采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。     

布尔台矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

为了探究布尔台煤矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面为例，采用单元法现场实测了工作面瓦斯涌出情况，并分析了其受开采强度、风量、煤层瓦斯含量、工作面来压变化、气候条件等相关参数的影响规律。研究结果表明:布尔台煤矿42201回采工作面的主要瓦斯涌出来源为煤壁和落煤瓦斯涌出；矿山压力显现和来压时，工作面绝对瓦斯涌出量有较为明显的异常变化；开采强度的变化趋势和上隅角瓦斯浓度异常变化的趋势是一致的；对比发现，地面大气压力对工作面瓦斯涌出的影响程度远小于开采强度。针对布尔台煤矿的特点，提出了“顶板定向长钻孔分段水力压裂强制放顶和联巷插管或煤柱大直径钻孔桥接采空区的瓦斯抽采相结合”的瓦斯治理措施。现场应用发现:42201工作面最高来压强度由59.1 MPa降低至48.0 MPa，上隅角瓦斯抽采量为2.70~3.79 m3/min，平均为3.25 m3/min，占总的瓦斯涌出量的比例为62.65%~69.16%。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

综放工作面瓦斯涌出量预测方法及工程实践

分源预测法是我国目前应用最广泛的瓦斯涌出量预测方法,但不适用于应用综放工作面的矿井。由于综放工作面矿井瓦斯涌出来源和涌出强度与一般综采工作面有所不同,矿井瓦斯涌出量差别较大。基于分源预测法,提出了综放工作面的瓦斯涌出量预测方法,应用于山西大远煤业综放工作面瓦斯涌出量预测,并与实际观测结果对比。结果表明:改进的综放工作面瓦斯涌出量预测方法符合综放工作面的实际情况,对综放开采工作面的瓦斯涌出量预测具有一定意义。     

分层充填开采煤层瓦斯运移方式及涌出规律研究*

为了探究使用分层充填法采煤过程中煤层瓦斯的运移方式及涌出规律,以高河煤矿E1302工作面为研究对象,采用实验室试验、理论分析、数值模拟相结合的方法建立数学模型,利用数值模拟软件对煤层瓦斯的运移方式及涌出规律进行求解。研究结果表明:使用分层充填法采煤时,充填体渗透率远大于煤体,下分层煤体中的瓦斯会以充填体为媒介向工作面涌入;开采过程中,工作面瓦斯压力随开采时间逐渐降低,开采30 d后,煤层最大瓦斯压力下降18.75％,最大瓦斯渗流速度始终位于充填体、工作面、下分层煤体交界处;工作面绝对瓦斯涌出量随着开采时间的推移呈波动式下降。     

矿井反风时期网域系统瓦斯运移仿真

为了解矿井反风时期矿井系统网域中瓦斯运移及其体积分数分布的变动,以九里山矿井为实例,运用TF1M3D进行仿真分析。根据反风时采空区瓦斯分布换向变化和涌出处在最低值期的特征,指出反风后系统瓦斯涌出源主要来自采煤工作面。模拟得到反风时期工作面瓦斯体积分数的变化规律是,在实施全矿反风后,工作面回风道的瓦斯重新回流至工作面,与工作面内涌出的瓦斯重复叠加形成体积分数高峰瓦斯风流,致使反风后原来进风巷中回风流瓦斯体积分数增高;反风刚开始时瓦斯体积分数陡增,待峰值过后,瓦斯体积分数逐渐呈阶梯式降低。模拟结果反映出反风时采煤工作面中回流瓦斯与涌出瓦斯形成二次叠加的存在性,而所产生的瓦斯体积分数高峰值与矿井回风网络系统的结构有关。高峰瓦斯风流影响矿井反风过程的安全性,因此不但应连续检测工作面的瓦斯体积分数变化,更应提前做好应对措施和技术预案。     

呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生，通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况，建立大气压力波动模型并分析计算，同时建立火区内外压差100，750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应，在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律，以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动，封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化；密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性，内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释；密闭质量差的火区，内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响；火区氧浓度在2%~12%之间波动，以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性；火区内外压差较大时，氧浓度波动变化幅度更大，危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型，可有效地对矿井火区采取安全的防范措施，避免瓦斯爆炸事故发生。     

综采面瓦斯来源及分布规律现场实测分析

为了分析综采工作面瓦斯涌出来源与分布规律,提出了通过单元法现场测试工作面各瓦斯涌出源所占比例以及工作面瓦斯分布规律,研究结果表明,15102工作面采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的20.75%,来自落煤及煤壁的瓦斯占工作面瓦斯总涌出量的79.25%。在工作面上隅角位置,风流经上隅角将大量采空区瓦斯带出,致使采空区瓦斯进入工作面,引起工作面瓦斯浓度剧烈变化。研究结论对矿井采取合理的工作面瓦斯治理措施具有重要的指导意义。     

瓦斯异常区域高位裂隙抽放技术探析

城郊煤矿为瓦斯矿井,但2703工作面属于瓦斯异常区域。在工作面回采期间,瓦斯涌出量不断增加,工作面瓦斯易超限,严重制约了工作面的正常回采工作。为了达到降低工作面瓦斯浓度,解决工作面瓦斯超限,实现工作面的安全、高效回采工作,采取了高位裂隙瓦斯抽放钻孔对煤岩层卸压带瓦斯进行抽放,取得了良好的效果。     

考虑煤体粒度的落煤瓦斯涌出预测模型研究*

为了探究不同煤体粒度对于工作面瓦斯涌出的影响规律,以王家岭煤矿为研究对象,通过现场测试分析采落煤与放落煤的粒度分布,采用数值模拟计算不同粒度煤体的瓦斯涌出特征;并推导采落煤和放落煤的瓦斯涌出预测模型,对模型进行现场应用。研究结果表明:王家岭煤矿采落煤粒度分布范围更广,存在较高比例的微小粒度和大粒度煤体;煤体粒度越小,则瓦斯涌出速度越快。采落煤和放落煤的综合涌出强度均可以用指数函数来描述,模型计算结果与现场实际数据误差在合理范围内。     

低透气性薄煤层煤与瓦斯共采技术研究

煤与瓦斯共采技术是煤矿绿色开采技术的重要组成部分之一.针对矿井煤层薄、煤层透气性低、煤层瓦斯含量低等特点,应用岩层移动理论和采空区瓦斯流动规律,研究了采场内卸压瓦斯的运移路径和富集区域,建立了矿井煤与瓦斯共采系统,采用了高位顶板穿层钻孔瓦斯抽采方法和老采空区瓦斯抽采方法等综合瓦斯抽采方法,降低了矿井瓦斯涌出量,消除了工作面瓦斯积聚现象,提高了矿井瓦斯抽采率和抽采浓度.在保障煤炭资源安全开采的前提下实现了瓦斯资源的安全、高效抽采.     

自适应神经网络在确定落煤残存瓦斯量中的应用

落煤残存瓦斯量的确定是采掘工作面瓦斯涌出量预测的重要环节，它直接影响着采掘工作面瓦斯涌出量预测的精度，并与煤的变质程度、落煤粒度，原始瓦斯含量、暴露时间等影响因素呈非线性关系，人工神经网络具有表示任意非线性关系和学习的能力，是解决复杂非线性，不确定性和时变性问题的新思想和新方法，基于此，作提出自适应神经网络的落煤残丰瓦斯量预测模型，并结合不同矿井落煤残存瓦斯量的实际测定结果进行验证研究，结果表明，自适应调整权值的变步长BP神经网络模型预测精度高，收敛速度快，该预测模型的应用可为采掘工作面瓦斯涌出量的动态预测提供可靠的基础数据，为采掘工作面落煤残存瓦斯量的确定提出了一种全新的方法和思路。     

基于正交试验-多元回归的煤矿瓦斯涌出量预测

为了快速准确地预测工作面瓦斯涌出量,简化瓦斯涌出量预测建模过程,将正交设计方法与多元回归分析相结合提出了简化的预测模型,并针对实际矿井数据进行应用.结果表明,结合正交设计中的极差和方差分析可以有效剔除对瓦斯涌出量影响不显著的因素,该剔除结果与SPSS软件显著性分析结果一致,利用SPSS软件对剩余的瓦斯涌出量影响因素进行多元回归分析得到相应的回归模型,经检验其预测结果相对误差平均值为1.76％,回归模型具有较高的精确度,可为煤矿瓦斯涌出量预测工作提供一定的参考.     

采动工作面瓦斯流动规律的探讨

在经典瓦斯流动理论基础上，将瓦斯在采动工作面前方煤层中的流动视为流动边界不断变化的一维流动问题，利用动坐标变换，求出在这种情况下瓦斯压力分布的解析解，比较了不同的工作面推进速度对瓦斯压力分布及瓦斯涌出量的影响。     

低瓦斯矿井高瓦斯区域瓦斯综合治理技术

由于煤层瓦斯分布的不均衡性,低瓦斯矿井中也有瓦斯较高的区域.特别是近年来,在一些低瓦斯矿井的瓦斯异常区也发生了一些重大瓦斯事故.对低瓦斯矿井的瓦斯异常问题,国内目前采取的办法往往只是加强通风、降低掘进速度等,很少有系统的防治方案,所以造成低瓦斯矿井也会发生瓦斯事故.针对付村煤矿瓦斯异常区综放工作面瓦斯源进行了分析研究,提出了有针对性的瓦斯综合治理方法.实践证明,采用几种形式结合的综合治理方法,可以达到治理瓦斯的目的,控制工作面的瓦斯浓度,确保瓦斯异常区的安全生产.     

采煤工作面瓦斯爆炸事故树分析

根据矿井采煤面瓦斯爆炸的一些典型事例，概括出导致瓦斯爆炸的基本事件，编制了采煤工作面瓦斯爆炸事故树。应用事故树分析中的最小割集、最小径集和结构重要度，对矿井采煤工作面瓦斯爆炸事故进行了研究。结论表明，严格控制瓦斯浓度，杜绝一切火源，是预防矿井瓦斯爆炸的基本途径。     

采煤工作面瓦斯涌出量分源计算

采煤工作面瓦斯涌出量计算是矿井通风设计和瓦斯治理的重要依据。根据煤层瓦斯涌出特点,将瓦斯涌出源分为煤壁、采落煤、运煤和采空区4个分源。基于采煤工作面瓦斯浓度监测数据中包含的各源瓦斯涌出信息,建立绝对瓦斯涌出量分源计算方法。以古汉山矿长壁采煤工作面为例,介绍该方法的应用过程。研究结果表明,通过分析采煤和准备工序期间单一或组合瓦斯浓度监测曲线特征,能够计算采煤工作面分源瓦斯涌出量。     

基于多源数据融合的煤矿工作面瓦斯浓度预测*

为了解决瓦斯浓度预测使用的单一数据在预测中影响还不够深入的问题,提出基于LSTM神经网络的多源数据融合瓦斯浓度预测模型。模型将上隅角瓦斯浓度、采煤机速度、工作面吨煤瓦斯涌出量等不同数据融合作为输入层参数,使用Adam优化算法更新LSTM网络层参数,利用Attention机制突出关键影响瓦斯浓度的因素,开展多源数据融合的瓦斯浓度预测,结合某矿1008工作面的实际数据,分析不同数据在瓦斯浓度预测中的作用。研究结果表明:单变量下的Attention-aLSTM预测效果相比LSTM提升14.2%;多源数据融合下的Attention-aLSTM相比自身提升了5%。     

近距离煤层群开采上保护层被保护层卸压瓦斯治理实践

为保障突出矿井近距离煤层群安全开采,本文基于上保护层开采时下邻近煤层卸压瓦斯治理的重要性,探讨采场动压影响下围岩变化与卸压瓦斯解吸运移的时空关系,研究瓦斯涌出形态和控制措施.结果表明:煤层组开采上保护层时,伴随工作面推进,底板煤岩系表现出时空滞后的蠕变特性;邻近层卸压瓦斯涌出按其对应工作面位置的活跃程度呈现出"四带"特征;被保护层卸压涌出占总瓦斯涌出量的70％以上,直接对被保护层进行目标抽采瓦斯是实现卸压瓦斯抽采最大化的最佳途径;在使用底板瓦斯道施工穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯时,根据巷道顶板瓦斯层流情况,确定全负压通风并保持风速1.1m/s以上是保障安全作业环境优化条件.     

张集矿综采工作面瓦斯治理措施及效果分析

张集矿属于煤与瓦斯突出矿井,针对目前所开采的17266工作面地质构造条件复杂、瓦斯涌出量大、处于突出危险区等瓦斯治理难题,采取"风排瓦斯、高抽巷穿层钻孔抽采、运输巷、回风巷顺层钻孔抽采和上隅角埋管抽采"等瓦斯综合治理措施,用分源预测法得出工作面绝对瓦斯涌出量为30.3 m3/min。结果表明,工作面的主要瓦斯涌出来源为本煤层瓦斯涌出。工作面风排瓦斯量11.0 m3/min,工作面瓦斯抽采率达63.0%以上。