瓦斯地质信息库设计及建立

总结了瓦斯地质信息的概念及基本特征,把瓦斯地质信息进行合理分类,并提出获取瓦斯地质信息的渠道、方式以及瓦斯地质信息质量评价方法。根据数据库的相关原理,在瓦斯地质理论的指导下,设计了钻孔、构造煤、瓦斯含量点、瓦斯突出点、断层等几种主要的瓦斯地质库的结构,并利用Visual C++开发了相应的程序,建立了瓦斯地质信息库。该信息库的设计及建立为实现瓦斯地质信息的管理和可视表达提供了支撑,并为分析瓦斯地质规律提供了一种新的手段。     

数量化理论Ⅲ及其在煤与瓦斯突出危险性评估中的应用

研究了数量化理论Ⅲ建立煤与瓦斯突出危险性的原理和方法,以瓦斯地质学理论为基础,建立了包括煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、煤层分岔合并现象、地质构造复杂程度、煤的破坏类型等11个地质因素的煤层突出危险性评估指标体系。以数量化理论Ⅲ为工具,实例分析得出马依西一井3煤层突出危险性的敏感地质因素及因素轴F1,以该轴上得分大于0.1的地质因素作为强突出的敏感地质因素;得分小于-0.1的地质因素作为弱突出的敏感地质因素,得分在0.1--0.1之间的地质因素作为中等突出的敏感地质因素,将矿井划分为强突出、中等突出和弱突出三个区域。该方法实现了地勘阶段煤与瓦斯突出的定量分析,进一步细化了突出区域的划分。     

非突出煤层升级方法和指标体系的探讨

以淮南矿业集团B8煤为研究对象,针对《煤矿瓦斯防治经验五十条》关于非突出煤层升级的一些规定和指标确定的难点,通过对实际突出点的瓦斯地质条件调查分析、现场跟踪考察和实验室实验,重点考察和分析煤层突出危险性与地质构造、构造软煤厚度及瓦斯赋存的关系,结合日常生产中容易获取的各参数,构建了非突出煤层升级的方法和指标体系。该体系中:区域升级指标以相对较容易获取的煤层瓦斯含量和软煤厚度为主要指标;以f,△P值为经常检验的辅助指标;动态监测指标包括:地质构造异常带、构造软煤厚度的变化,日常预测参数K1值、S值,并确定了各指标临界值和应用方法。     

初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯含量关系研究

基于初始释放瓦斯膨胀能理论,根据突出模拟实验中发生突出时初始释放瓦斯膨胀能的临界值以及初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力的关系,结合朗格缪尔方程,得出初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯含量的关系.该方法只需通过少量实验,就可以快速、准确得出煤样的初始释放瓦斯膨胀能,解决了通过瓦斯压力实验得出煤样初始释放瓦斯膨胀能测压周期长,特别是在地质破碎,裂隙发育的矿区很难准确测出瓦斯压力的难题.这一研究成果对石门揭煤和煤巷掘进中的突出预测具有重大意义.     

调节风窗对瓦斯爆炸影响的数值分析*

为研究调节风窗的面积、位置对瓦斯爆炸传播特性的影响,通过FLACS软件构建不同面积和不同位置调节风窗的风门-巷道模型,对瓦斯在该模型中的爆炸及其传播进行数值模拟,并分析瓦斯爆炸压力、火焰传播速度。研究结果表明:风门前最大瓦斯爆炸压力值与调节风窗边长呈现指数减小关系,而风门后最大瓦斯爆炸压力值与调节风窗边长呈现指数增加关系;火焰传播速度与调节风窗边长呈现指数增加关系;相同面积情况下,调节风窗中心位置对瓦斯爆炸影响较小。     

基于多测点关联分析的工作面瓦斯浓度实时预警

为有效分析矿井瓦斯监测数据以拓展监控系统功能,实现工作面瓦斯浓度的有效预警,研究基于多测点实时监测数据关联分析的工作面瓦斯(甲烷)浓度预警方法。通过分析瓦斯实测数据的统计特征,以及利用贝叶斯网络方法分析工作面与其关联监测点瓦斯实测数据构成时间序列的关联特征,确定基于实时监测数据的瓦斯预警指标及其预警阈值,进而分析瓦斯浓度异常情况,实现基于监测数据分析的实时、动态量化预警。实例分析表明,将该方法应用于工作面瓦斯浓度预警,结果显示了瓦斯浓度持续偏大时段反映出的异常情况,符合实际瓦斯浓度变化趋势。     

马家沟矿煤与瓦斯动力现象机理研究

马家沟矿煤与瓦斯动力现象严重威胁着该矿的安全生产,掌握其机理意义重大。笔者在统计并分析该矿煤与瓦斯动力现象的基础上,以上山掘进和石门揭煤为例,根据煤与瓦斯动力现象发生后遗留的典型孔洞形状,采用RFPA-Flow对其进行数值模拟。通过数值模拟反演出了该矿动力现象发生的地质条件及过程,得出了马家沟矿煤与瓦斯动力现象机理,并通过数据处理,得出了在动力现象前后掘进头前方煤体内地应力、瓦斯压力分布状况及卸压区宽度变化规律。     

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。     

基于瓦斯抽采钻孔的石门揭煤区域煤层地质精查方法

及时准确地探明石门揭煤区域煤层地质条件,对防治煤与瓦斯突出、保障煤矿安全生产具有重要意义。以石门揭煤区域煤层瓦斯抽采常规方案为模型,提出了利用瓦斯抽采钻孔探查目标煤层地质条件的基本原理和具体步骤:采用解析几何方法计算钻孔控制煤层底板(顶板)点三维坐标、煤层厚度和掘进工作面距煤层任意垂距时巷道掘进量,运用Matlab软件绘制煤层底板(顶板)等高线图、煤层等厚线图和石门揭煤三维地质模型,进而直观且定量地预测煤层产状、地质构造、煤层厚度等地质条件。阐述了基于瓦斯抽采钻孔的石门揭煤区域地质精查的基本流程:根据已知矿井地质资料对煤层地质条件做出预判,边探边掘,利用瓦斯抽采钻孔数据和Matlab绘图软件实现目标煤层地质条件的定量预测。实践证明该方法具有可行性和有效性。     

煤层瓦斯压力测定中的钻孔注浆新技术研究

为简化复杂地质条件下测定煤层瓦斯压力的工序并提高高压注浆的成功率和可靠性,以达到准确、快速测量瓦斯压力的效果,基于胶囊注水封孔器的原理和特性及高压注浆的现场情况,提出了一种新型的注浆方法。通过钻孔注浆模型的建立和数值分析、模拟,发现新式注浆工艺可满足10 MPa的注浆压力,能有效封堵钻孔中的裂隙。现场对比实验证明新式注浆方法较传统注浆方法减少了工序,提高了安全性和可操作性,节省时间约35 h。新型注浆方法在复杂地质条件下可提高测压工作整体的效率。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

瓦斯灾害治理新技术

在分析煤矿安全科技工作现状和趋势基础上 ,介绍了近年来我国瓦斯灾害防治技术研究取得的进展和新成果。通过“十五”科技攻关项目的研究 ,提出了瓦斯煤尘爆炸危险性评价方法 ,研究出了基于瓦斯地质、地质动力区划、电磁波探测方法的煤与瓦斯突出区域预测技术和基于AE声发射、电磁辐射和瓦斯涌出等原理的煤与瓦斯突出非接触连续预测技术 ,实验成功了高瓦斯煤层群开采保护层瓦斯灾害综合防治及顺煤层强化抽放等技术 ,开发了矿井通风系统监测、可靠性评价分析及决策控制技术。另外还分析了我国煤矿安全所面临的挑战和急需开展的科技研究工作。     

立井揭煤前测定煤层瓦斯压力的方法与实践

为了解决复杂环境下立井揭煤前煤层瓦斯压力的可靠测定,基于揭煤井筒瓦斯地质特征、煤岩体物理力学性质,应用COMSOL软件模拟揭煤工作面在接近目标煤层时,井筒周围煤岩的地应力分布特征,直观展现了目标煤层中的应力分布结果。模拟结果表明,立井工作面距煤层的垂直距离为7 m时,煤层中会形成一个近似于环形的卸压圈,卸压半径为16 m,因此煤层瓦斯压力测试孔的终孔位置应布置在井筒中心线16 m以外的原始地应力区,以保证测压点瓦斯压力不受揭煤井筒卸压区的影响,令测压结果准确可靠,从而更好地预测煤与瓦斯突出区域的危险性。同时,结合立井揭煤工作面的水文地质特征和井筒严重淋水情况,自主研发并应用了瓦斯测压孔"两堵一注"封孔材料及特定的封孔工艺,进一步保障了封孔质量和瓦斯压力测试结果的可靠性。最后,依据测压结束时测压管内的实际水压情况,对测压结果进行修正,并依据实测瓦斯含量,采用间接法对所测得的瓦斯压力进行验证,实测值在反算得到的瓦斯压力值域内,表明此方法有效可行。     

基于因子分析的开采层瓦斯抽采方法选择

基于煤与瓦斯的七个基本参数,应用因子分析方法,得到了反应本煤层抽放难易程度、突出危险性及瓦斯涌出量(不考虑邻近层影响)的三个因子。依据因子得分对开采层瓦斯抽放难易程度及煤与瓦斯突出危险性进行了分类,进而对开采层瓦斯预抽方法进行判断。结果表明,采用因子分析的方法进行开采层瓦斯预抽方法的选择与现场抽放设计基本一致,并且对于传统方法无法分类的情况也给出了合理的分类判断。采用该方法可以较客观、合理的选择开采层瓦斯抽采方法。