瓦斯压力场方程的研究

掌握瓦斯压力分布对采掘工作面瓦斯灾害的防治至关重要。利用理论推导和软件模拟的方法,对单一巷道(钻孔)瓦斯压力场方程进行了分析。根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程,建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解,得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程。根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上的单位面积瓦斯流量方程和煤层透气性系数λ的方程,它们都是关于时间t和距钻孔(或巷道)中心距离r的函数。利用λ的方程和矿山压力理论解释了煤层中打钻时出现的喷孔现象。瓦斯压力场方程的得出有助于掌握瓦斯在煤层的赋存状况,进而采取有效的瓦斯灾害防治措施。

采动岩层渗透率与应力耦合关系数值模拟研究

根据上覆岩层在采动条件下渗透率随应力变化的分布特点,建立了渗透率-应力模型,并通过fish语言将渗透率-应力模型镶嵌到FLAC3D软件,对采动条件下上覆岩层的渗透率与应力变化规律进行了模拟,同时以渗透率变化来判定采动卸压带的高度。结果表明:岩层采动后,渗透率随应力增大而减小;卸压带高度随开采距离增加而增加,但最后却趋于某一恒定值;开采保护层能很好地增强被保护层煤岩层的渗透性,能有效提高被保护层瓦斯抽采效率;被保护层开采后,其采空区上覆岩层的渗透率是保护层开采时上覆岩层渗透率的3倍左右。

卸压条件下含瓦斯煤层渗透特性试验

为研究含瓦斯煤层在不同卸压条件下的渗透率,对含瓦斯煤层在不同围压、不同瓦斯压力和不同卸压速率组合条件进行卸压试验,模拟地应力、瓦斯压力和开采强度影响下的含瓦斯煤层渗透特性。试验结果表明:在围压和卸压速率不变的情况下,瓦斯压力越大煤体瓦斯渗透率越高;在瓦斯压力和卸压速率不变的情况下,围压越大煤体瓦斯渗透率越低;在瓦斯压力和围压不变的情况下,煤体失稳破坏的进程随着卸压速率的增加而加快,渗透率随着卸压速率的增加而升高。

不同突出煤层区域预测临界值指标的确定

通过对突出矿井的突出煤层的考察,结合有关研究结论,煤层突出危险性的瓦斯压力pmin临界值不仅与煤的坚固性系数f和煤的挥发分V有关,而且与煤层的瓦斯放散初速度Δp有关,找出了它们之间的关系式,对确定不同突出煤层发生突出的瓦斯压力临界值并针对性的防止煤与瓦斯突出具有积极的指导意义。

煤层层理对瓦斯渗流影响理论分析与实验研究

为了探讨原煤层理对瓦斯渗流的影响,先从理论上分析瓦斯沿平行和垂直煤层层理面这2种极端情况的渗流特性,经对渗透系数比较分析,得到平行煤层层理面瓦斯渗透系数大于垂直煤层层理面瓦斯渗透系数.再对原煤进行实验室实验,通过对实验数据分析,得到沿煤层层理方向瓦斯渗流速度与应力、应变关系曲线近似光滑曲线,而垂直煤层层理面瓦斯渗流速度与应力、应变关系曲呈突变曲折曲线;垂直原煤层理方向瓦斯渗流速度增长趋势大于平行煤层层理方向,但平行原煤层理方向瓦斯渗流速度明显大于垂直原煤层理方向,这一结果与理论分析结果相吻合.

瓦斯参数变化规律的定量化研究

煤层瓦斯参数的变化规律对矿井瓦斯灾害防治具有重要的指导意义。利用理论推导和数值模拟的方法对瓦斯涌出初速度、工作面前方的支承应力、瓦斯涌出量、煤层透气性系数等参数进行了分析研究,发现这些指标具有相似的或相反的变化规律,它们是关于距离x或者时间t的S型曲线和倒S型曲线的组合。透气性系数关于距离的曲线形式和瓦斯压力、支承应力关于距离的曲线形式具有不很严格的对称性。结合具体矿井的条件即可确定出参数的变化规律,从而为矿井瓦斯灾害防治提供有效的理论指导。