基于力学分析的深井煤与瓦斯突出临界值研究

为研究应力对深井煤与瓦斯突出工作面的影响,采用力学模型分析了平行六面微元体各个面的受力情况,结合煤体强度理论和矿山压力理论,从煤体所受瓦斯压力、地应力和煤体破坏条件等方面入手,研究了三轴应力态下煤体力平衡问题.探讨了瓦斯压力、地应力、煤壁支撑力等参数和煤与瓦斯突出之间的关系.结果表明,煤与瓦斯突出的瓦斯压力临界值由采场内的应力、煤壁支撑力和煤的力学参数等确定,综合考虑上述因素后,对煤与瓦斯突出预测时瓦斯压力临界值进行了理论推导和关键参数修正,建立了包含应力、采场条件和煤的力学参数的推算瓦斯压力临界值的理论模型,并对理论模型的可靠性进行了分析.突出实例的反演表明在深部开采时,如果不考虑应力对煤与瓦斯突出的影响,会出现预测结果偏差而影响安全生产.建立的理论模型可对这种偏差进行分析和校正.     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

发耳煤矿煤与瓦斯突出预测指标敏感性探讨

运用灰色关联分析法和临界值迫近度分析法,对钻屑瓦斯解吸指标、最大钻屑量以及钻屑温度差这3个指标的实测数据进行分析处理,考察了它们对发耳矿煤与瓦斯突出预测的敏感性,比较其突出危险敏感性的大小,找到突出预测敏感指标.     

煤与瓦斯突出预测的Fisher判别分析法及应用

在综合分析煤与瓦斯突出多种影响因素的基础上,将Fisher判别分析应用到煤与瓦斯突出预测中,结合我国典型煤与瓦斯突出煤矿17个突出实例,建立了煤与瓦斯突出预测的Fisher判别分析模型,模型回代预测的误差率为0。应用该模型对云南恩洪煤矿8个突出实例进行预测,并与单项指标法、综合指标法、BP网络进行比较。结果表明,Fisher判别分析模型具有较高的可靠性和精确性,能对煤与瓦斯突出进行有效预测。     

煤与瓦斯突出预测综合指标F临界值研究

为了更加准确的预测掘进工作面煤与瓦斯突出,防止灾害事故的发生,针对“三率”各评价指标与掘进工作面煤与瓦斯突出预测综合指标具有区间型属性特性,运用灰靶决策理论,提出了基于熵值加权法与多指标加权灰靶相耦合的决策模型。该模型引入“奖优罚劣”变换算子,对样本矩阵进行无量纲初始化处理,结合改进的熵值法确定指标权重,构建了综合指标F临界值的决策模型,将综合指标F值在200~400内以10为步长形成了21个评价方案,对综合指标F的临界值进行研究。最后,通过在章村煤矿的现场实际应用,证实了该模型的有效性与实用性。     

石门揭煤工作面煤与瓦斯突出预测的理论分析

目前,我国石门揭煤工作面突出事故仍时有发生。为了研究石门揭煤工作面煤与瓦斯突出(以下简称"突出")预测问题,首先,根据工作经验指出我国《防治煤与瓦斯突出规定》中2种预测方法(综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法)存在的不足,即预测指标缺乏理论依据、临界值往往难以通过试验考察确定;其次,建立了石门揭煤工作面突出预测的物理模型,认为突出主要是爆破卸压增渗与瓦斯渗流产生的剪应力达到了煤体的剪切强度所致(突出的必要条件而非充要条件);第三,采用变分法求解强非线性一维平面瓦斯渗流偏微分方程,获得包括非线性特性的自模拟解(近似解析解);最后,利用自模拟解等建立了石门揭煤工作面突出预测的临界条件,得到了瓦斯压力的临界值p0max与煤的坚固性系数f的平方成正比的结论。介绍了俄罗斯现行防突指南中的临界条件(p0max1.4f2)及有关情况,建议作为综合指标法等的辅助指标用于石门揭煤工作面突出预测,也可供斜井、立井揭煤工作面突出预测参考。     

煤与瓦斯突出机理研究的现状及相关问题

煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产、制约煤炭工业发展的世界性难题.针对这一问题,参考分析了大量国内外关于煤和瓦斯突出机理理论与实验研究的文献资料.在此基础上,对现阶段煤与瓦斯突出机理研究成果进行总结和分类,并指出目前研究中存在的问题及进一步研究的方向.     

煤与瓦斯突出过程中煤体瓦斯的作用研究

为了研究煤与瓦斯突出过程中煤体瓦斯的作用,采用煤体中瓦斯总量守恒的原理研究瓦斯含量与瓦斯积聚内能的基本方程和影响因素;分析煤与瓦斯突出产生的力学条件和机理,建立了煤与瓦斯突出危险程度的矩阵图。结果表明:瓦斯含量是煤体瓦斯内能最直接的反应,其值大小决定瓦斯内能的大小;瓦斯压力梯度、煤体的断裂韧性及煤体内的裂隙发育程度决定着瓦斯突出的危险性,低渗透性构造煤对瓦斯运移阻力较大,容易形成较大的瓦斯压力梯度,从而更容易发生煤与瓦斯突出。煤层中的瓦斯含量、瓦斯压力、地应力越大,煤体的强度、渗透率越小,越容易发生突出。煤层瓦斯情况、力学性能、地质构造和煤层的应力状态是决定煤与瓦斯突出的主要因素。     

基于神经网络的煤与瓦斯突出预测模型

在全面分析了煤与瓦斯突出影响因素的基础上 ,提出了煤与瓦斯突出预测的人工神经网络模型。介绍了突出特征指标的选取及表示方法与推理过程。实例分析表明 ,模型精度很高 ,可用于工作面煤与瓦斯突出预测 ,并分别给出图 2 ,表 3,文献 5     

基于瓦斯涌出时间序列的煤与瓦斯突出预测方法研究

基于瓦斯涌出时间序列(简称G序列),研究了利用G线图、移动平均线模型和综合法进行煤与瓦斯突出预测的方法.研究表明:G序列G线图法可实时反映瓦斯涌出的细小变化情况,从而可对瓦斯突出前的异常变化特征及时辨识,但是由于瓦斯涌出影响因素复杂,短期内的异常波动并不一定是突出信号,从而容易造成误判.而移动平均线模型以均线系统为基础,通过判别瓦斯涌出浓度在一定时期内的总体变化趋势,揭示煤体中影响煤与瓦斯突出的各因素与突出之间的关系.综合法利用G线图结合移动平均线模型进行突出预测,除G线图和移动平均线本身提供的信息外,结合G线与不同周期的移动平均线的相互穿越发出的一些反转信号,能够更为准确地预报瓦斯突出.     

基于可拓模式识别的煤与瓦斯突出危险性分析

为了有效识别煤与瓦斯突出的危险性,运用可拓理论和熵理论建立了基于熵权的可拓模式识别模型。熵权和关联函数的建立避免了权系数和综合隶属度确定的主观性。利用该模型对某能源有限公司3个工作面的突出危险性进行识别分析,不仅得出了各工作面的突出危险性程度,还得出了各工作面突出危险性大小的排序。结果表明,基于可拓模式识别的方法既可以确定单一对象的隶属模式,又可以对多个识别对象进行排序,而且识别过程宜于编制计算机程序求解,计算简单,易于在现场推广应用。     

煤与瓦斯突出冲击波及瓦斯气流所致伤害研究

为揭示煤与瓦斯突出过程中冲击波及瓦斯气流传播特性,针对这种突出做功随瓦斯压力、煤的普氏系数和煤的放散初速度变化的特征,运用气体动力学理论,建立冲击波超压、冲击瓦斯流速度与传播距离以及煤层瓦斯压力等参数的关系,计算不同超压下瓦斯气流传播伤害的范围。理论计算与现场测试结果表明,突出冲击波属惰性弱冲击波;波阵面上的超压传播伤害距离与突出时瓦斯膨胀的强度、巷道断面及巷道壁面的摩擦力和局部阻力等因素有关;冲击产生的高压瓦斯气流是造成巷道内大量人员窒息伤亡的主要诱因;突出能量瞬间释放没有补给,冲击波及瓦斯气流会在巷道阻力等因素作用下迅速衰减。     

人工神经网络在煤与瓦斯突出预测中的应用

由于煤与瓦斯突出发生机理的复杂性,传统预测方法的应用受到很大的限制,而人工神经网络理论以其高度非线性映射的特性为解决这一问题提供了新的途径。以突出预测指标为基础,利用多层反向传播神经网络(BP网络)模型实现对突出危险性的预测。实例分析表明,模型精度很高,可用于工作面煤与瓦斯突出危险性的预测。     

开拓新区煤与瓦斯突出危险性区划技术

煤与瓦斯突出严重地影响着矿井的安全生产,必须做好防治工作。防治工作的基础是准确地预测煤与瓦斯动力现象。该文通过考虑影响煤与瓦斯突出的定量和定性因素,建立了开拓新区煤与瓦斯突出综合评价的模型,该模型经在矿井应用,证明该技术可靠易行。     

平顶山东部矿区地应力场特征及其对煤与瓦斯突出的影响

为了研究平顶山东部矿区地应力场特征,以及地应力对煤与瓦斯突出的影响,利用地应力实测资料,运用理论分析和数理统计计算相结合的方法,系统研究了东部矿区地应力的分布规律;并且进行了地应力区块划分,揭示了东部矿区地应力在突出中的作用。结果表明:1)东部矿区地应力场以水平构造应力为主,最大主应力方向为NEE-SWW向,最大水平主应力百米梯度为5.4 MPa左右,该区域内集聚了较高的水平构造应力,应力场类型为大地动力场;2)依据最大水平主应力随埋深增加而增大的应力梯度线,将东部矿区划分为应力升高区和应力梯度区;3)应力升高区由于地应力集中,提供了突出的动力,构造煤的发育则减少了突出阻力,造成了该区域频繁发生突出事故,突出的主导因素为地应力。     

煤与瓦斯突出的预防

1834年3月22日，法国鲁阿尔煤田伊萨克矿急倾斜厚煤层平巷掘进工作面发生了突出。支架工在架设支护时，发现工作面煤壁外移，3个工人赶忙撤离，巷道中瞬时充满煤粉13米长，煤尘弥漫，1人被煤流埋没死亡，1人窒息死亡，只有1人幸免于难。煤突出后迎头支架倾倒，煤粉散落长度15米，无瓦斯浓度记录。     

新安煤田煤与瓦斯突出特征及防治措施

为解决新安煤田煤与瓦斯突出影响因素众多和防治难度较大等问题,运用瓦斯地质理论分析了新安煤田煤与瓦斯突出特征及控制因素,并提出了有针对性的煤与瓦斯突出防治措施。研究表明:地质构造是控制新安煤田煤与瓦斯突出分布的主要地质因素;构造应力是控制新安煤田煤与瓦斯突出的主要动力因素;新安煤田煤与瓦斯突出吨煤瓦斯涌出量较大,是增加煤与瓦斯突出发生可能性及危险性的重要因素。基于此,从突出危险性预测、防治突出措施及安全防护措施等三个方面提出了多项煤与瓦斯突出防治措施。     

煤与瓦斯突出一般规律定性定量分析研究

通过大量数据统计 ,定性和定量分析了煤与瓦斯突出与开采深度、巷道类型、地质构造、作业方式、突出预兆、煤层厚度等因素之间关系 ,总结出煤与瓦斯突出灾害的一般规律 ,这对提高突出矿井防突技术水平和安全管理 ,具有重要的指导意义。     

构造煤孔隙结构与瓦斯耦合特性研究

利用压汞法、低温氮吸附法、瓦斯等温吸附和解吸试验对平煤八矿构造煤和共生原生结构煤进行综合分析,探讨了构造煤孔隙结构与瓦斯耦合特性.结果表明,构造煤以微孔为主,中孔和大孔相对发育且含较多细颈瓶孔,孔隙连通性差.与共生原生结构煤相比,构造煤各孔径阶段的孔容和孔比表面积都有所增加.构造煤比表面积的增加具有阶段性,即孔径＜ 1.2 nm时为慢增加阶段,孔径=1.2 ～ 4.9nm时为快增加阶段,孔径＞4.9 nm时为稳定阶段.构造煤极限瓦斯吸附量a的增大与比表面积快增加阶段关系密切,但小于其BET比表面积的增幅.瓦斯解吸初期0～2 min内构造煤瓦斯解吸速度和解吸量明显大于共生原生结构煤,与中孔和大孔的变化一致,2 min以后瓦斯解吸迅速衰减.低煤体强度、高瓦斯含量的构造煤以气-煤共溶体形式储集更多弹性潜能,突然卸压时瓦斯膨胀能迅速释放,煤层中发育的构造煤增加了煤与瓦斯突出的危险性.     

瑞利波预测煤与瓦斯突出

瑞利波勘探是近年来发展起来的一种新型的岩土原位测试勘探方法。笔者重点对瞬态瑞利波相速度的算法进行了研究。提出了对信号进行预先调制 ,随后再对所求得的相位进行修正的方法 ;另为还须考虑其仪器采集信号时的时间差影响。根据以上算法求得的相速度更接近瑞利波真速度 ,从而提高了相速度的分辨率和精确度。把瞬态瑞利波勘探法运用在矿山生产中 ,利用平面瑞利波的频散特性 ,根据瑞利波的传播速度与煤岩的物理力学性质具有相关性 ,提出了一种新型的预测煤与瓦斯突出的方法。为矿井安全生产预测预报瓦斯突出提供了一种新的手段 ,同时对突出煤层掘进前方突出危险区和安全距离的分析判断提供了一种新的方法