远距离被保护层被保护区域预抽瓦斯效果研究

为了研究远距离被保护层被保护区域预抽瓦斯效果,为其他区域同一保护层和被保护层开采提供依据和借鉴。基于保护层开采、煤与瓦斯突出防治等理论,首先对保护层开采防止煤与瓦斯突出机理进行研究,接下来计算了保护层开采保护范围,继而从瓦斯抽采量、抽采率和煤层顶底板相对变形量等方面对采用的地面钻孔和底板巷向上穿层钻孔等瓦斯抽采技术预抽被保护区域瓦斯效果进行了研究。结果表明:开采保护层有效减少或消除被保护层煤与瓦斯突出危险性,煤层瓦斯预抽率远大于30%,被保护层的最大膨胀变形远大于3‰。     

低透煤层保护层开采卸压效果试验

目前保护层开采卸压效果考察多以现场打钻测试被保护层瓦斯参数变化为主,为了更加系统、方便地掌握保护层开采过程中上覆被保护层裂隙发育、应力状态、膨胀变形及渗透特性变化情况,可综合运用试验手段对保护层开采卸压效果进行多指标评判。因此,基于常规相似材料模拟平台,应用渗流力学理论,开发出被保护层渗透特性测试系统,并以长平煤矿保护层开采为工程对象进行研究。结果表明:长平矿主采3#煤层作为被保护煤层,处于下保护层8#煤层开采所产生的裂隙带顶部,具备卸压增透的初始条件;伴随着8#煤层工作面的开采,上覆岩层次生裂隙经历了起裂、发育、张开、闭合等过程,3#煤层均经过增压区、卸压膨胀区、恢复区的转变,其膨胀变形量曲线大体呈"M"型分布,最大膨胀变形率约为0.774%,平均膨胀变形率约0.60%,大于0.30%;3#煤层渗透率同样经历动态发展过程,其原始渗透率为0.034×10~(-14)m~2,卸压区内最大渗透率1.125×10~(-14)m~2,为原始状态的33倍,增压区内渗透率有所下降,但仍远大于原始渗透率。因此,长平矿保护层开采使被保护煤层具备良好的卸压增透效果,进而为3#煤层卸压瓦斯渗流-运移规律及卸压瓦斯抽采钻孔设计提供了依据。     

煤层群下保护层开采保护范围的数值模拟

为确定煤层群下保护层开采上部被保护煤层的保护范围,结合金佳矿一采煤工作面保护层顶底板煤岩层的物理力学参数和地质特征,采用FLAC3D软件模拟下保护层开采中被保护层的应力场及变形场的变化过程,得出保护层的保护效果;并根据保护层开采的应力卸压保护准则和变形保护准则,确定保护层沿倾向和走向的保护范围。结果表明,由于岩性及岩层结构的影响,通过数值模拟确定的各被保护层的保护范围与按照卸压角确定的保护范围有一定差异;分别用现场考察与数值模拟这2种方法所确定的下保护层保护范围基本一致。     

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。     

下保护层开采覆岩卸压及瓦斯运移规律

为了研究中远距离下保护层开采覆岩卸压及瓦斯运移规律,以寺河矿和海天煤业为试验矿井,采用FLAC3D对开采覆岩卸压特征进行分析,采用COMSOL对开采被保护层瓦斯运移规律进行研究,并进行了现场实测验证。研究结果表明,保护层开采后,覆岩应力呈分区式分布,随着距煤层距离的增加,应力集中系数和卸压程度逐渐减少;保护层开采后,3#煤层应力降到最小值3.4 MPa,降幅达到57.8%;以膨胀变形量0.3%作为临界指标,被保护层的走向和倾向卸压角分别是59°,62°;保护层开采后,瓦斯质量浓度由7.82~9.75m~3/t降到4.12~4.36 m~3/t,瓦斯压力由0.37~0.46 MPa降到0.22~0.26 MPa,透气性系数增加了500多倍,被保护层产生的次生裂隙对于瓦斯解析具有促进作用,大大提高了煤体透气性。     

急倾斜上保护层开采保护效果的参数敏感度研究

为对急倾斜上保护层开采过程中,保护层开采多参数同时变化时的保护效果变化规律进行量化研究,将被保护层膨胀变形曲线的形态参数作为保护效果考察指标,基于可旋转CCD试验方案进行有限元计算,建立了保护层开采保护效果的响应面模型,得到了不同保护效果指标受多个保护层开采参数变异影响的敏感度。通过对急倾斜上保护层开采实例进行敏感度分析得到:范围相关保护效果指标受保护层开采参数变异影响的敏感度最高,位置相关保护效果指标敏感度次之,卸压程度相关保护效果指标敏感度最小。范围相关保护效果指标中,上部卸压角受侧压系数变异影响最敏感,敏感度为1.70;下部卸压角受层间距变异影响最敏感,敏感度为1.02;倾向保护范围长度受层间距变异影响最敏感,敏感度为-1.89。     

间距对上保护层开采保护效果影响的相似模拟实验研究

为研究上保护层开采保护效果随层间距的变化规律,以南桐矿区作为实验背景,保持保护层倾向工作面开挖长度、煤层埋深、倾角、岩层物理力学性质相同,将层间多层岩层处理为复合岩层,分别进行近距离、远距离和超远距离上保护层开采相似模拟实验。综合分析被保护层卸压规律及基于被保护层垂直于层面的膨胀变形保护准则所得保护范围可知:上保护层开采被保护层卸压曲线呈“凸形”,且“凸形”中心线偏向下山方向。随层间距增加,“凸形”底部被保护层小于原岩应力的卸压范围与“凸形”顶部卸压曲线顶部较大卸压的范围均呈减小趋势;两者中心位置均向下山方向转移,且后者转移度大于前者;被保护层卸压曲线中卸压范围的卸压程度及应力集中范围的应力集中程度均呈减弱趋势;以垂直层面的膨胀变形量3‰确定的上下边界膨胀变形保护角均小于《防治煤与瓦斯突出规定》中相应条件的卸压角,因此以该方法确定的保护范围相对《防治煤与瓦斯突出规定》偏于安全,且随层间距增加保护范围长度呈加速减小趋势。     

远距离保护层开采煤层渗透特性及瓦斯抽采技术研究

依据平顶山矿区某矿的丁、戊组煤层(间距90m)的地质条件,采用实验室试验、数值模拟和现场试验相结合的方式,对远距离下保护层开采煤层渗透特征及瓦斯抽采技术展开探讨。运用自制的煤-气耦合系统进行了大尺寸煤样的加载试验,试验将煤样加载及裂隙发展分原生微孔隙压密阶段、煤样的弹性变形阶段、膨胀破坏阶段和峰后的破坏阶段四阶段,卸载后煤样孔隙不闭合,渗透系数仍能保持高位运行;并对现场丁组煤的卸压区域进行参数测试,卸压效果明显,煤层透气性系数增加720~1550倍,卸压范围内的煤层煤与瓦斯突出危险性消除;根据对被保护层裂隙场形成分析,提出了煤与瓦斯共采中卸压瓦斯抽采钻孔抽采最佳时机,实现了戊组煤开采与丁组煤瓦斯抽采在时间、空间上的有序配合。     

保护层开采防突效果区域时空特征分析

为获得保护层开采区域防突效果的时空演化特征,确定区域抽采补充措施相关参数,制定更优的被保护煤层采掘时空规划,建立伏岩应力(变形)力学模型开展数值模拟,并现场考察被保护煤层参数变化的时空分布情况。结果表明:覆(伏)岩层岩性及结构、煤层开采厚度、工作面长度等是影响保护效果时空分布特征的主要因素;被保护区域煤层的应力呈W型分布,变形呈M型分布;随工作面位置变化,瓦斯压力先增加后降低,膨胀率和透气性先降低后增加;煤岩变形量相对于工作面位置的推移存在一定的迟滞性,体现了煤岩变形的蠕变特征。     

上保护层开采对下部特厚煤层移动变形规律及保护效果考察研究

选取海石湾煤矿特厚煤层6124工作面为研究对象,为了确定上保护层开采对下部特厚煤层6124工作面的影响,运用FLAC3D软件对上保护层开采后被保护层应力和位移变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:被保护层被保护区域位移沿垂直方向呈“拱形”分布,被保护层最大位移变化量为354 mm,变化范围在160～354 mm之间;被保护层被保护区域的应力变化呈“V”形分布,被保护层最大拉应力变化量为0.489 MPa,变化范围在0.314～0.489 MPa之间,最大压应力变化量为31.3 MPa,变化范围在25.8～31.3 MPa之间;实施上保护层开采后,煤层瓦斯抽采率提高了39.5%,残余瓦斯含量降到7.16 m3/t,残余瓦斯压力降到0.58 MPa,该参数的确定为海石湾煤矿特厚高瓦斯煤层的合理开采提供了一定的理论指导。     

矿区浅层地下水污染机理探讨

通过对煤矿建设项目和发展规划项目做的环境影响评价和对重点煤矿的现场调查,揭示了矿区浅层地下水污染的内在形成机理:开采引起地表沉陷是主导因素;地下水位埋深浅,潜水含水层下伏的隔水层稳定,只变形而不破裂是客观条件;地下水变成地表水,从而改变水的存在形式,致使水体极易遭受强烈的污染则是根本原因。针对地下水的保护问题,提出具体的对策和办法:加强矿区的环境管理、及时回填采煤沉陷坑,加强对浅层地下水的利用和人工降低地下水位等措施。上述措施如与煤矿建设项目同时实施,则煤矿区的地下水安全、环境保护都会实现。     

基于AHP-TOPSIS法综合评判的保护层开采选择*

为优选首采层作为保护层开采,选取5个一级指标和19个二级指标,建立以AHP（层次分析法）和TOPSIS（逼近理想解排序法）为基础的煤层突出危险性评价模型,通过层次分析法确定各指标的权重,结合逼近理想解排序法分析贴近度并预测出煤层突出危险可能性,并进行现场工业性实验。结果表明:AHP-TOPSIS综合评判法预测优选8号煤层作为保护层开采,并经现场工业性实验验证,瓦斯解放效果较好。该方法结合主观因素和客观因素,避免单一地从主观出发或从客观出发带来的决策失误,并选取大量评价指标,使预测结果更贴合实际情况,可作为优选保护层的理论依据。     

基于风险矩阵和LOPA的风险评价系统在油气管道的应用研究

为规范企业风险管理,在分析国内外各种先进风险管理技术的基础上,对风险矩阵法和保护层分析法(LOPA)进行了优化组合,开发了具有特色的组合风险评价方法,形成了具有鲜明特色的风险评价系统.风险评价系统可实现油气管道系统危害因素的系统识别、多层评价、分级管理、有序控制及监控.该风险评价系统在西部管道公司的长输油气管道系统得到了应用,实践效果表明,该风险评价系统能够规范公司风险管理工作,显著提升公司风险管理水平.     

基于多级模糊综合评价法的煤矿企业应急能力评价研究

煤矿企业应急能力的建设是煤矿企业安全管理的关键内容,为了提高煤矿企业应急能力水平,选取并设计了煤矿企业应急能力的评价指标体系,基于多级模糊综合评价法提出了煤矿企业应急能力的评价方法。采用层次分析法确定煤炭企业应急能力评价指标的权重,利用模糊数学方法对煤矿企业应急能力进行多级模糊综合评价。应用构建的煤矿企业应急能力评价指标体系对淮南市某煤矿企业进行综合评价,确定该企业的应急能力等级。研究结果对提升煤矿企业应急能力具有一定的参考价值。     

基于CFD的核电厂防火安全评估方法研究

目前国内核电厂普遍采用确定论方法进行防火安全评估。采用CFD模型对核电厂某典型电气间火灾发生过程进行数值模拟研究。模拟火灾行为（火势增长和蔓延）、温度场变化、烟气浓度变化等,分析结果中温度对电缆和电气设备的失效判定、烟气层对电缆和电气设备的风险影响,研究该方法对于核电厂防火安全分析的指导作用。通过分析数值模拟数据,计算结果与二代机型确定论分析方法结果相符,有效验证了CFD火灾模型在核电厂防火安全评估中的适用性,为国内自主建立核电厂火灾数值模拟评价体系提供参考。     

考虑非独立保护层影响的LOPA改进策略研究

针对LOPA在识别保护层方面的局限性,通过考虑非独立保护层的影响,将非独立保护层分为不满足有效性与不满足独立性2类进行分析,针对不同类型的非独立保护层分别应用引入削减系数以及与故障树分析（FTA）集成的方法对传统LOPA进行改进,并结合具体案例验证其适用性。研究结果表明:改进方法的计算结果较传统方法计算结果降低了1个数量级,避免了传统方法过于保守的评价结果;通过对传统方法的改进,克服了LOPA在识别保护层方面以及场景频率计算方面的局限性,有助于拓展其使用范围。     

大型露天煤矿绿色开采评价体系研究

为解决露天煤矿开采给环境带来的诸多不利影响,以露天煤矿绿色开采为理念,从固体环境、水体环境、气体环境和生态环境4个方面构建了露天煤矿绿色开采评价体系。通过数学方法和数学模型对影响露天煤矿的基本指标进行量化处理和权重分配,得出露天煤矿开采"绿色度"指标值。建立了露天煤矿绿色开采评价标准,并利用所建立的评价指标体系和评价模型对黑岱沟露天煤矿进行了应用研究。