煤矿瓦斯爆炸事故特征与耦合规律研究

分析瓦斯爆炸事故的瓦斯积聚原因、引爆火源和引爆地点等事故特征及其分类,统计并分析1988—2008年发生的563次瓦斯爆炸事故的基本特征和耦合规律,结果表明:通风混乱等通风系统问题导致瓦斯缓慢积聚的瓦斯爆炸事故占90.6%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯占事故的78.6%;发生在采掘工作面的瓦斯爆炸事故占69.4%;通风系统问题导致瓦斯积聚的瓦斯爆炸事故主要发生在采掘工作面和巷道,占81.3%;通风系统问题导致瓦斯积聚的事故其引爆火源主要是电火花,占72.8%;电火花和放炮火焰引爆瓦斯主要发生在采掘工作面和巷道,占73.2%。有效预防和控制煤矿瓦斯爆炸事故需切实加强通风管理、电气管理和严格放炮操作与程序。     

工作面通风方式对采空区风流流场和瓦斯运移的影响

工作面采用的通风方式对采空区流场和瓦斯运移有很大的影响.对工作面采用上、下行通风方式的采空区风流流场和瓦斯分布进行了数值模拟.结果表明:在煤层倾角不同时,工作面采用不同的通风方式下,采空区的漏风量、风流流场和瓦斯运移情况有很大差别.上行通风时漏风量随煤层倾角增大而增高.当下行通风工作面通风压力小于采空区自然风压时会发生采空区气体倒流现象,漏风量随煤层倾角增大而增高.上行通风采空区漏风量比下行通风大;下行通风工作面采空区瓦斯总量大于上行通风.随着煤层倾角增加,上行通风和下 行通风采空区瓦斯总最都减小.     

深部开采煤岩瓦斯动力灾害统一发生机制及监测技术

为研究深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出及其复合动力灾害的发生机制,并对其进行有效监测预警,运用事故调研、理论分析、工程实践等方法,分析了我国煤岩瓦斯动力灾害的影响因素,研究了其发生的统一机制和监测技术。结果表明:煤岩瓦斯动力灾害是冲击、突出共性因素和个性因素共同影响下的结果;根据灾害发生过程中能量释放的主体和形式,将煤岩瓦斯动力灾害分为冲击地压、煤与瓦斯突出、冲击-突出型复合动力灾害、突出-冲击型复合动力灾害4种类型;采用多层次统一监测模式,可对深井煤岩瓦斯动力灾害进行全方位连续的统一监测。最后将研究成果应用于煤矿现场实例,效果良好。     

采煤工作面回风巷瓦斯气团漂移现象初探

了解瓦斯气体在采掘空间的分布及运移规律，是有效开展煤矿瓦斯治理工作的基础。通过对井下瓦斯浓度监测数据可视化及数理分析，揭示了回采工作面回风流中存在瓦斯气团的可能性，表明了回风巷中瓦斯气体运移具有风流携带气团漂移的特点；回风巷中的同一瓦斯气团先后经过相邻2个传感器时，2个传感器分别观测到的瓦斯浓度变化的曲线形态具有相似性，根据这一特点，给出了回风巷瓦斯气团漂移速度计算公式和应用实例。研究成果有助于优化采煤工作面通风设计，有效监测回风巷中瓦斯气体运移状态，避免高浓度瓦斯气团导致的矿井灾害。     

煤矿瓦斯事故防治关键技术与创新成果

<正>本文在分析瓦斯事故的主要类型和发生原因的基础上，阐述了目前瓦斯事故防治的重点与难点，从瓦斯灾害预警、瓦斯高效抽采、矿井智能通风等方面，着重介绍了瓦斯防治技术的最新成果，并提出瓦斯防治技术未来的需求和发展方向。众所周知，煤矿开采过程中往往伴随着多种灾害的发生，如瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、窒息、中毒、火灾、透水、片帮、冒顶等。     

煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究进展与展望

随着我国煤矿快速进入深部开采,煤岩瓦斯复合动力灾害日渐成为威胁深部煤炭安全高效开采的重大灾害,研究其发生机理成为煤矿安全领域新的重大科学问题。本文首先在调研统计的基础上,阐述我国煤岩瓦斯复合动力灾害的发生规律和主要破坏特征,从定性和初步定量研究角度对煤岩瓦斯复合动力灾害机理的研究现状进行综述分析,然后介绍笔者近年来在受载含瓦斯煤岩组合体耦合失稳诱发复合动力灾害机制方面的研究进展,最后展望煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究中亟待解决的问题及未来研究方向。     

工作面瓦斯浓度时间序列特征挖掘与预警应用

为实现工作面瓦斯异常涌出的动态、实时预警,对工作面瓦斯浓度时间序列的概率分布进行分析,利用Shapiro-Wilk和Lilliefors联合正态检验的方法,深入挖掘工作面瓦斯浓度时间序列的分布特征;以潘三矿某掘进工作面为例,实时正态检验工作面过断层时的瓦斯浓度时间序列。结果表明:当影响工作面瓦斯涌出因素作用比较均匀、单一因素不起决定性作用时,瓦斯浓度时间序列服从正态分布;当不服从正态分布时,则断层对工作面瓦斯涌出影响显著,有可能发生灾害。通过对工作面瓦斯浓度时间序列进行实时正态检验以辨识瓦斯涌出状态,将瓦斯浓度时间序列的分布特征作为预警的依据,能为瓦斯灾害的预测预警起有效的辅助作用。     

Ⅱ824^—2综放工作面瓦斯综合治理试验研究

通过对淮北芦岭矿Ⅱ824^-2综放工作面瓦斯综合治理的试验研究，摸索出了高瓦斯综放工作面瓦斯治理的有效方法，取得了较好的瓦斯抽放和通风排放效果。     

U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟

运用Y型通风方式可解决传统U型通风难以解决的上隅角和回风巷瓦斯浓度超限问题.为了对比分析U型和Y型通风采空区瓦斯运移及分布规律,建立了U型通风和Y型通风采空区物理模型,运用Fluent软件对U型通风和Y型通风方式采空区漏风流场、漏风量(沿采空区边界风速分布)和瓦斯体积分数分布进行数值模拟.结果表明,Y型通风回采工作面采空区漏风流场与U型通风分布有较大差别.Y型通风时工作面端头0～30 m时漏风约占工作面漏风量的50％,且总漏风量较U型通风时多,可避免采空区高浓度瓦斯积聚.采用两进一回Y型通风可从根本上解决上隅角瓦斯积聚和回风巷瓦斯超限问题.     

国家自然科学基金重点项目

1 研究背景和意义 随着我国许多煤矿相继进入深部开采,深部高瓦斯压力、高地应力、低渗透性煤层及其围岩之间的耦合作用不断增强,煤岩瓦斯复合动力灾害日益加剧.迄今国内外学者对煤与瓦斯突出以及冲击地压机理的认识仍然处于半定量阶段,对于发生机理较为复杂的煤岩瓦斯复合动力灾害的认识更处于初步探讨阶段.这使得对煤岩瓦斯复合动力灾害的预测防控难度更大,而且,复合动力灾害一旦发生,其冲击动力会破坏井下设施,产生瓦斯逆流,甚至出现风流紊乱,如果对灾变控制不当,将会造成瓦斯爆炸等二次灾害的发生,对煤矿安全生产构成极大威胁.因此,研究煤岩瓦斯复合动力灾害的孕灾机制及灾变演化规律,构建科学防灾、控灾的理论基础,成为新灾害形式下煤矿安全领域的重大科学问题.基于此,本项目开展"深部煤岩瓦斯复合动力灾害孕灾机制—演化规律及防控基础研究",旨在对煤岩瓦斯复合动力灾害的孕灾机制、灾变演化规律、科学防灾和灾变控制基础理论开展科研攻关,保障深部煤炭安全高效开采.     

地质因素对瓦斯赋存及分布的影响

煤与瓦斯突出（简称突出）是发生在煤矿生产中的一种极其复杂的地质动力现象，它是在煤矿地下采掘过程中，在很短的时间内（数分钟），从煤（岩）壁内部向采掘工作空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的现象。它能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，造成人员窒息，煤流埋人，甚至可引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等，因此它是煤矿生产中最严重的灾害之一。[编者按]     

《矿井瓦斯等级鉴定规范》解读

瓦斯灾害是威胁我国煤矿安全生产的最主要灾害。建国以来，我国煤矿发生死亡100人以上的特别重大事故22起，其中20起属于瓦斯事故，所以，瓦斯灾害防治历来就是煤矿安全工作的重中之重。我国对瓦斯矿井实行分类管理，不同瓦斯等级的矿井在矿井设计、通风、瓦斯管理以及采掘活动中有着不同的规定，而矿井瓦斯等级的鉴定是对矿井进行分类管理的前提。按照《煤矿安全规程》的要求，矿井每年都要进行瓦斯等级鉴定工作，但是，几十年来，我国一直没有制定关于矿井瓦斯等级鉴定的行业标准，缺乏统一的、规范的关于鉴定的指导性文件。     

煤矿建设项目安全设施审查验收部分内容修改

本刊讯11月21日,国家煤矿安全监察局发布通知,对《煤矿建设项目安全设施设计审查与竣工验收报告书》中的矿井开拓与开采中的安全出口、瓦斯灾害防治的矿井瓦斯等级、矿井通风、防治水、电气系统等部分内容进行了修改,同时增加了距掘进工作面30～50m范围内,应安设电话;     

“三软”突出煤层瓦斯治理技术与应用

郑煤集团公司位于河南豫西产煤区，地质条件特殊，属于“三软”煤层（顶板软、底板软、煤层软）且煤层瓦斯含量高。近年来，随着开采深度的增加，多数主力矿井由低瓦斯升级为高突瓦斯矿井，郑煤集团饱受矿井瓦斯灾害威胁，1996年以来共发生大小瓦斯突出达64次。2004年10月20日，在21岩石下山掘进工作面发生特大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡。     

Ⅱ824-2综放工作面瓦斯综合治理试验研究

通过对淮北芦岭矿Ⅱ824-2综放工作面瓦斯综合治理的试验研究,摸索出了高瓦斯综放工作面瓦斯治理的有效方法,取得了较好的瓦斯抽放和通风排放效果.     

煤层小褶曲应力分布数值模拟

为研究煤层小构造对矿井安全生产的影响,在分析力学模型基础上,利用FLAC3D软件对煤层小型褶曲进行了应力分布数值模拟,并基于残余构造应力场反演分析,研究了煤巷掘进工作面靠近小型褶曲时工作面前方煤层应力变化情况。结果表明:发生小褶曲形变过程中,煤层内部不同部位的应力性质趋于稳定,应力集中程度发生明显变化;当变形停止后,褶曲不同部位的应力集中程度存在很大差异;对褶曲煤层进行巷道开挖,随着工作面向褶曲轴推进,工作面前方会出现应力异常变化。以上现象结合瓦斯运移规律,可以从地质力学的角度解释煤层小褶曲导致瓦斯异常涌出和瓦斯动力灾害的原因。矿井生产实例也证明了小型褶曲的重要影响。     

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。     

复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究

孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m。     

平煤股份六矿“U+L”通风综采面最佳横川间距确定

随着煤层开采深度的增加,煤层瓦斯含量不断增加,采空区瓦斯涌出量也随之上升,"U"型通风方式容易出现上隅角瓦斯超限等问题,影响煤矿安全生产,而"U+L"型通风方式中滞后横川和瓦斯抽放的运用对消除上隅角瓦斯超限和工作面瓦斯防治具有明显的作用。根据尾巷、横川及上隅角处瓦斯浓度符合规程且工作面横川间距最远时最经济合理的原则,针对平煤六矿戊8-22310工作面实际情况,利用Fluent软件模拟了尾巷有、无抽放时采空区瓦斯分布规律,得出了尾巷有抽放时和无抽放时最远横川间距。研究成果对"U+L"型工作面横川间距确定及工作面瓦斯防治提供了理论指导。     

保护层开采工作面采空区瓦斯分层治理

为实现保护层开采工作面生产过程中瓦斯不超限,在分析工作面瓦斯来源的基础上,提出了保护层开采工作面竖向分层治理瓦斯的思路。根据相似模拟结果,分析了采空区瓦斯流动范围和流动范围内孔隙率、风阻分布特征。采用数值模拟分析了Y型通风、Y型通风+采空区埋管及Y型通风+采空区埋管+高抽巷+高位钻场3种瓦斯治理方式下采空区瓦斯体积分数场,结果表明:采空区瓦斯体积分数在竖直方向和水平方向均具有典型的递变特征,距工作面越远,距煤层越高,瓦斯体积分数越大;合适位置的煤层顶板高抽巷对抽采来自上邻近层的瓦斯具有较好的效果,试验条件下高抽巷抽采瓦斯量达到了总量的36.4%~63.6%;沿充填墙的采空区埋管不能完全拦截下层采空区进入沿空巷的采空区瓦斯,随沿空巷长度增加,瓦斯体积分数增大,建议沿空巷长度控制在250 m范围内。