基于微渗漏机制的甲烷氡气异常特征及其在煤矿隐蔽致灾因素勘探中的意义

煤矿隐蔽致灾因素是指隐伏在煤层及其围岩内不易直接发现而开采过程中可能诱发矿山灾难的地质构造和不良地质体。甲烷和氡气是煤矿中常见的有害气体,其异常释放往往伴随着煤层的不良构造与瓦斯聚集等隐蔽灾害。本文以阳泉新元煤矿为工作区,首次基于微渗漏机制,优选了对隐蔽致灾地质因素敏感性强的甲烷、氡气两种地球化学指标,探讨土壤甲烷和氡气指标地球化学异常特征对煤矿隐蔽致灾因素的指示作用,通过动态监测(408个点位的土壤游离烃甲烷与氡气指标)和面积测量(416个点位的土壤游离烃甲烷、酸解烃甲烷指标以及651个点位的土壤氡气指标)的实测数据,获取了下伏含水破碎带、煤层气渗漏带、微构造裂隙带、陷落柱环绕带等致灾因素分布的地球化学响应特征;同时与广域电磁法开展联合勘探分析,完成煤矿构造类、瓦斯聚集类隐蔽致灾因素的验证识别,推测圈定出工作区潜在致灾因素的分布区段,验证了烃类微渗漏理论在煤矿隐蔽致灾因素勘探中的适用性与实用性,为甲烷、氡气地球化学指标在煤矿隐蔽致灾因素普查勘探中的广泛应用奠定了基础,对于提高煤矿安全生产具有重要意义。

新元煤矿破碎煤体单轴抗压强度快速测定方法研究及应用

单轴抗压强度(UCS)是衡量煤岩体力学性能的基本参数之一,破碎煤体UCS一直是煤矿工程师面临的一个难题。以新元煤矿为工程背景,提出了一种基于原位钻孔触探法快速测定破碎煤体UCS的方法,为构建破碎煤体单轴抗压强度现场测定方法提供了一个新的思路。首先通过优化探针直径和改进动力源,现场对破碎煤体进行原位钻孔触探强度测定,然后采集破碎煤样进行实验室点载荷强度测定,同时根据钻孔触探法和点载荷法2种测试方法将测试数据分为两组,得到对应测试结果威布尔分布相关参数,其次运用数理统计软件SPSS分别对回归方程和回归系数进行显著性检验,建立临界载荷(Pc)与点载荷强度指数(Is50)的关系,在此基础上借助Is50与UCS的经验关系,建立破碎煤体UCS与Pc的关系,实现破碎煤体UCS的原位快速测定。研究结果表明:钻孔触探法与点载荷法测试数据对应的威布尔分布形状参数分别为:4.02,4.12,即2种测试方法的测试结果分布函数形状基本一致;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷与点载荷强度指数的关系为:Is50=0.066Pc-0.002;新元煤矿破碎煤体UCS与钻孔触探临界载荷的关系为:UCS=0.807Pc+1.726;新元煤矿破碎煤体钻孔触探临界载荷为1.55~3.48 MPa,UCS为2.97~4.53 MPa;新元煤矿破碎煤体UCS测定结果与现场估算较为接近,表明所提出的破碎煤体单轴抗压强度测定方法切实可行。

突出煤层CO_(2)气相压裂高效抽采防突掘进技术

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO_(2)气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K1值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K1值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO_(2)气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。

综采自动化控制系统在新元煤矿的应用

分析了综采设备手动操作存在的问题,介绍了阳煤集团新元煤矿310205综采工作面的概况和主要设备选型,设计了综采自动化控制系统,详细阐述了该系统的系统构架和实现的功能。该系统的应用提升了新元煤矿的自动化水平、减少了工作面的工作人员和提高了矿井的生产效率,同时能将工作面的信息快速上传到地面调度指挥中心,为新元煤矿的生产管理提供了便利。

叠后地震多属性分析在煤层裂缝识别中的应用

针对山西新元矿煤层中的裂缝发育问题,以地震属性分析理论为指导,研究了相干、曲率、蚂蚁体等单一地震属性、多属性叠合、多属性神经网络运算裂缝概率等在裂缝识别中的应用效果,地震属性的走向确定了裂缝的方位信息,多属性分析圈定了裂缝发育区域。结合邻区已采掘区域揭露的断裂发育情况,表明以相干、曲率和蚂蚁体等叠后多属性对于裂缝的应用识别效果较好。地震多属性分析对于煤层裂缝的识别有着较好的应用价值,可推广至其他煤矿应用。

新元矿3号煤微孔裂隙特征研究

煤孔裂隙是控制煤层气吸附、解吸、扩散、渗流等的关键因素,其研究对井上下煤层气抽采具有重要指导意义。为了揭示新元矿3号煤微孔裂隙特征,采用扫描电镜对该矿3号煤微孔裂隙进行了观测研究。结果表明:新元矿3号煤中发育有气孔、角砾孔和摩擦孔等3种不同成因类型孔隙,孔隙的形态多样,孔隙大小一般为几百纳米至几十微米,孔隙基本不连通且被少量碎屑物充填,角砾孔连通性好但结构不稳定。煤中发育张裂隙和剪裂隙,裂口宽度一般为数百纳米至20μm,呈张开状且裂口中有少量煤屑所充填;张裂隙产状不稳定,延伸短且多呈弯曲状;剪裂隙产状稳定,定向延伸长;裂隙面粗糙程度不一,张裂隙面粗糙,剪裂隙面光滑平直。

试议注浆技术在新元矿回风立井中的应用

注浆堵水和岩土加固技术是预防和治理水灾及稳定岩土的重要手段。介绍了工作面预注浆及壁后注浆的施工工艺、所采用设备及相关技术参数、技术要求等。