ULTRASONIC CHARACTERISTICS OF THE DISTURBED COAL MASS

Coal and gas outbursts are a mechanical dislocation process of a gas-logged and porous medium.The existence of the disturbed coal is a precondition of the outbursts. The study showed that the disturbedcoal and normal coal are greatly different in mechanical and physical properties which decided the speeds of ultrasonic wave travelling in them. This paper presents a set of experimental measuring system and method.The resultal of measurements conducted in 60 min areas revealed quite different ultrasonic characteristics indifferent types of coal mass textures. Measuring the disturbed coal is a new way for predicting the outbursts.

不同冲击倾向煤体失稳破坏声发射先兆信息分析

掌握煤体冲击破坏前兆信息是科学预测预报煤岩介质冲击地压的科学瓶颈问题,应力加载下不同冲击倾向性煤体失稳破坏声发射前兆信息研究是解决这一问题的重要手段。采用声发射探测手段对不同冲击倾向性煤体失稳破坏进行实验研究,通过分析发现不同冲击倾向煤体失稳破坏过程中振铃计数、AE能量、频谱及b值变化存在差异。伴随煤体冲击倾向性增强,加载过程煤体振铃计数、AE能量趋向于高应力区域集中,煤体弹性阶段所占比例增加,塑性破坏阶段所占比例减少;主频带宽变动较小,有集中的趋势,主频强度在弹性阶段、塑性破坏阶段、临破断阶段均不同程度增加,煤体冲击倾向性越强,主频强度增幅越大;b值降低时应力值增加,更靠近煤样破坏强度。

瓦斯突出煤体的导电性质研究

瓦斯突出煤体是在瓦斯突出灾害发生前就已经客观存在的地质体，是发生瓦斯突出的必要的物质条件．针对瓦斯突出煤体煤样的特点，采用具有国际先进水平的数字式双频激电仪作为主要观测仪表，建立了集先进性和实用性为一体的瓦斯突出煤体电性参数观测系统．通过进行实验室大量煤样的测定，研究了瓦斯突出煤体的导电性质．为利用以电磁法为主的地球物理方法进行瓦斯突出煤体探测和瓦斯突出预测提供了物理基础．

工作面突出危险性区域预测方法研究

为了研究工作面突出区域预测问题,以车集煤矿2614工作面为基地,结合区域预测指标,在综合考虑该工作面的煤体结构、煤层瓦斯含量、瓦斯压力及瓦斯涌出量等参数后,将工作面突出区域预测指标确定为瓦斯含量。通过实验室模拟研究并结合现场实测参数确定该矿瓦斯含量临界值为9.0 m3/t,并以此为依据将工作面划分为突出危险区和非突出危险区。生产实践结果表明,按照上述指标体系和方法进行工作面突出区域预测是可行的。

关键层-应力墙瓦斯突出机理

认为瓦斯突出的发生和发展受控于赋存在岩石含瓦斯煤岩石体系中诸多因素的综合作用，并在此基础上提出了关键层应力墙的瓦斯突出机理。

煤与瓦斯突出过程的能量分析

基于煤与瓦斯突出综合作用假说,通过理论分析与实验研究了煤与瓦斯突出过程中煤体弹性能和瓦斯膨胀能做功。利用MTS815岩石力学试验系统,实验研究了不同围压下煤样的三轴压缩试验,得出煤体的单位体积弹性能与体应力之间呈幂函数关系;用自制的瓦斯膨胀能装置,测试了不同含水量、气体压力、密实度条件下煤体中的气体膨胀能,得出气体膨胀能与气体压力呈线性关系,且气体在膨胀过程中对外做功时,系统温度变化在1℃左右,研究表明,煤与瓦斯突出过程可以近似看作等温过程。研究结果深化了对煤与瓦斯突出机理的认识,为能量判据奠定了基础。

煤与瓦斯突出的软化分析与失稳研究

煤与瓦斯的突出机理问题,历来只是进行定性的分析和解释,本文从定量的计算理论开始,提出煤与瓦斯突出的软化失稳分析方法,结合工程实际,在考虑不同孔隙瓦斯压、不同载荷、不同介质特性对含瓦斯煤体的影响等因素下,建立模型进行了数值模拟。通过计算结果分析,并考虑含瓦斯煤的特殊力学特性,建立起煤与瓦斯突出的机理。

钻孔法测定煤体强度的研究

提出了利用打钻过程测定煤体强度的方法．通过实验证明，打钻时的钻削功率值能够反映被钻削煤体的坚固性系数，二者基本上呈线性关系．应用该方法在现场的测定结果符合实际情况，为在现场实测煤体强度提供了一种新的方法．

煤与瓦斯突出塑性区宽度的计算与分析

煤与瓦斯突出不仅与地应力、瓦斯压力、煤岩体强度有关,而且还和卸压区范围有关。卸压区越薄,集中应力区越接近工作面,卸压区煤体被冲破造成突出的可能性就越大。根据煤岩与其顶底板岩层接触类型不同,把煤岩体塑性区的求解分为柔弱端约束和固端约束两类,并运用不同的煤岩体破坏准则对这两种类型煤岩体卸压区宽度与塑性区宽度进行理论计算,得到相应的理论计算公式。煤矿企业可以根据实际情况,理论计算煤岩体塑性区宽度,从而确定安全宽度,以预防煤与瓦斯突出事故的发生。

潘一矿煤体结构特征及其在煤和瓦斯突出预测中的应用

煤体结构是煤与瓦斯突出的主要因素之一。利用钻孔测井曲线特征并结合矿井地质构造成果,对淮南潘一矿8煤层煤体结构特征及其构造煤发育规律进行了研究。研究表明该矿区8煤层构造煤发育,其厚度大于该煤层厚度20%的点数占一半以上,因其顶、底板围岩封闭性良好,有利于瓦斯聚集,易在采动条件下发生煤与瓦斯突出,确认为该区煤与瓦斯突出的重点煤层。依据瓦斯始突深度、构造煤分层厚度大于0.5m的分布范围、大中型断层位置及矿井突出资料,在F4断层组的两侧分别圈出了煤与瓦斯突出的危险区和威胁区。

煤巷掘进发生冲击地压的机理

大部分冲击地压发生在煤巷掘进期间,当煤层具有潜在冲击危险时,在高应力区掘进煤巷会引起应力平衡的突然破坏和变形系统的失稳,导致煤体及围岩中的弹性变形能突然释放,从而发生冲击地压。

矿区岩体应力状态对瓦斯突出区域分布的影响

基于地质动力区划方法,建立区域地质构造模型,以岩性分布和地应力测量为边界力学条件,确定了矿区区域岩体应力分布规律:矿区区域岩体应力状态主要受断裂构造的控制,断裂构造的叠加扰动使原岩应力场重新分布。鹤壁六矿岩体应力状态对煤与瓦斯突出区域分布的影响分析,结果表明:构造应力场对煤与瓦斯突出起控制作用,构造应力区的分布决定了煤与瓦斯突出的区域性分布。这为矿井煤与瓦斯突出区域预测、局部检测和解危提供了理论参考。

覆压-注水作用下含瓦斯煤解吸特性试验研究

深部开采易形成地应力与瓦斯的耦合作用,出现地应力主导型的煤与瓦斯突出事故。为了提高矿井瓦斯灾害防治的精准性,亟需深入了解地应力作用下水分介入后对含瓦斯煤解吸特性的影响。在试验室搭建了覆压作用下注水对煤样瓦斯解吸特性影响的模拟测试装置,通过向试验煤样施加覆压,同时注入水分,研究覆压-注水作用下含瓦斯煤的解吸特性。基于该试验装置,测试了古汉山矿(GHS)煤样在覆压5、10、15 MPa,水分0、2%、4%和6%,相同充气量条件下的瓦斯解吸数据。通过分析试验数据,得到覆压-注水作用对GHS煤样累计瓦斯解吸量、瓦斯解吸速度、初始瓦斯解吸速度影响系数和残存瓦斯含量的影响规律。研究结果表明:覆压作用使干燥煤样累计解吸量和初始瓦斯解吸速度增大,促进了瓦斯解吸;随着水分的介入,覆压大的煤样累计瓦斯解吸量和初始瓦斯解吸速度反而变小,说明水分抑制了瓦斯解吸,水分介入后覆压作用从促进瓦斯解吸过渡为抑制瓦斯解吸。理论分析认为,覆压的活塞效应促进干燥煤样的瓦斯解吸,随着水分的介入,水分在煤体裂隙和孔隙中产生了强烈的毛细管阻力,随着覆压增大,煤样被压碎压实,煤中孔隙尺寸变小,毛细管阻力变大,从而产生更强的抑制解吸作用,试验结果对于更深入认识水力化措施防治煤与瓦斯突出的机理具有一定的积极意义。

不同冲击倾向性煤体变形破坏声发射特征

为更深入地了解不同冲击倾向性煤体变形破坏的声发射特征,选取具有强、弱、无三种典型冲击倾向性的煤岩试件进行单轴压缩条件下的声发射试验.试验结果表明:冲击倾向性煤体声发射活动具有明显的阶段性,与应力的变化关系密切,无冲击倾向性煤体的声发射活动在整个变形破坏阶段表现活跃,阶段性不明显,不同冲击倾向性煤体在临近破裂失稳时均有大量高能量声发射信号出现,能量大小相差一个数量级,定义能量峰值前能量释放速率与能量峰值后能量释放速率的比值为Ev,Ev能够很好的表现出不同冲击倾向性变形破坏过程的能量释放特点,可以作为评价煤层冲击倾向性的新指标.

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。

地质测井技术划分煤体结构探析

基于地质测井技术划分煤体结构的方法原理,对淮南潘三矿进行了测井技术的应用和验证。试验结果表明:突出煤体在测井曲线上具有视电阻率高、自然电位正异常、自然伽玛小、人工伽玛大、井径大、声波时差高等特点,在地质上分为面状、带状和线状3种分布方式,通过地质测井技术可划分煤体结构,进而预测煤层瓦斯突出。

基于瓦斯放散特性单因素的煤与瓦斯突出模拟实验研究

使用三维煤与瓦斯突出模拟装置进行不同瓦斯放散特性煤样的煤与瓦斯突出模拟实验,分析单因素条件下煤样瓦斯放散特性对煤与瓦斯突出的影响。模拟实验进一步验证了煤体吸附瓦斯会在一定程度上降低煤体强度。实验结果表明,煤样瓦斯放散初速度与突出发生后残留煤体的坚固性系数呈负相关,瓦斯对煤样的粉碎作用会随瓦斯放散初速度增大而增强。提出突出强度系数综合表示突出发生的强度,数据显示:突出强度与煤样瓦斯放散初速度呈正相关,对于具有煤与瓦斯突出危险的煤层存在1个突出强度会急剧增加的阈值,当煤层的瓦斯放散初速度高于该数值时突出强度将明显增强。对于五轮山煤矿的5-3号煤层,该值介于13.9~16.8之间。

煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出危险性研究

通过分析含瓦斯煤体的力学性质及其破坏类型,说明了突出的发生是由于含瓦斯煤体的Ⅱ类破坏和瓦斯高速渗流耦合作用的结果,为掘进工作面前方煤体的应力分布特点及防止突出的发生提供了理论依据。分析了煤巷掘进过程中卸压区宽度与突出危险性的关系,推导出煤巷巷帮在支护条件下的卸压区安全宽度公式,并针对淮南矿区的实际情况进行了验证。

压裂煤体煤与瓦斯突出敏感指标及其临界值的确定

为了确定新景煤矿压裂区域的煤与瓦斯突出预测敏感性指标及其临界值,并确定其适用条件,基于现场突出预测指标跟踪考察数据,采用模糊数学方法,分析确定钻屑瓦斯解吸指标K 1、钻屑量S为敏感指标。在保证突出预测准确率达65%的基础上,运用“三率法”确定突出预测指标临界值:钻屑瓦斯解吸指标K 1临界值为0.4 mL/(g·min 1/2),钻屑量S临界值为6 kg/m;引入含水率作为敏感指标临界值的适用条件,统计分析了考察范围内压裂钻孔径向范围15 m煤体的基础含水率,确定其临界值为7.43%。

獐儿沟煤矿CO_2突出机理及防治研究

通过长期的生产实践和总结事故的教训,分析了兰州市红古区獐儿沟煤矿南翼采区地质构造特征,煤层赋存状况及煤层中高CO2区的分布规律和突出机理。认为防治CO2突出,必须加强地质工作,查清CO2赋存规律,开展瓦斯预测预报,并有计划地做好抽、排放工作。