集贤煤矿瓦斯地质规律主控因素分析

为获得集贤煤矿的矿井瓦斯地质规律,对2007-2009年集贤煤矿的地质资料和瓦斯涌出量数据进行收集整理.在此基础上运用区域构造演化和瓦斯地质理论,分析集贤矿区地质构造演化及分布特征对瓦斯的控制影响.结果表明,集贤煤矿煤层的裂隙发育、高渗透性的顶底板砂岩岩性对瓦斯赋存的控制影响较小,不考虑为集贤煤矿瓦斯地质规律主控因素;而矿井构造、煤层埋深、岩浆岩侵入等因素对瓦斯赋存的控制影响较大,基本上为集贤煤矿瓦斯地质规律的主控因素.     

矿井瓦斯涌出量预测的GM(1,1)模型研究

矿井瓦斯渗出量预测,对矿井安全及正常生产至关重要。由于矿井瓦斯涌出量的影响因索、关联变量和约束条件复杂,对各因素之间的影响程度难以区分和把握,因此在预测预报中的精度较差。而采用灰色理论则具有高度的概括性,可以把各种不确定的因素,统一用一个简单的“灰数”表示,预测精度高而且使用简单。在分析某矿历年来相对瓦斯涌出量的基础上,应用灰色系统理论对其瓦斯涌出量进行了预测,其方法与结果对预防煤矿恶性事故的发生,悍证煤矿的安全生产具有重要意义。     

基于瓦斯地质图的瓦斯含量和瓦斯涌出量的定量预测

在分析煤矿所属矿区地质构造演化及分布特征的基础上,绘制了邻水煤矿瓦斯含量及瓦斯涌出量等值线图,初步掌握了该矿的瓦斯分布规律;同时对该矿瓦斯含量大小和瓦斯涌出量状况作出了有效的定量分析,为该矿的瓦斯综合治理提供了有效数据,也为保障矿井安全生产作出了贡献.     

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。     

岩桥破坏全过程分形特征研究

为定量研究边坡岩桥破坏全过程特征,对岩桥试件进行单轴压缩试验,采用盒维数法计算加载过程中裂纹扩展路径的破裂分形维数,基于应力-应变曲线和破裂分形维数量化表征岩桥破裂演化特征,论证了试验结果与实际边坡岩桥破坏过程的相似性;而后,对试件碎屑进行筛分试验,引入破碎分形维数定量描述其破碎特征;最后讨论了这2种分形维数之间的关系。结果表明:1)岩桥试件的应力-应变曲线呈现出"峰后回升"特征; 2)破裂演化过程中产生的新生裂纹具有形态上的自相似性,即分形特征,破裂分形维数与应变之间服从双曲线关系; 3)岩桥试件破坏后的碎屑尺寸分布具有分形特征,破碎分形维数变化范围在2. 60～2. 67之间; 4)数据拟合表明,岩桥试件最终破坏状态的破裂分形维数与破碎分形维数之间呈线性正相关关系,这是因为试件的裂纹萌生、扩展和贯通与破碎特征紧密相关,属于因果关系。     

顶板灰岩瓦斯涌出异常分析及治理技术

为厘清吕梁矿区某低瓦斯矿井顶板灰岩瓦斯涌出异常的原因,实测开采煤层及邻近煤层瓦斯含量、顶板裂隙涌水量、岩溶水离子成分及裂隙内瓦斯浓度,结合瓦斯异常涌出地点地质构造特征,剖析顶板灰岩瓦斯富集的原因,跟踪考察工作面瓦斯治理效果。研究表明:顶板灰岩裂隙水的封堵作用及层间裂隙水对顶板灰岩溶蚀改造形成的瓦斯储集空间是顶板灰岩瓦斯涌出异常的原因;使用顶板高位钻孔抽采灰岩富集区瓦斯,可减少巷道空间的瓦斯涌出量,降低瓦斯浓度,保障工作面的安全高效生产。     

煤层突出危险微震区域探测技术研究

为解决煤与瓦斯突出矿井缺乏区域性在线探测预警技术问题,首先,将能反映矿井动、静载荷的微震(MS)技术应用于煤与瓦斯突出矿井,研究掘进诱发微震信号的时空演化特征;然后,基于震动波计算机断层扫描技术(CT),反演研究掘进工作面区域应力场分布特征,对比分析应力异常区与事故发生位置的空间关系;最后,探讨MS技术在突出矿井的应用前景。结果表明:突出矿井松软煤层MS事件主要分布在应力集中区、掘进扰动区及构造影响区;当掘进工作面逐渐临近地质构造时,MS能量、频次会逐渐增多;基于震动波速反演得到的区域应力场结果与实际的大巷上山、停采线及掘进面等引起的应力集中相符合;金佳矿突出危险事件位置与震动波CT探测的应力异常区具有很好的对应关系,在波速梯度变化大的位置更可能发生突出。     

林华煤矿煤与瓦斯突出构造控制及其分形特征

采用事故树分析法,对林华煤矿历次的煤与瓦斯突出事故资料进行了定性、定量分析,得出构造为林华煤矿煤与瓦斯突出事故的主控因素。运用分形理论对林华煤矿突出主控构造的特征进行分析,发现构造分布符合分形规律,信息维法比盒维法更能表征构造的分形特征。林华矿信息维数达到或超过一定数值的范围内,应采取抽放瓦斯等综合防突措施,加大防突力度。     

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。     

矿井煤与瓦斯突出危险性预测的模式识别研究

在查明多个突出影响因素与突出危险性之间内在联系的基础上,应用地质动力区划方法确定区域地质构造模型,并结合地应力测量方法和数值模拟,综合应用VB、VC完成模式识别系统设计和应用软件开发,在地理信息系统(GIS)支持下建立多因素模式识别模型.用多因素模式识别预测方法进行煤与瓦斯突出危险性的区域预测,划分淮南矿务局谢一矿井田的煤与瓦斯突出危险区、突出威胁区和无突出危险区,对煤与瓦斯突出危险性做出评估.     

A numerical method to predict flame fractal dimension during gas explosion

Accurate prediction of the flame propagation velocity during a gas explosion is essential to assess its consequences and to evaluate the risk level. The propagating premixed flame is self-turbulized due to the hydrodynamic instability, resulting in a fractal flame structure. It is therefore important for accurate prediction of flame speed to understand the flame’s fractal structure in detail and to predict its fractal dimension in particular. Numerical simulations of spherically-propagating flames have been previously attempted for such purposes. There are, however, difficulties to accurately predict the fractal dimension from the result of the numerical simulation of a spherically-propagating flame. In this study, we propose a method to easily predict the fractal dimension based on the numerical simulation of a planar flame. Planar flame propagation is simulated for different sizes of computational domain. The fractal dimension can be determined from the dependence of flame speed on computational domain size. The determined fractal dimension is favorably compared with previous experimental results.     

瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆方法研究进展

为探究瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆机理,本文通过一系列实验,研究瓦斯、煤尘爆炸的速度和温度等特征,提出利用图像相关系数法和辐射测温原理计算火焰传播速度及温度场变化,定量分析影响煤尘爆炸的因素以及产物变化规律,揭示煤尘爆炸的宏微观机制。结果表明:火焰分形维数可以用来反应瓦斯爆炸强度,即当分形维数更接近2.2937时爆炸反应最为强烈,其爆炸过程中自由基最终生成浓度与CH 4初始浓度呈倒U型关系;当量比对煤粉火焰爆炸压力及速度也有一定影响,在最佳当量比的2倍左右时可以达到最大爆炸压力和最大火焰传播速度。另外本文亦采用泡沫陶瓷对瓦斯的多次爆炸和连续爆炸进行抑爆,发现不同厚度和孔隙的泡沫陶瓷具有不同的抑制效果,孔隙较大的泡沫陶瓷对爆炸能量有较好的抑制作用。     

煤与生物质燃烧生成碳黑团聚物的形态分析

为分析碳黑团聚物对大气环境监测、气候预测等领域的影响,对其形态进行分析。用分形参数来表征碳黑团聚物的形态变化,将煤与生物质燃料燃烧生成的烟气取样后洗涤、离心、干燥并制成膜片,通过透射电镜(JEM-2100)获得膜片镜下图片,利用IMAGEJ测量电镜图片中团聚物的几何参数,通过几何参数推断出团聚物的分形参数,得出分形维数D_f在0.68~3.42变化,前向因子K_g在0.09~3.71变化,分形参数值越大,碳黑团聚物形态越趋于球形。     

黄土高原刺槐人工林地土壤颗粒分形特征研究

采用分形理论,研究黄土高原刺槐人工林地不同树龄和不同深度的土壤颗粒的分形特征.结果表明,在刺槐人工林凋落物和根系等的作用下,人工林能够提高林地土壤的团聚能力,降低土壤的分形维数;不同树龄刺槐人工林地的土壤颗粒分形维数在土壤剖面的不同深度上趋于均一,而且小于同种质地的其他土壤;土壤颗粒分形维数可以反映森林土壤粒径分布的变化,因而可作为评价森林土壤生态特征的指标.     

动态瓦斯地质预测算法研究与可视化应用

为实现煤矿瓦斯地质动态精准预测与可视化,基于煤层埋深、厚度、倾角、地质构造等多种因素,通过将相似的地质模块定义为同一微单元,在此基础上将反距离权重插值算法和递归邻域搜索策略与数据优化处理算法相结合,应用于瓦斯地质动态预测可视化系统开发。研究结果表明:根据递归邻域搜索算法模型开发的多级瓦斯地质图动态分析系统利用瓦斯地质基础数据可对矿井瓦斯含量、压力、涌出量等瓦斯赋存参数进行实时分析和计算,动态绘制散点图、等值线和区域预测图,使瓦斯区域预测图过渡更加平缓,显著提高预测的精准性及整体的显示效果,同时其制图耗时也无明显增加,可为高瓦斯矿井安全生产提供决策依据。     

围压卸荷条件下砂岩损伤与动态破碎特性研究

为研究深部高应力岩体开挖卸荷对围岩的影响,运用自制的带轴向静压和围压装置的霍普金森压杆(SHPB)设备,开展不同速度围压卸荷试验。结合围压卸荷过程砂岩试样声发射特性及动态加载后试样破碎块度分维特性,分析围压卸荷速率对试样损伤的影响。试验结果表明:当卸荷速率在0.5～10 MPa/s范围内变化时,砂岩损伤、声发射能量及破碎分形维数随围压卸荷速率增大而增大;但当卸荷速率增大到200 MPa/s时,砂岩损伤、声发射能量及破碎分形维数反而减小。在一定范围内提高围压卸荷速率,有助于提高砂岩试样裂隙发育及损伤程度。     

平煤八矿煤与瓦斯突出特征及其与预测指标关系的研究

针对平煤八矿煤与瓦斯突出特征,采用现场观测、数理统计及瓦斯地质方法,研究煤与瓦斯突出规律及其与日常预测参数的关系。研究表明,地质构造对煤与瓦斯突出有明显的控制作用,日常预测参数q,S值超标严重位置与煤与瓦斯突出点分布具有一致性。通过跟踪观测瓦斯地质异常变化及日常校检参数超标情况,将二者有效结合起来预测采掘工作面前方煤与瓦斯突出危险性,对提高预测准确性,保证采掘工作面安全高效生产有着重要的意义。     

真三轴加卸载煤样声发射长程相关性特征

为模拟井下应力条件，设计固定轴压卸围压试验，得到煤样破裂过程的声发射结果，并计算不同初始围压及不同卸载速率条件下声发射时间序列的长程相关性特征，以期对煤岩体的破裂做出预警。研究结果表明:不同初始围压及不同卸载速率下声发射实验结果类似，根据声发射累计计数可将声发射变化过程分为线性增长期、平静期以及指数增长期，可以很好地反应煤样的破裂过程；随初始围压和卸载速率的增大，声发射时间序列的Hurst指数随之增大，正相关性增强；Hurst指数与分形维数的动态变化与煤样的失稳破裂过程良好对应，且不同初始围压及卸载速率下，Hurst指数与分形维数的动态变化规律类似，说明其声发射时间序列的宏观产生机制具有内在统一性，可将接近破裂荷载时Hurst指数的增大与分形维数的减小作为煤样失稳破裂的前兆信息。     

煤与瓦斯突出预测研究动态及展望

笔者总结了以突出敏感性指标预测为基础的接触式煤与瓦斯突出预测技术的发展现状 ;阐述了瓦斯地质理论研究进展情况 ;对统计学方法、计算机模拟、模糊数学、灰色系统理论、神经网络技术、专家系统、分形理论、流变与突变理论等数学物理理论在煤与瓦斯突出预测领域中的应用情况作了系统的描述 ;对GIS技术、无线电波透视探测技术及以地震波为主的弹性波技术为煤与瓦斯突出预测技术的发展前景作了必要的分析。