煤与瓦斯突出预测技术研究现状及发展趋势

对矿井煤与瓦斯突出预测方法的研究现状及发展趋势进行了论述及分析。目前我国大量使用的是钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q、瓦斯解吸指标Δh2 、瓦斯放散指数ΔP等钻孔静态预测方法 ,这些方法花费大量的人力、物力和财力 ,而且准确性较低。而声发射和电磁辐射等方法是很有前途的预测方法。未来煤与瓦斯突出预测的发展趋势是 ,利用声发射监测技术对变形破裂剧烈区域进行定位 ,利用电磁辐射监测技术工作面非接触连续预测 ,再结合现有的环境监测系统监测的瓦斯动态涌出对煤与瓦斯突出现象进行准确预测     

基于灰色系统理论的煤与瓦斯预测预报系统的研究

本文将煤体温度变化、电磁辐射、声发射以及煤的破坏类型和煤层的地质构造综合起来考虑，应用灰色系统理论中的多维灰色评估方法，对煤与瓦斯突出灾害进行预测，以提高瓦斯突出预测预报的准确性。并编制了煤与瓦斯突出预测预报系统软件，为煤与瓦斯突出预测提供一种新思路和新方法。     

煤岩动力灾害的氡监测技术初探

矿井开采深度和强度的逐年增加,致使深部煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害变得更为严重,迫切需要有既行之有效又安全可靠的方法来对其进行预测预报.煤岩体的破裂过程伴随能量耗散及放射性核素氡析出,因此,检测氡的变化可以作为一种对煤岩动力灾害的预测方法.先介绍了我国煤矿井下氡的水平,分析了破裂煤岩氡析出异常机理,研究了煤岩放射性核素赋存的影响因素,再利用自主设计的循环式破裂煤岩氡析出测定试验系统,初步研究了煤岩块试样破坏前后的氡析出变化.结果表明,煤岩块试样在破坏前后,氡浓度出现异常变化,破坏后较完整的煤样氡气放射增加50％以上,破坏后较完整的岩样氡气放射增加1倍以上.这表明氡检测技术在煤矿动力灾害探测中具有较好的应用前景.     

基于力电耦合冲击矿压电磁辐射预测法的研究

笔者首先提出了煤岩变形破裂过程电磁辐射与应力耦合的概念 ,然后在实验研究、理论分析和数值模拟的基础上从力电耦合的角度研究了煤岩冲击矿压预测的电磁辐射法 (EME)。研究结果表明 :FLAC3D方法能对矿山巷道掘进过程煤岩内部应力场进行有效的数值模拟 ;电磁辐射信号主要来源于应力集中区 ,在场点监测到的电磁辐射信号主要是应力集中区煤岩变形破裂过程产生的 ;EME信号呈现出与煤岩内部应力变化相同的规律 ;利用力电耦合方法研究煤岩冲击矿压电磁辐射预测法是可行的。笔者最后还对未来煤岩冲击矿压电磁辐射预测法的研究进行了展望。     

含瓦斯煤岩突出过程数值模拟

含瓦斯煤岩突出是煤炭开采过程中一种复杂的工程诱发灾害。根据煤岩体变形与瓦斯渗流的基本理论 ,考虑煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂过程中透气性的非线性变化特性 ,建立了含瓦斯煤岩突出过程固气耦合作用的RFPA2D Flow模型。利用该模型对石门掘进诱发的含瓦斯煤岩突出进行了初步的数值模拟 ,模拟结果再现了煤岩介质在瓦斯压力、地应力和煤岩力学性质等因素综合作用下由裂纹萌生、扩展、相互作用、贯通直至失稳抛出的突出全过程 ,揭示了采动影响下煤岩介质渐进破坏诱致突变的非线性本质 ,包括含瓦斯煤岩破裂过程中应力场的演化 ,为含瓦斯煤岩突出机理研究提供一套全新的数值试验分析工具。     

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。     

用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出的实验理论基础

用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出是突出研究的新技术手段。本文阐述了电磁辐射法预测突出的理论和实验基础，电磁辐射法预测突出能实现连续、非接触、准确可靠和自动化监测，是煤与瓦斯突出预测技术的发展方向。同时也指出了目前的未知领域和研究成果的缺陷，指明了以后的研究方向和课题。     

基于均生函数模型的冲击矿压电磁辐射预测研究及其应用

通过实验研究煤岩变形破裂过程电磁辐射信号的变化规律,表明非接触电磁辐射法能动态预测冲击矿压等煤岩动力灾害现象;在非接触电磁辐射法动态预测冲击矿压的实验研究基础上,提出一种新的动态时间序列预测模型——均生函数模型,利用电磁辐射监测仪测定的现场工作面电磁辐射信号时间数据序列,通过逐步回归筛选时间序列构造一个均生函数方程;利用该方程预测预报未来电磁辐射信号的发展,并与现场测定的实际值进行对比分析,以此来验证该预测模型的正确性。误差分析和实践结果表明:均生函数模型的预测值与实际测定值的相对误差最大为6.71%左右,且距平趋势正确率均达到了60%,证明该模型与电磁辐射预测方法的有机结合能有效地预测冲击矿压以及提高预测的准确性,为冲击矿压电磁辐射预测技术的研究提供了一种新的研究思路和方法。     

应用层次分析-模糊综合评判法对煤与瓦斯突出危险性的预测

现场测定某矿掘进工作面煤与瓦斯突出的预测指标值,该指标包括:电磁辐射强度、电磁辐射脉冲、软分层厚度、钻屑量、瓦斯涌出初速度和综合指标R;运用层次分析法确定各预测指标的重要程度;利用模糊数学综合评价方法对煤与瓦斯突出的危险性进行综合预测。结果表明,该方法对煤与瓦斯突出的预测结果与综合指标R预测情况符合性较好,具有较强的实用性和可靠性,对煤矿的安全生产工作具有一定的指导作用和借鉴价值。     

加卸载下含水率对含瓦斯煤岩损伤变形的影响分析

采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服控制渗流试验装置对不同含水状态煤样进行了加卸载下三轴变形与渗流特性的试验研究。研究结果表明:含水率越高,煤样的三轴强度越低,失去抵抗外部载荷所产生破坏的能力越快,且塑性变形增强,脆性破坏减弱,瓦斯流量增加越小;含水率的增加能够使得煤岩破坏时积聚的弹性能减少,并且释放速率更加缓慢,更多的消耗于塑性变形中,这有助于预防煤岩破坏时由于弹性能的突然释放而导致的大型煤与瓦斯突出事故的发生;基于Logistic方程和能量耗散理论,建立了煤岩损伤演化数学模型,通过对试验数据的拟合分析,两者吻合程度较高,能够为煤岩损伤破坏提供预测。研究结果对于具有煤与瓦斯突出危险性的煤层进行注水消突具有理论指导意义。     

Comprehensive monitoring technique based on electromagnetic radiation and its applications to mine pressure

Strata pressures are common potential troubles during coal mining, serious ones can cause great catastrophe. This paper presents a new comprehensive electromagnetic radiation (EMR) monitoring technique to monitor and predict these disasters. In this paper, we studied the relationship of EMR emitted by various, uniaxially loaded, coal rock samples (coal, rock, roof-coal-floor composite) in their whole deformation and failure processes to the applied loads, and found that EMR signal is linearly related to the applied loads, while the number of EMR pulses is a third power function of the applied loads. Therefore, EMR signal is capable of reflecting the stress (load) state, deformation and fracture strength, and internal stress state of coal rock mass. Based on the above, we proposed three methods for measuring rock pressure distribution, periodic pressure, and internal stress distribution of coal rock mass on working faces, and conducted field measurements and verifications. The results showed that (i) EMR has a certain correspondence to support resistance of working faces, and can reflect more accurately the face pressure distribution; (ii) in the mining impacted area located within 100 m in the front of working face, the stress distribution has unimodal and bimodal forms; (iii) EMR signal changes periodically with periodic pressure, and can be used to qualitatively observe and evaluate periodic pressure; (iv) tested with antenna in the borehole into coal rock mass, EMR signal can effectively reflect the internal stress distribution and shifting, which was verified by using traditional drilling cuttings method. In addition, EMR can also be used to check the effect of destress blasting as one of the emergency measures. In conclusion, the results are of practical significance for using EMR to monitor rock pressure and guiding safe underground mining.     

基于能量理论的煤与瓦斯突出机理探讨

为研究煤与瓦斯突出的力学机理和能量来源,根据理想气体状态方程,推导了采场围岩瓦斯突出过程中的瓦斯压力、瓦斯含量与对外做功的关系,基于弹塑性力学,阐明了岩体弹塑性状态转化前后应变能释放机理。研究结果表明:煤与瓦斯突出是瓦斯势能与煤岩体弹性能共同作用并转化为煤岩体动能的结果;瓦斯势能释放值与释放路径无关,而与瓦斯压力和瓦斯含量相关,与煤壁前方塑性区扩展规模相关;将其应用至1次特大型煤与瓦斯突出事故中,核算的突出煤量、瓦斯含量和煤体抛出速度基本吻合于实际结果;基于理论分析提出了煤与瓦斯突出的3项防治措施,一是通过钻孔卸压或瓦斯抽放减小瓦斯压力,二是增加极限平衡区距离或减小截深,三是避免高瓦斯巷道或工作面出现蝶形塑性破坏。     

深部低渗透强突出煤层群首采下保护层确定和效果考察

软岩保护层在深部低渗透强突出煤层群首采保护层选择中具有潜在的应用前景。在阐述下保护层开采覆岩移动与采场裂隙演化及瓦斯运移关系的基础上,以芦岭矿为工程背景,通过FLAC3D数值试验,研究软岩保护层开采后的卸压效果,并和不同层位的薄煤层开采卸压效果对比分析。结果表明,在采厚相同的情况下,开采10煤保护层相对于软岩保护层,卸压程度弱,保护范围小,保护效果差。软岩保护层开采后,被保护层处于弯曲下沉带的下限范围。受采动影响,有大量的离层裂隙生成。考察期范围内上覆被保护层(8、9煤层)瓦斯抽采率达62.9%,表明软岩保护层开采能够对上覆被保护层(8、9煤层)起到显著的卸压效果。研究结果可为其他矿区保护层开采选择提供参考,丰富国内保护层开采实践。     

煤与瓦斯突出过程中煤体层裂演化特征实验研究

为了探究煤与瓦斯突出过程中煤体层裂演化特征,利用自主研制的煤与瓦斯突出实验模拟系统,研究突出过程中煤体层裂结构特征、煤体裂隙厚度演化特征和煤体质点运动演化特征。研究结果表明:在轴向应力0.9 MPa、瓦斯压力0.4 MPa时,煤体层裂发展时间持续85 ms,煤体共计出现11处裂隙。层裂从煤体后方的弱构面出现并向前方发展,其位置大多集中于突出腔体中后部,煤体层裂形式均为纵向贯通,在第9处出现最大纵向断裂裂隙。煤体裂隙总厚度约为75.6 mm、单处裂隙平均厚度约为8.4 mm,二者均呈现随时间递增的趋势。层裂过程中煤体单处裂隙厚度并不都是沿程递增的,部分煤体中部裂隙厚度呈现先增大后减小的特征。煤体的运动表现为靠近突出口端的运动速度更快、运动距离也更长。研究结果可为揭示煤与瓦斯突出层裂机制提供参考。     

分段变速加载对含瓦斯突出煤力学特性影响试验研究

为探究采动应力变化对含瓦斯突出煤力学特性的影响，利用RLW-500G煤岩三轴蠕变-渗流试验系统，对新景矿含瓦斯突出煤进行了不同围压和瓦斯压力下的常规三轴和分段变速加载力学试验。结果表明:煤样在2种应力路径下的全应力应变曲线均可分为压密、线弹性、塑性变形、应力跌落和残余应力5个阶段；随着围压的升高或者瓦斯压力的降低，煤体在2种应力路径下的强度和弹性模量均增大；相较于常规三轴，煤体在分段变速加载路径下的强度普遍增大，峰值轴向应变、峰值环向应变绝对值和峰值体积应变绝对值也普遍增大，失稳破坏瞬间应力跌落和能量释放更加剧烈。Mohr-Coulomb强度准则仍然适用于分段变速加载条件下的含瓦斯突出煤，该研究对于认识煤与瓦斯突出的发生机制具有一定的指导意义。