急倾斜煤层石门揭煤突出机理数值模拟研究

与其他类型的突出相比,石门揭煤的突出危险性最为严重,对它的突出机理进行研究有助于提高防突工作水平。根据马家沟矿石门揭煤突出后遗留的孔洞形状,采用数值模拟软件对突出过程进行反演分析;再现了马家沟矿石门揭煤突出发生的地质条件及发展过程。结果显示,急倾斜煤层石门揭煤突出过程中,煤体自重应力的作用比较明显;突出发生后,地应力梯度和瓦斯压力梯度均下降,卸压区宽度增大。因此,对于急倾斜煤层石门揭煤,一方面,要采取瓦斯抽放等措施,降低工作面前方煤体的应力和瓦斯压力;另一方面,要采用金属骨架对其上方煤体进行支护,防止该煤体垮落诱导突出。     

瓦斯在石门揭构造软煤诱发煤与瓦斯突出中的作用

为了更好地认识和防治煤与瓦斯突出,利用扫描电子显微镜和静态液氮吸附仪研究一种构造软煤的微孔结构特征,同时利用自主搭建的大型石门揭煤相似模拟试验系统,研究石门揭露构造软煤过程中瓦斯压力的变化规律。在试验研究的基础上,分析构造软煤的微孔特性对瓦斯赋存的影响,以及瓦斯在石门揭露构造软煤诱发煤与瓦斯突出中的作用。通过试验得出:构造软煤的结构破坏严重,微孔发育并且为特殊瓶颈的不透气孔,为瓦斯的赋存提供了极为有利的条件;瓦斯在突出的启动和发展过程中起重要作用,即在瓦斯压力突然降低、释放膨胀潜能时,瓦斯压力作为动力来源,加速了煤体向采掘空间抛出的过程。     

石门揭煤工作面煤与瓦斯突出预测的理论分析

目前,我国石门揭煤工作面突出事故仍时有发生。为了研究石门揭煤工作面煤与瓦斯突出(以下简称"突出")预测问题,首先,根据工作经验指出我国《防治煤与瓦斯突出规定》中2种预测方法(综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法)存在的不足,即预测指标缺乏理论依据、临界值往往难以通过试验考察确定;其次,建立了石门揭煤工作面突出预测的物理模型,认为突出主要是爆破卸压增渗与瓦斯渗流产生的剪应力达到了煤体的剪切强度所致(突出的必要条件而非充要条件);第三,采用变分法求解强非线性一维平面瓦斯渗流偏微分方程,获得包括非线性特性的自模拟解(近似解析解);最后,利用自模拟解等建立了石门揭煤工作面突出预测的临界条件,得到了瓦斯压力的临界值p0max与煤的坚固性系数f的平方成正比的结论。介绍了俄罗斯现行防突指南中的临界条件(p0max1.4f2)及有关情况,建议作为综合指标法等的辅助指标用于石门揭煤工作面突出预测,也可供斜井、立井揭煤工作面突出预测参考。     

石门揭煤突出机理及控制技术应用

从地应力和瓦斯等方面系统分析了石门揭煤突出规模最大和危险度最大的根本原因:瓦斯来源最广而且地应力储集最大。介绍了近年来开发研究的两大卸压增透利器:水力割缝,水力压裂。通过对几个矿的实践,发现卸压增透措施相比常规措施效果显著,为有效防止煤与瓦斯突出、特别是防止石门揭煤突出发挥了重要作用,同时,采掘速度大大加快,提高了经济效益。     

强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术研究

为了研究强突松软近距离煤层群石门揭煤防突技术,安全、顺利地揭煤,基于海孜矿Ⅱ32主运石门地质条件和瓦斯赋存状况,对近距离煤层群9+8煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯与低压水力冲孔卸压增透相结合的措施,防治煤与瓦斯突出。结果表明:低压水力冲孔冲煤率达到4.5%;冲孔后瓦斯抽采流量为未冲孔的10倍以上;整体瓦斯抽采率达到71.7%,比以前提高了约1.6倍,卸压增透效果明显。预抽钻孔抽采后,9煤、8煤的残余瓦斯压力,分别为0.3MPa、0.22MPa,残余瓦斯含量分别为5.23m3/t、5.13m3/t,防突效果显著,可安全、顺利地揭开9+8煤层。     

瓦斯突出人无恙

4月26日,湖南金竹山煤矿土朱工区正负零水平面运巷发生煤和瓦斯突出。由于工区领导十分重视安全生产,有备无患,无人伤亡。 这段正负零西运巷掘进需几次穿过细炭煤层。石门揭煤最容易发生煤和瓦斯突出。掘进6队工人在进入此巷作业时,工区领导就让他们停产两天,专门学习有关安全规程,采取防范措施;掘进过程中一直严格遵守先钻探后掘进的制度,每次揭煤,工人进出班都要到调度室登记,确实查清人员全部离井后,才放炮揭煤。 今年4月21日揭煤时,巷道涌出少量瓦斯。虽然揭煤后作业情况正常,但区队领导毫不麻痹,当即组织工人学习了媒和瓦斯一出的月律…     

圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度及动力特性

为解决煤系地层公路隧道施工中瓦斯气体泄漏、爆炸及煤层突出、挤出、压出等地质灾害问题,以西藏拉泽高速公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用结构力学理论,结合岩柱爆破损伤范围大小和地应力与煤层瓦斯压力作用下岩柱安全厚度,得出不同煤层倾角隧道石门揭煤的岩柱安全厚度计算式,得到圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度;运用数值模拟法建立煤系地层公路隧道石门揭煤动力学模型,研究石门揭煤掏槽爆破微差间隔时间对煤层及其顶底板的动力特性,获得煤层与顶底板动力响应特征。结果表明:圭嘎啦隧道石门揭煤安全厚度2.8 m是合理的;随着微差间隔时间增加,动力响应强度降低,石门揭煤爆破最佳微差间隔时间为50 ms;随着煤层倾角增大,动力响应强度增强,应适当减小急倾斜和倾斜煤层揭煤深度,可适当增大缓倾斜煤层揭煤深度。     

瓦斯突出煤体形成的物理条件和过程

煤与瓦斯突出灾害严重威胁着煤矿安全生产,但目前对煤与瓦斯突出的物质载体形成机理研究鲜有报道。瓦斯突出煤体系指含有高能瓦斯且以强烈韧性破坏为主的构造煤体,具备发生煤与瓦斯突出的固体和气体介质条件。以煤体变形变质为主线,综述相关文献并结合研究积累,分析揭示了瓦斯突出煤体形成的物理条件和过程:煤体结构严重破坏的构造煤、积聚于此的大量瓦斯,是瓦斯突出煤体形成的物质基础;构造应力与重力、吸附/解吸作用、气体增滑与气楔作用,是瓦斯突出煤体形成的动力基础;煤体破坏、瓦斯积聚、封闭压实,是瓦斯突出煤体形成过程的主要特征。本研究对复杂地质条件下区域瓦斯预测防治具有重要指导作用。     

考虑有效应力的煤与瓦斯突出过程分析

为深入研究煤与瓦斯突出过程,通过分析揭煤工作面前方原始应力区、应力集中区及卸压区应力状态,推导出不同分区有效应力关系理论表达式;以PFC3D与FLAC3D程序为平台,用数值模拟方法验证揭煤工作面前方不同分区有效应力理论公式的正确性。结果表明:揭煤工作面前方不同分区有效应力理论值与模拟结果吻合较好,与至揭煤面距离成三次多项式关系;煤与瓦斯突出过程中,突出区域先急剧扩大后平稳增长,且突出区域呈"口小腔大"孔洞形态;煤岩裂隙扩展过程分为3个阶段,每阶段裂隙数量增长率均呈先增后减趋势。     

煤与瓦斯突出过程中煤体瓦斯的作用研究

为了研究煤与瓦斯突出过程中煤体瓦斯的作用,采用煤体中瓦斯总量守恒的原理研究瓦斯含量与瓦斯积聚内能的基本方程和影响因素;分析煤与瓦斯突出产生的力学条件和机理,建立了煤与瓦斯突出危险程度的矩阵图。结果表明:瓦斯含量是煤体瓦斯内能最直接的反应,其值大小决定瓦斯内能的大小;瓦斯压力梯度、煤体的断裂韧性及煤体内的裂隙发育程度决定着瓦斯突出的危险性,低渗透性构造煤对瓦斯运移阻力较大,容易形成较大的瓦斯压力梯度,从而更容易发生煤与瓦斯突出。煤层中的瓦斯含量、瓦斯压力、地应力越大,煤体的强度、渗透率越小,越容易发生突出。煤层瓦斯情况、力学性能、地质构造和煤层的应力状态是决定煤与瓦斯突出的主要因素。     

基于面积法优化缓倾斜煤层揭煤钻孔布置方式

为解决缓倾斜煤层石门揭煤过程中钻孔施工工程量大、抽采周期长、抽采效果不佳等问题,在对比分析前人提出的钻孔优化理念基础上,提出面积法优化缓倾斜煤层揭煤钻孔布置方式,并利用层次分析法,分别从安全可靠性、施工工程量、钻孔均匀性、工程投资、建设工期等5个指标对3种方案进行考察,优选出最佳揭煤实施方案.同时,通过COMSOL软件...     

水力冲孔技术在大倾角薄煤层中的应用

针对矿井现有防突措施的不足,介绍了水力冲孔技术的设备、工艺流程及现场试验情况.研究表明,在大倾角薄煤层应用水力冲孔技术,可有效地消除激发突出的应力,大幅度地释放煤体中的瓦斯,能明显提高瓦斯的抽采效果,很好地起到了综合防突的作用,且石门揭煤周期缩短为2个月.     

深孔预裂爆破技术在大倾角薄煤层中的应用

介绍了深孔预裂爆破技术的工艺流程及现场试验情况.研究表明,在大倾角薄煤层应用深孔预裂爆破技术,可有效地消除激发突出的应力和煤体结构的不均匀性,提高煤体强度和煤层透气性,明显提高瓦斯的抽采效果,有效预防和消除在掘进过程中煤与瓦斯突出的危险性,且提高巷道掘进速度2-3倍.     

深孔预裂爆破在低透性高突煤层中的应用与分析

为提高低透气性高突出煤层瓦斯抽放率,达到预防瓦斯突出的效果,将深孔预裂爆破技术运用于某煤矿低透性高突煤层,考察了这种爆破对煤层透气性系数、百米钻孔瓦斯流量、瓦斯抽放量、抽放浓度、瓦斯抽放率以及突出预测敏感指标的影响。试验结果表明:采用深孔预裂爆破技术后,煤层透气性增强,瓦斯抽放率提高,各项预测指标在回采期间没有出现超标情况,同时也没有发生过瓦斯动力现象和煤与瓦斯突出。     

预抽煤层瓦斯消突效果评价FTA及综合指标优选

针对预抽煤层瓦斯这一区域性防治煤与瓦斯突出措施的消突效果评价,应用事故树分析法(FTA),可根据导致预抽煤层瓦斯后发生煤与瓦斯突出事故的各种可能途径,以及各个诱导因素对事故发生的影响程度,找到可用于消突效果评价的关键因子,进一步分析出评价指标和评价方案.本文构造出了预抽煤层瓦斯后发生煤与瓦斯突出的事故树模型,通过FTA定性分析,得出了预抽煤层瓦斯消突效果评价因子的客观排序,为区域防突措施消突效果评价提供了一种新的理论方法.     

矿井围岩应力松弛区理论计算与试验研究

通过对掘进工作面前方煤体的受力特点进行分析,理论研究了掘进工作面应力分布特征,得出了掘进巷道前方卸压带宽度计算公式,分析了各因素对煤与瓦斯突出发生的影响,现场利用电磁辐射监测技术进行测试,与理论计算结果相吻合。结果表明,掘进工作面前方卸压带的宽度与巷道的高度、巷道煤岩与顶板的摩擦角等因素有重要关系,研究为掘进工作面煤与瓦斯突出预测及防治具有重要的指导意义。     

煤层注水防治煤与瓦斯突出机理的研究现状与进展

为了深入研究煤层注水的防突机理,在对国内外煤层注水防治煤与瓦斯突出机理研究的基础上,综述煤层注水影响煤体力学性质、采场应力分布及煤体瓦斯解吸特性3方面的研究现状;进而分析我国在煤层注水防突机理研究方面存在的问题,提出当前应急需解决注水对煤体瓦斯的抑制解吸效应问题。笔者认为:确定抑制解吸效应考察、煤体孔隙特性变化及注水煤样吸附解吸甲烷特性等课题的研究是深入探讨的方向,研究成果为进一步认识煤层注水的防突机理提供理论依据。     

Study on difference of outburst elimination effect between sub-layers of soft coal and hard coal under the condition of gas per-drainage

The effect of drainage and outburst elimination are obviously different between soft and hard coal sub-layers under per-drainage of coal seam, and hence, the location of per-drainage borehole related to the soft sub-layer is the key that determines whether the outburst can be eliminated in whole coal seam. This paper discusses the differences between soft and hard coal from fields of pore radius distribution, pore structure, surface area and permeability, and the per-drainage effect was numerical simulated under different distance between per-drainage hole and soft sub-layer. Moreover, the optimum hole arrangement of outburst elimination is given in the paper. The result of research shows that the macro-pore with aperture that is larger than 50,000 nm, is dominant at about 50% in hard coal, correspondingly, the micro-pore with aperture less than 100 nm accounts for about 41.23% in soft coal. The surface area of soft coal is 1.6 times as that of hard coal. The residual gas content in soft coal sub-layer is obviously more than it in hard coal sub-layer under the same pre-drainage condition. To 5.5 m-thick coal seams which top is a soft coal sub-layer of 0.5 m-thick, pre-drainage gas can eliminate danger of gas outburst in whole coal seam at the seam time after 455 days drainage when the per-drainage holes are 1.0 m distances from the soft coal sub-layer.