煤的原位瓦斯放散初速度测定装置及方法研究

瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他3个指标(煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数)的测试有机结合。现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》,测定结果仅反映标准实验条件下瓦斯通过煤粒子向外释放的难易程度,未考虑煤层瓦斯赋存的原位环境,无法准确反映现场煤岩体内部瓦斯向外释放的灾害严重程度。针对上述问题,提出了一种原位瓦斯放散初速度测定装置及方法:采用原始煤块代替煤颗粒,用原始瓦斯成分代替甲烷,增加煤体所处瓦斯压力、应力、温度环境,还原测定的原位环境。对某煤矿煤与瓦斯突出煤层进行原位瓦斯放散初速度测定试验,得出结论:①随着模拟瓦斯放散过程的进行,瓦斯放散流量逐渐减小,随时间大致呈负指数变化规律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=7.1 mmHg,Δp_(QI)=2.9 mmHg。②随着模拟放散过程的进行,放散空间内的瓦斯压力逐渐增大,放散瓦斯压力增大速度逐渐减小,瓦斯压力随时间变化大致呈对数函数关系。用放散瓦斯压力表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=25 mmHg,Δp_(PI)=26.6 mmHg,Δp_(PD)=11 mmHg。测定结果可综合反映煤层赋存的双重孔隙结构、煤体的力学特性、煤体内瓦斯的赋存能量、煤层赋存的地应力和温度等原位环境,真实反映煤矿井下发生突出危险性程度。

上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究

基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。

晋城矿区井上下联合瓦斯抽采工艺及现场应用

为了实现寺河矿瓦斯的高效治理,本文提出了针对晋城矿区煤层瓦斯赋存特点的井上下联合抽采技术。开展了晋城矿区井上下联合瓦斯抽采技术的现状分析,并分析了煤层瓦斯的赋存特点,基于煤炭开发时空接替规律,将矿区划分为煤炭生产规划区、煤炭开拓准备区与煤炭生产区3个区间,在时间上体现为煤矿规划区实施地面井预抽、煤矿准备区实施井上下联合抽采、煤矿生产区实施井下瓦斯抽采。以寺河矿为背景开展现场实践,最终消除了煤与瓦斯突出危险性。

瓦斯含量法预测突出危险新技术

介绍了瓦斯含量直接快速测定工艺装备和基于瓦斯含量指标突出危险性深孔预测等方面研究所取得的新成果.利用新开发的取芯装备直接在井下取芯测定煤层瓦斯含量,取样深度超过了50 m,瓦斯含量测定时间一般不超过8 h.经过理论分析、数值模拟和现场考察对比试验结果表明:采用瓦斯含量指标预测突出危险性具有良好的敏感性,瓦斯含量指标预测突出危险在技术上是可行的.

用温度指标预测掘进工作面突出危险性的探讨

针对煤的钻屑温度和煤体温度对煤和瓦斯突出危险区域的敏感性，定义了预测掘进工作面突出危险性两个温度敏感指标；论述了两个温度指标作为预测突出危险性指标的依据和确定两个温度指标的方法。在此基础上，探讨了两温度指标预测掘进工作面突出危险性的实施方法及步骤；同时，根据现场的考查和确定敏感指标的要求。

工作面煤与瓦斯突出危险程度预测技术研究

在工作面突出危险性预测及综合防治的基础上,给出了突出危险程度预测方法,阐述了进行突出危险程度预测的必要性;提出了突出危险程度预测方法中突出预测敏感指标的确定方法;系统地分析了在突出危险程度预测方法中各种危险状况的理论意义.采用模式识别技术,建立模糊综合预测数学模型,确定了2种突出危险状态之间的临界值;并将突出危险程度预测方法在煤矿进行具体应用,提高了煤巷掘进速度,并取得了上千万元的经济效益.

冲击危险性厚煤层综放开采冲击地压发生机理

基于冲击地压对深部综放开采工作面安全高效生产的严重影响性,采用有限差分软件FLAC3D研究采煤方法(包括大采高开采)对冲击地压形成的不同影响作用,分析综放开采的合理采放比及综放工作面冲击地压发生的机理。研究表明对于冲击危险性特厚煤层采用综放开采是有利于冲击地压防治。支承压力集中程度仍然超过塑性区煤体强度极限和采空区以暂时稳定梁或者其它形式积聚了大量的弹性能量的瞬间释放是综放工作面冲击地压时有发生的原因。

地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用

为减轻和防治煤与瓦斯突出灾害,对红菱煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试和瓦斯气体压力量测,以及地质构造分析。在此基础上,应用突出破坏判断准则,提出了煤层稳定性评价的定量指标,从区域上预测了煤与瓦斯突出的潜在危险区,与现场实际情况吻合较好。提出了区域性与局部相结合的防突措施,取得了良好效果,表明区域煤与瓦斯突出潜在危险区预测对区域性防突措施的选择具有一定指导意义。

贵州突出矿区局部突出危险性预测敏感指标研究

为了验证贵州煤矿区目前所采用的局部突出危险性各预测预报指标的敏感性,在对区内典型突出矿井调研基础上,利用三率法和指标与突出危险性相关性分析2种方法,对贵州突出矿区预测预报指标的敏感性进行了研究。结果表明:贵州煤矿区目前所采用的预测预报指标中,以钻屑瓦斯解吸指标最为敏感,钻孔瓦斯涌出初速度次之,钻屑量和钻屑温差敏感性最差。钻屑瓦斯解吸指标中,安顺、黔西南和六盘水地区K1整体情况更为敏感,毕节和遵义地区Δh2相对更为敏感。由于钻屑瓦斯解吸指标不能反映地应力因素,钻屑量敏感性差,建议贵州煤矿区采用钻孔瓦斯涌出初速度,配合钻屑瓦斯解吸指标进行局部突出危险性预测预报。

地应力测量在岩石与CO_2突出灾害研究中的应用

为减轻和防治岩石与CO2突出灾害,对吉林营城煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试、CO2气体压力量测以及地质构造分析,并进行了应力场的数值计算,得到了该区地应力的详细分布情况.在此基础上,预测了岩石与CO2突出的危险区,提出了用超前钻孔爆破卸压法降低工作面前方的气体压力和地应力的防治措施.

局部防突技术研究及在掘进工作面的应用

金能煤业分公司4331工作面石门揭煤时发生过动力现象,且4331回风巷处于上保护层未保护区域内,为了防止4331回风巷掘进过程中发生煤与瓦斯突出,结合区域瓦斯防治理论及该煤层低透气性特点,在回风巷掘进时采用连续流量法预测前方煤体的突出危险性,并采取超前排放孔、均匀布置预抽钻场等防突措施防治工作面煤与瓦斯突出,措施实施后再进行效果检验和区域验证,直到无突出危险为止。结果表明:应用局部防突技术后,4331回风巷掘进时回风流瓦斯体积分数为0.12%,消除了突出危险性,有效避免了煤与瓦斯突出事故。

留窄煤柱沿空掘巷在突出煤层中的应用研究

为了降低煤巷掘进过程中的突出危险性,提高巷道掘进效率,在水城矿区C11突出煤层中实施了41113回风平巷留5 m煤柱沿空掘巷技术,同时采用锚网喷支护,最高掘进进度达145 m/月,瓦斯涌出量为1.58 m3/min,瓦斯浓度为0.54%,钻孔效验指标K1值为0.384 1 m L/(g·min1/2),Smax值为2.5 kg/m。该技术的应用表明:留窄煤柱沿空掘巷仅需采用安全防护措施掘进,减少了防突工程量,提高了巷道的掘进速度,增加了煤炭资源回采率,确保了突出煤层的安全高效生产。

井筒穿过突出危险煤层时综合防突技术

通过对丁集煤矿煤层突出危险性分析,研究确定了井筒穿过具有突出危险性煤层时通过地面预注浆进行固化煤层,降低煤层的孔隙率和瓦斯放散初速度,提高煤体强度,使煤体不具有突出危险性,再用远距离震动放炮方法安全快速揭开煤层。

煤与瓦斯突出矿井分级技术

对突出矿井进行危险等级划分 ,并实行分级管理 ,可减少防突工程量、减少防突的盲目性 ,具有非常显著的社会和经济效益。作者将突出矿井划分为严重、中等、较弱 3个等级 ,选取 12个指标综合评判矿井的突出危险等级。在分析分级指标并进行量化的基础上 ,采用模糊数学的多因素二层次综合评判方法 ,建立决策模型 ,按最大隶属原则 ,确定矿井突出危险等级。运用所建立的模型 ,对一些突出矿井进行了分析 ,评判的分级结果与实际情况相吻合。

智能加权灰靶决策模型在煤与瓦斯突出危险评价中的应用

为了提高煤与瓦斯突出预测的准确性,并将突出强度与可能突出的危险程度进行量化,更有针对性地指导现场防突工作,基于灰色系统理论,提出煤与瓦斯突出危险性评价的智能加权灰靶决策模型的新方法。模型中将4个突出单项指标临界值作为灰靶临界值,并作为一致效果测度函数的正负分界点(即零点),充分考虑目标效果值中靶和脱靶两种不同情形,对应突出强度和可能突出的危险程度,将突出危险性进行量化,实现了定性与定量相结合的预测,并分别划分突出强度等级及突出可能性程度等级,使预测结果更直观、更准确。评价结果表明,该方法对矿井进行煤与瓦斯突出危险程度的评价是可行的。

钻孔瓦斯动态涌出特征及其与突出危险的关系

通过分析钻孔过程中瓦斯动态涌出的基本特点，提出了利用钻孔瓦斯连续动态涌出量序列数据重建钻孔瓦斯涌出过程动力学特征的相空间模型．在此基础上，应用时序数据分析法，对实测得到的钻孔瓦斯涌出量序列进行计算分析，发现其具有分维特征．最后，对利用分维特征判定和识别突出危险性的问题进行了讨论．

城山煤矿3B号煤层瓦斯地质规律研究

为了防止城山煤矿3B号煤层的瓦斯事故,掌握城山煤矿的瓦斯赋存特征,采用定性、定量相结合的方法建立数学模型,研究了地质构造、煤层顶底板岩性、煤层埋深对瓦斯赋存的影响和煤与瓦斯突出危险性分区分带特征。结果表明:城山煤矿3B号煤层构造复杂区域为瓦斯含量高集中带,煤层顶底板的岩性坚硬致密有利于瓦斯的保存;随着埋深的增加,瓦斯含量、瓦斯涌出量越来越大,瓦斯含量梯度高达3.01 m3/(t·hm);在埋藏深处瓦斯压力增大,围岩透气性降低,特别在构造复杂区煤体破坏严重,煤层瓦斯压力达到0.74 MPa的区域,确定为突出危险区。

红菱煤矿石门揭煤突出过程模拟研究

运用Ansys、Flac3D有限元分析软件,在实测地应力、煤岩体力学性质和瓦斯压力的基础上,以红菱煤矿‘6.20′特大煤与瓦斯突出事故为背景,对煤与瓦斯突出中地应力、瓦斯压力、煤岩体力学性质等综合作用下的复杂力学过程进行了数值模拟;并对揭煤前的应力集中、揭煤后应力诱发煤岩破裂和瓦斯压力驱动下的煤体抛出三个阶段进行了阐述。模拟结果,较好地再现了含瓦斯煤岩由萌生裂隙、发生破坏、大量突出直至突出孔洞达到稳定、突出停止的过程,并与事故现场调查结果进行了对比,两者具有较好的一致性。红菱煤矿石门揭煤突出过程的机理研究,对该矿后期的深部开采具有一定意义。

新建矿井煤层突出危险性预评估

新建矿井的煤与瓦斯突出危险性评估是矿井初步设计的重要依据,同时对于今后矿井建设期间井筒、井底车场揭煤具有重要的指导意义。文章以新建矿井信湖煤矿为研究实例,分析了井田地质构造、岩浆岩侵蚀、煤层顶底板岩性及瓦斯风化带对煤层突出危险性的控制影响,利用矿井勘探期间瓦斯数据及邻近矿井瓦斯赋存规律研究结果预测了新建矿井煤层瓦斯参数,并对新建矿井煤层突出危险性进行了评估。

煤与瓦斯突出潜在危险区(带)预测

煤矿的生产和实践证明 ,发生在矿井中的动力现象具有分区和成带的特点。文章探讨了把煤、岩和瓦斯作为一个体系 ,采用力学方法的划分问题。根据对煤岩复合样及含瓦斯煤样在复杂应力状态下力学性质的分析 ,基于对Drucker-prager理论的修正和完善 ,建立了它们的断裂判据 ,并给出了计算稳定性系数和潜在弹性应变能密度的公式 ,提出了按这两个指标划分煤与瓦斯突出潜在危险区 (带 )