层瓦斯压力、含量越来越大,突出危险性越来越强;采用顺层钻孔法对煤层瓦斯进行抽放以有效降低煤层瓦斯含量,消除煤层的突出危险性。

大直径钻孔消突技术在高瓦斯突出煤层掘进工作面的应用

针对高瓦斯突出煤层煤巷掘进过程中易发生煤与瓦斯突出、掘进速度低等问题,提出并实施大直径钻孔排放瓦斯消除煤与瓦斯突出技术,解决了煤与瓦斯突出问题,提高了掘进速度,确保了高瓦斯突出煤层掘进工作面的安全生产。

煤与瓦斯突出煤层综采放顶煤设计

介绍了通过对采区合理设计解除回采工作面煤与瓦斯突出危险的方法,以保证煤与瓦斯突出煤层综采放顶煤设计能够安全实施。

高瓦斯突出煤层综采工作面瓦斯综合治理与应用

为有效降低高瓦斯突出工作面的瓦斯含量,对杨柳煤矿104采区开采过程中的瓦斯治理措施进行了研究;采用了顺层孔和穿层孔预抽、高位钻场对采空区抽放及地面钻井辅助抽采等矿井瓦斯治理措施,并对钻孔设计进行一系列的优化,确保抽采效果最大化,消除了煤层的突出危险性。

急倾斜煤与瓦斯突出煤层群矿井设计探讨

在分析新疆焦煤集团砂沟煤矿开采技术条件的基础上,采用方案对比法,设计并详述了其井下巷道布置方法,并从巷道布置方式、预抽煤层瓦斯与开采保护层两方面,对防治煤与瓦斯突出进行了概述,为类似条件的煤矿设计建设提供参考。

瓦斯突出煤体探测的物性前提及应用

介绍了利用无线电波坑道透视技术进行瓦斯突出煤体探测的物性前提及电磁波在由突出煤体和非突出煤体组成的瓦斯突出煤层中传播时的电性响应 .以一工作面的探测方法、资料解释及回采验证情况 ,说明了实现突出煤体无线电波坑道透视探测的可能性及存在问题 .

平煤二矿进风井井筒揭穿煤与瓦斯突出煤层实践

立井揭煤虽然在技术和工艺方面与石门(斜井)揭煤有相同之处,但也有其特殊性。根据平煤二矿三水平进风井揭穿戊组煤层的施工实践,阐述了立井揭穿煤与瓦斯突出煤层的技术参数及工艺要求,以及取得的效果。

煤与瓦斯突出煤层开采工作面预抽瓦斯消突效果评价

煤层顺层钻孔瓦斯预抽是重要的煤与瓦斯突出防治措施,针对采取消突措施后是否可以进行工作面回采作业的问题,以山西平舒煤业有限公司15207工作面为工程背景,通过理论计算和现场实测进行了工作面预抽瓦斯消突效果评价。检测结果表明工作面消突措施效果明显,突出危险性较低,可进行回采作业。

煤与瓦斯突出煤粉在巷道内运移分布规律试验研究

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一,主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋。利用自主研制的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验。结果表明,突出启动后,瓦斯气体携带煤粉以射流状喷向巷道。在0.35 MPa低瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能低,突出煤粉初始加速度小,受重力和阻力影响显著,运移形态以沙丘流和分层流为主,并出现多次“加速−减速”过程,最大速度为34.2 m/s;而在2.00 MPa高瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能高,突出煤粉初始加速度大,能有效克服重力和阻力,运移形态以栓流为主,运移速度降低不明显,最大为71.2 m/s。同时,当瓦斯压力从0.35 MPa增加至0.85 MPa和2.00 MPa时,相对突出强度由36.13%增大至52.39%和63.70%,且煤层瓦斯压力越高,突出煤粉运移距离越远,巷道末端集尘袋内煤粉质量占比越高,分别为65.21%、75.05%和87.17%。此外,突出结束后,突出煤粉粉碎率随瓦斯压力增加依次增大,分别为8.1%、21.5%和28.0%,但是粉碎到临界粒径0.075 mm以下的煤粉较少。最后,计算得到不同瓦斯压力条件下突出煤粉破碎指数分别为0.19、0.44和0.56,与相对突出强度具有较好的线性拟合关系。研究结果对揭示突出致灾机制、制定防灾减灾措施具有一定指导意义。

水力冲孔布孔参数对高瓦斯突出煤层卸压效果的影响

水力冲孔的影响范围决定着钻孔的布置,合理的布置钻孔能够显著地提升煤层渗透率,增进瓦斯高效抽采,因此探究冲孔的影响范围非常重要。本文以平顶山八矿己15煤层为试验对象,介绍了高压水力冲孔设备,并通过FLAC3D软件进行模拟,比较了不同冲孔出煤量条件下的卸压效果和钻孔之间的相互作用,其模拟数据与现场试验结果相互验证。结果表明:钻孔直径、钻孔间距影响四周煤体的卸荷情况,煤孔的孔间距理论上在5m左右,出煤量的最优范围在0.37～1t/m之间。研究结果可为钻孔的排布和水力冲孔的工程运用提供技术借鉴。

高瓦斯突出煤层群井筒安全揭煤技术研究

针对新副井所揭煤层群各煤层的特点,按有无突出危险性将煤层群分成两组,便于进行揭煤管理。按三阶段法在各个阶段采取安全揭煤措施:法距10 m～15 m处施工前探钻孔进行勘探煤层及测试瓦斯压力;法距5 m处打排放孔进行突出危险性预测;法距1.5 m～2 m处采取远距离放炮揭煤。进行效果评价,井筒顺利揭开煤层群。

煤与瓦斯突出煤层定向复合钻进技术研究

基于首山一矿己_(15-17)-12110工作面倾斜宽260m,采用常规钻机施工穿层钻孔无法全覆盖且轨迹不可控,容易造成瓦斯抽采空白区的现状。以己_(15-17)-12110工作面为试验点,采用轻型定向钻机,以定向钻进和回转钻进相结合的工艺,对工作面中部常规穿层钻孔控制不到的空白区域采取定向钻孔区域瓦斯治理措施,验证定向复合钻进工艺在煤与瓦斯突出煤层中的可行性。结果表明:采用定向复合钻进,通过沿倾向在主孔上开分支的布孔方式,可控制工作面回采区域的瓦斯抽采;累计施工钻孔长度580.5m,累计冲出煤量约165.5t;探明了中抽巷至煤层范围的地质情况,煤厚5.6m,夹矸0.8m,夹矸距煤层底板2.8m。试验结果可为煤与瓦斯突出煤层的瓦斯预抽采提供经验借鉴和技术支撑。