中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展

随着中国煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出矿井和突出煤层的数量不断增加,以保护层开采及卸压瓦斯抽采技术和强化预抽煤层瓦斯技术为代表的区域性瓦斯治理技术,得到了长足发展.通过中国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重性分析,阐述了煤与瓦斯突出灾害区域性治理的必要性,在此基础上分析了中国区域性瓦斯治理技术的发展过程、保护层开采及卸压瓦斯抽采技术和强化预抽煤层瓦斯技术的发展现状,还总结了淮南、淮北、阳泉和沈阳4个矿区区域性瓦斯治理技术的应用实例,最后对中国区域性瓦斯治理技术的应用前景进行了展望.

煤矿瓦斯治理过程控制方法研究

为确保区域防突措施效果,提出了瓦斯治理过程系统及过程系统控制的概念,给出了区域防突措施过程系统模型,分析了3种典型的区域防突措施过程系统及特征参数,并以穿层钻孔结合顺层钻孔预抽煤层瓦斯技术为例详细介绍了瓦斯治理过程跟踪控制和节点控制方法。

煤与瓦斯突出矿井安全煤量研究

针对我国煤与瓦斯突出矿井采掘接替紧张的现状和煤矿安全监察工作的需要,提出了煤与瓦斯突出矿井安全煤量概念,研究探讨了安全煤量与"三量"之间的相互关系,结果表明:安全煤量属于准备煤量的一部分,它是指煤与瓦斯突出矿井准备煤量范围内已无突出危险的煤量,安全煤量必须有足够的可采期.为确保回采安全,回采煤量必须是安全煤量.突出矿井采取保护层开采结合被保护层卸压瓦斯抽采技术和预抽煤层瓦斯技术获得足够的安全煤量.通过对淮北祁南煤矿"三量"和安全煤量的分析得出,祁南煤矿的安全煤量占到准备煤量的五分之四,为回采煤量的2.3倍,准备煤量、安全煤量和回采煤量可采期分别为16.6,13.3,5.9个月.矿井的生产实践表明,祁南煤矿安全煤量可以满足矿井的正常接替和安全生产需要.

煤矿瓦斯治理“先抽后采”的实践与作用

分析了“先抽后采”概念的内涵及对煤矿瓦斯治理的作用,在研究煤矿煤层瓦斯赋存特点的基础上,综合分析了煤矿瓦斯抽采方法,结合煤矿瓦斯治理的实例和煤矿重特大瓦斯事故案例,对我国煤矿瓦斯治理提出了以下建议,即在有条件的情况下尽可能优先采用区域性瓦斯治理方法,强突出危险煤层和超大井型高瓦斯矿井必须采用区域性瓦斯治理方法.

中国煤矿瓦斯抽采技术的发展

在多年煤矿瓦斯理论研究及工程实践的基础上,总结提出了适用于煤矿瓦斯抽采指标考核要求的瓦斯抽采分类方法,即采前抽采、采中抽采和采后抽采.对各种抽采方法的基础理论进行了简要论述,并给出了具体的设计方法和技术参数.通过实例重点介绍了采前抽采煤层瓦斯的区域性瓦斯抽采方法,充分体现了"区域性防突措施先行"的工作原则.最后以淮北祁南煤矿为例,简要介绍了该矿通过瓦斯的综合抽采实现煤矿安全高效开采的先进经验.

大平煤矿重特大瓦斯事故关键链分析及对策研究

基于事故树理论提出事故关键链概念,并给出分析事故关键链的一般过程。通过对2004年大平煤矿"10.20"特大型煤与瓦斯突出引发特别重大瓦斯爆炸事故分析,得出该矿未及时升级为煤与瓦斯突出矿井等5个事故关键链是引发事故的主要原因。应用结果表明:利用事故关键链方法分析煤矿重特大瓦斯事故,切断事故关键链,可以有效避免事故发生,从而提高煤矿生产安全性,并对同类煤矿事故预防有一定的指导意义。

中国煤矿煤与瓦斯突出现状及防治对策

结合中国煤与瓦斯突出历史数据和典型煤与瓦斯突出案例,依据2005年国家煤矿安全专家对45户重点监控国有煤矿企业安全会诊报告和2006年全国煤矿事故分析报告,对45户重点监控国有煤矿企业煤与瓦斯突出矿井情况和2006年一次死亡3人以上煤与瓦斯突出事故进行了详细的统计分析.得出了煤与瓦斯突出灾害日趋严重,现有突出矿井防突措施不到位、安全基础薄弱,乡镇煤矿已成为煤与瓦斯突出事故的重灾区是目前中国煤矿煤与瓦斯突出事故频发的主要原因.在此基础上,提出了加强煤矿安全监管、监察力度,提高乡镇煤矿煤与瓦斯突出矿井安全准入条件等9条煤与瓦斯突出防治工作建议.

基于开放的复杂巨系统理论的煤矿生产重大瓦斯事故研究

20世纪80年代钱学森院士等一批中国学者提出了开放的复杂巨系统理论,根据这一理论,系统分析了矿井生产系统的复杂性,提出了矿井生产系统就是一个典型的开放的复杂巨系统。用开放的复杂巨系统理论分析煤矿生产重大瓦斯事故,可以有效避免矿井瓦斯爆炸,从而提高煤矿生产安全性。

保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究

随着我国煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出矿井和突出煤层的数量不断增加,利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采,使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采.系统介绍了基于分源原理的回采工作面瓦斯涌出预测方法,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术的发展和工程应用.结合淮南潘一矿下保护层和谢一矿上保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实例,将保护层工作面瓦斯涌出量预测结果与保护层工作面瓦斯涌出量实测结果进行了对比分析.研究结果表明,由于保护层开采的卸压作用,使被保护层卸压瓦斯抽采率远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率,导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量.

地质因素对煤层瓦斯赋存影响的研究

为研究地质因素对煤层瓦斯赋存的影响,针对淮北矿区石台煤矿3煤层,采用瓦斯地质块段划分的方法,以井田内主要断层和天然焦区为界,把3煤层划分为3个独立的地质块段,分区对不同地质块段内地质因素对煤层瓦斯赋存规律进行研究,分析褶皱构造、断裂构造及岩浆侵蚀等对煤层瓦斯压力和瓦斯涌出量的影响。结果表明:地质构造对瓦斯保存和运移起到重要作用,岩浆岩侵入对石台煤矿3煤层煤与瓦斯突出的控制作用最为明显,地质块段的划分(分区管理)对地质构造复杂的高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井具有重要意义。

煤屑瓦斯全程扩散规律的实验研究

为深入探讨煤屑瓦斯全程扩散规律,基于传感器及计算机数据采集技术,运用瓦斯流量测定装置,完整测定了煤屑瓦斯在整个解吸期间的扩散过程;利用Matlab曲线拟合工具,对实验数据进行分析,得出了煤屑瓦斯全程扩散规律曲线。研究表明:煤屑瓦斯流量在扩散瞬间达到峰值,此后随时间的延长逐渐衰减,最终无限趋近于0;煤样罐内"死空间"的存在导致峰值出现,其出现时刻与喷口面积有关;在区间(0,t)内,扩散曲线存在一条水平渐近线Qv=0,但少数学者提出的铅直渐近线并不存在。

顺层钻孔有效瓦斯抽采半径数值解算方法研究

为了寻求皖北某矿合理的顺层钻孔抽采参数,使用COMSOL Multiphysics软件分别建立单个钻孔和多个钻孔抽采瓦斯的径向流动模型,通过数值模拟计算出钻孔周围瓦斯流动规律。建立的流动模型将游离瓦斯及吸附瓦斯分开考虑,在煤层中,参与渗流的为游离瓦斯,吸附瓦斯对裂隙系统而言为正的质量源,对现有二维瓦斯渗流模型进行了一定程度的修正。根据钻孔周围瓦斯压力分布规律分析单个钻孔不同抽采时间时的有效抽采半径,并分析多钻孔条件下相邻钻孔的相互影响规律。

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

为了保证近煤层岩巷的安全快速掘进，采用FLAC加分别对煤层距巷道底板5，10m时的情况进行了数值模拟，研究了近煤层岩巷掘进工作面前方岩层、煤层的应力分布规律，结果表明：煤层距巷道底板5m时，前方5～20m为煤层应力集中区；煤层距巷道底板10m时，其应力集中区在10～25m，其应力峰值处在煤层距巷道底板5m时的集中应力区与原始应力区的交界处。根据煤层应力集中区情况，建议煤层距巷道底板5m时必需采取防突措施，防突长度为掘进工作面前方20m，并进行了合理的钻孔设计。

钻孔瓦斯动态涌出规律的实验研究

为深入探讨钻孔瓦斯动态涌出规律,设计了煤层模拟装置及钻进过程中钻孔瓦斯涌出速度测定装置,依照均匀设计方法确定了实验方案,运用动态测试技术进行了钻孔瓦斯涌出速度模拟测试。研究表明,动态测试技术可成功捕捉钻孔瓦斯涌出初始时刻的最大速度变化率,其出现在测试过程的前5 s,并且随煤层吸附瓦斯压力的增大而增大,该变化趋势反映了煤层突出危险程度的变化规律。

防控采煤工作面瓦斯燃烧新技术实验研究

在分析井下瓦斯燃烧起因和特点的基础上,结合目前煤矿多发的瓦斯燃烧事故,建立超细水雾作用下采煤工作面瓦斯燃烧防控实验平台。在不同条件下进行系列超细水雾抑制瓦斯燃烧实验,以甲烷流量150 mL/min、其体积分数90%、超细水雾流量220 mL/min、水雾粒径5～30μm为最佳实验工况进行水雾与瓦斯燃烧作用机理研究。结果表明:超细水雾与瓦斯火焰作用后,在火焰周围形成封闭水雾圈,瓦斯燃烧火焰出现被抑制—切割—再抑制—再切割的过程,使火焰由大变小,直至熄灭;与自由燃烧相比,火焰周围温度和氧气体积分数均出现不同程度的降低,整个熄灭过程仅用90 s。

祁南煤矿72^#煤层钻屑瓦斯解吸指标敏感性分析

为了确定祁南煤矿72#煤层钻屑瓦斯解吸指标的敏感性,采用实验室实验和现场统计分析相结合的方法进行研究。通过实验室模拟现场测定指标,掌握钻屑瓦斯解吸指标与吸附平衡压力之间的关系,结合煤层区域预测指标(瓦斯压力)得到指标的参考临界值。以714运输巷为考察对象,采用现场实测方法研究指标的分布规律和相关性,并利用临界值迫近度法对敏感性进行定量分析,结果表明:在突出危险性预测和效果检验工作中,祁南煤矿72#煤层钻屑瓦斯解吸指标Δh2相对K1敏感性更高,可作为主要预测指标。

近距离保护层Y型通风工作面瓦斯抽采数值模拟研究

为了研究Y型通风近距离保护层采场的瓦斯浓度分布规律,以新庄孜煤矿62114保护层开采现场条件为基础建立模型,运用Fluent软件进行数值模拟研究。模拟获得了有抽采和无抽采条件下采场瓦斯浓度分布规律,为现场瓦斯治理工作提供了方向和理论依据。

立井揭穿强突煤层的瓦斯排放孔设计及施工技术研究

立井工作面附近的应力分布分为三个区,即完全卸压区、部分卸压区和未卸压区以及在井筒四周、工作面前后存在应力集中区,结合国家的有关规定,采用了"大直径、疏钻孔"的瓦斯排放钻孔施工方案,在施工中掌握好排渣、压力和速度三个环节、并采用了压风冲煤扫孔技术,加速瓦斯排放等措施,安全揭穿了强突煤层。

基于钻孔瓦斯损失量的瓦斯压力测定方法研究

为了缩短瓦斯压力测定时间,通过分析穿层测压钻孔瓦斯流动规律,建立测压钻孔瓦斯流动方程。利用有限差分法和FORTRAN对测压钻孔瓦斯流动方程进行数值计算。计算得出在不同封孔时间、钻孔穿煤长度和钻孔直径下测压钻孔瓦斯损失量,并对比分析了各个因素对其影响。分析结果表明测压钻孔瓦斯损失量随着封孔时间、穿煤长度和钻孔直径的增大而增大,并提出通过减少封孔时间、减小钻孔穿煤长度和采用小直径钻孔的方法,降低瓦斯损失量,缩短瓦斯压力测定时间。

基于突出煤层消突工艺过程的系统安全性研究

文章通过对突出煤层开采的消突工艺过程进行分析,建立煤与瓦斯突出事故树,并对消突的各项工艺过程在煤与瓦斯突出中的影响进行定性分析,建立局部消突事件树,对工作面突出概率进行定量分析,得出了区域消突、局部消突、工作面突出概率之间的关系。