煤样瓦斯渗透率的实验研究

煤和瓦斯突出是威胁煤矿井下安全生产的一个严重问题,而突出的发生将取决于瓦斯压力、煤层渗透率以及煤体强度等参数。因此,煤层渗透率对于煤和瓦斯突出以及煤层瓦斯抽放都具有重要意义.本文研究含瓦斯煤体在围压力不变的前提下,孔隙压力和渗透率以及孔隙压力和煤样变形间的关系;同时还研究了在孔隙压力一定的条件下,渗透率和围压力以及煤样变形间的关系;得出了在围压力不变的前提下,孔隙压力和渗透率以及煤样变形值间的关系基本上服从指数方程:K=u_1e~((?)v_1~p),S=u_2e~(v_2~p);在孔隙压力不变条件下,加载时,煤体的渗透率与载荷间的关系可用负指数方程表示:K=ae~((?)bσ);卸载时,可用幂函数方程表示:K=K_oσ~(-c)。     

电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理

研究了瓦斯对电磁辐射（ＥＭＥ）的影响规律及影响机制,对电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理进行了探讨,研究结果表明：煤体变形破裂时,电磁辐射与煤岩体的载荷及变形破裂过程密切相关,煤体中的瓦斯能使电磁辐射增强,瓦斯在煤体中的流动及冲击能产生电磁辐射;电磁辐射强度和脉冲数两项指标综合反映了工作面丧方煤体的突出危险程度,用电磁辐射法预测预报煤与瓦斯突出是可行的,煤岩电磁辐射技术在预测煤与瓦斯突出和冲击地压等方     

三轴压缩下含瓦斯煤体电阻率响应的实验研究

目的 受载含瓦斯煤体变形破裂过程中电阻率的变化规律是电阻率法预测预报煤与瓦斯突出发生的理论基础。因此,研究三轴压缩条件下含瓦斯煤体破裂过程中电阻率的变化规律十分必要。方法 自主研发一套测试低频条件下受载含瓦斯煤体变形破坏过程中电阻率的实验系统,测试三轴压缩条件下含瓦斯煤体电阻率的变化规律,对实验结果进行分析和解释。结果 结果表明：（1）受载含瓦斯煤体的电阻率变化与所受应力存在显著的对应关系,型煤的电阻率变化规律与应力的对应关系要优于原煤的,对应力降低比较敏感;（2）受载型煤的电阻率变化规律为先上升后下降型和下降型,受载原煤的电阻率变化规律仅有下降型;（3）从原煤和型煤的物理力学以及受载过程中的变形破坏类型、受载含瓦斯煤体变形破坏过程中的煤体结构变化情况、煤的孔隙结构以及导电类型3方面分析解释受载含瓦斯煤体的电阻率变化情况;（4）对受载含瓦斯型煤电阻率变化曲线出现的2种类型进行科学合理的解释。结论 研究成果可为电阻率法预测预报煤与瓦斯突出的发生提供技术支撑。     

煤体变形演化特征的CT实验分析

在采用构建采动应力作用下的煤体变形场方程来研究煤与瓦斯突出预测敏感指标的过程中,需要对煤体的变形量及其演化方程进行研究.依据CT技术的层析分析法,通过扫描不同的层位,利用CT数字图像所表现出来的煤体密度变化量对煤体变形量进行量化分析,结果表明,在应力作用方向上,煤体的变形具有显著的差异性,煤体的变形量沿应力作用方向呈现近似指数关系衰减的特征,基于CT技术,利用煤体密度的变化来量化描述煤体空间动力变形演化过程的研究途径及方法是可行的,从而为研究煤体的动力变形演化过程提供了一条新的思路.     

低渗透煤与瓦斯的固-气动态耦合模型及数值模拟

为了解低渗透煤体的瓦斯渗流机理,开展了低渗透煤体的变形与瓦斯渗流的相互作用规律研究.根据低渗透煤体的瓦斯渗流特性,确定了煤体渗透率的动态变化模型;通过建立煤层瓦斯渗流方程与煤体的变形场方程,引入煤体孔隙率的动态变化模型,定义了研究问题的初始及边界条件,推导得到了低渗透煤与瓦斯的固-气动态耦合模型.针时含瓦斯煤体试件的定解条件和模型参数,进行了耦合模型的数值模拟研究.结果表明:数值模拟预测的瓦斯渗透速度,与试验的实测结果吻合较好,且随着煤体渗透率减小,模拟结果更逼近实测结果,其最小误差为0.9%.     

突出煤体破碎抛出及粒度分布规律试验研究

煤与瓦斯突出严重威胁着煤矿的安全生产,其本质是煤体在地应力和瓦斯压力耦合作用下破碎并抛出,从而形成具有致灾效应的煤粉-瓦斯两相流.本文通过开展真三轴条件下煤与瓦斯突出物理模拟试验,对突出煤体的破碎抛出特征及粒度分布规律进行了研究,结果表明:突出煤体质量及面密度整体上随距突出口距离的增加而增大,地应力集中程度越高,突出煤体质量和突出强度越大,同时突出煤体的破碎程度越显著;突出煤体的粒度分布符合两参数Weibull分布模型,拟合参数m和d_0共同影响和控制突出煤体粒度分布结果;通过对m和d_0物理含义的探讨提出了其在进一步研究突出能量耗散和突出预测方法中的应用前景.     

横观各向同性煤等温吸附变形试验研究

为了探明不同层理方向煤吸附瓦斯变形机理,以亭南煤矿4~#煤层煤样为研究对象,利用多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置,开展了以CH_4和He为吸附质的等温(30℃)吸附试验,并基于试验结果对气体压缩煤体变形方程、纯吸附变形方程、横观各向同性煤吸附变形方程进行了讨论分析.结果表明:煤吸附CH_4时垂直层理和平行层理方向表现为膨胀变形,吸附He时垂直层理和平行层理方向表现为收缩变形,煤吸附过程中平行层理方向和垂直层理方向变形存在各向异性;气体压缩、表面张力变化(纯吸附)及二者共同作用下煤体变形的各向异性与吸附压力大小和吸附质无关,与煤的自身性质有关;横观各向同性煤吸附变形方程理论计算结果和试验结果在平行层理方向平均相对误差为7.08%,垂直层理方向平均相对误差为14.63%.横观各向同性煤吸附变形方程可以表述吸附平衡压力与吸附变形的关系,也可体现出垂直层理和平行层理方向煤体吸附变形的差异性.     

平顶山十二矿煤与瓦斯突出的地质因素分析

对十二矿影响煤与瓦斯突出的井田地质构造、煤体结构、煤厚及其变化、煤层围岩等地质因素进行了分析。探讨了煤与瓦斯突出与上述地质因素之间的密切关系，为煤与瓦斯突出的预测、预报及其防治提供了依据。     

以煤体结构为基础的煤与瓦斯突出简化力学模型

从能量的角度分析计算了煤与瓦斯突出中作用于煤体的动力和煤体本身的阻力，建立了以煤体结构为基础的煤与瓦斯突出简化力学模型，定量讨论了煤与瓦斯突出的力学过程，并给出了其构造煤临界厚度判据     

煤岩固—气耦合的流变力学分析

为分析煤与瓦斯延迟突出机理,讨论了煤层瓦斯流动特性,认为游离瓦斯和吸附瓦斯、突出空洞内的瓦斯和突出空洞附近煤体中的瓦斯均在煤与瓦斯突出过程中起重要作用,因而提出原煤吸附瓦斯贡献系数k并建立了煤层瓦斯流动的质量守恒方程;基于煤岩流变力学实验,提出了讨论煤岩流变力学性质的广义弹粘塑性组合模型。最后,建立了可以用来研究煤与瓦斯延迟突出机理的含瓦斯煤固－气耦合分析的数学模型。     

煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪

根据煤与瓦斯突出机理和突出预测与防治原理,论述了煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪的硬件组成和关键电路的设计,并完成了软件设计。通过井下实验证实了该监测仪可实现与煤体无触监测,且信息接收、舆较为可靠,为煤与瓦斯突出的分析和预报提供了正确的原始数据资料。     

淮南矿区井田小构造对煤与瓦斯突出的控制作用

井田小构造要素是控制煤与瓦斯突出的主要地质因素,它综合影响其他因素,会造成不同破坏程度的煤体结构.对淮南矿区煤与瓦斯突出点构造资料的统计表明,突出点受构造控制的占近64%,而煤、岩巷中的构造控制突出占近72%,突出点由小断层引起煤层产状及煤体结构强烈揉皱的占100%.淮南矿区煤与瓦斯突出点的构造组合形式分断层构造、断层与褶皱叠加和褶皱构造三类,其中断层组合又分地堑型、阶梯型、断层交汇型、挤压构造型和顺层断层型五种.小构造发育是造成煤与瓦斯突出平面分区性和空间分带性的主要原因,构造煤发育程度是造成煤与瓦斯突出发生的直接原因;必须进一步加强小构造对构造煤发育控制范围的研究,提高煤与瓦斯突出预测预报地质构造指标的可靠性.     

淮南矿区井田小构造对煤与瓦斯突出的控制作用

井田小构造要素是控制煤与瓦斯突出的主要地质因素,它综合影响其他因素,会造成不同破坏程度的煤体结构.对淮南矿区煤与瓦斯突出点构造资料的统计表明,突出点受构造控制的占近64%,而煤、岩巷中的构造控制突出占近72%,突出点由小断层引起煤层产状及煤体结构强烈揉皱的占100%.淮南矿区煤与瓦斯突出点的构造组合形式分断层构造、断层与褶皱叠加和褶皱构造三类,其中断层组合又分地堑型、阶梯型、断层交汇型、挤压构造型和顺层断层型五种.小构造发育是造成煤与瓦斯突出平面分区性和空间分带性的主要原因,构造煤发育程度是造成煤与瓦斯突出发生的直接原因;必须进一步加强小构造对构造煤发育控制范围的研究,提高煤与瓦斯突出预测预报地质构造指标的可靠性.     

瓦斯突出煤体的导电性质研究

瓦斯突出煤体是在瓦斯突出灾害发生前就已经客观存在的地质体，是发生瓦斯突出的必要的物质条件，针对瓦斯突出煤体煤样的特点，采用具有国际先进水平的数字式双频激电仪作为主要观测仪表，建立了集先进性和实用性为一体的瓦斯突出电性能观测系统。通过进行实验室大量煤样的测定，研究了瓦斯突出煤体的导电性质。为利用以电磁法为主的地球物理方法法进行了瓦斯突出煤体探测和瓦斯突出预测提供了物理基础，对减轻和防止煤矿瓦斯突出自     

煤与瓦斯突出的土力学分析

为了探索煤与瓦斯突出机理,根据岩体结构分类方法,把破坏类型为Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ类的煤视为散体结构岩体.借鉴土力学流土失稳理论分析煤与瓦斯突出机制,把临界失稳梯度作为煤体的抗突强度指标.通过对煤体瓦斯压力梯度变化过程的分析,指出低透气性煤比高透气性煤更容易发生高强度突出的原因是由于低透气性煤的"失稳分层"的单位体积煤体具有更高的气体膨胀能.提出隔渗帷幕法和反滤层法2种控突思路.     

煤与瓦斯突出脉动式发展过程的试验研究

为进一步认识煤与瓦斯突出发展机理,开展了不同应力集中系数条件下的煤与瓦斯突出物理模拟试验,并监测了突出过程两相流冲击力、突出孔洞内气压及煤体声发射信号.结果表明:突出发展过程存在主要脉动及伴生脉动现象,单次突出过程前者会发生5~6次,每一主要脉动后又会发生2~3次伴生脉动现象.随突出发展进程增加,各主要脉动阶段内的气压变化量和冲击力均值呈减小趋势,煤体声发射累计能量则在减小后有所回升,回升量最大可达60%左右.试验中,瓦斯突出的发展过程始终伴随了煤体的粉化破坏和层裂破坏,前者持续发生,后者具有间歇性.     

祁东矿煤与瓦斯突出动力成因分析

针对祁东矿多发生小型突出且地点多在构造应力区的现状,采用划分地质单元方法评价其煤与瓦斯突出危险性。结果表明:4个地质单元瓦斯赋存条件和主控因素不同,25次突出集中发生的第Ⅱ单元,主控因素为地应力;测试了原岩地应力场特征,发生多次突出的中央回风下山巷道走向为近SN向,与最大主应力方向夹角大,掘进过程中煤体承受应力较大,构造煤发育;对比同一埋深其它已揭露煤层区域,在瓦斯含量相差不大的情况下,动力现象差异很大;这些都证实瓦斯不是突出的主要动力来源,突出主要动力来源为构造应力,这也决定了不会发生大型煤与瓦斯突出,对瓦斯预测和防治有重要指导意义。     

煤层高压注水防治煤与瓦斯突出效果考察及机理分析

为了深入探讨煤层高压注水的防突出机理,采用地应力分布、瓦斯解吸速度和钻屑瓦斯解吸指标K1值作为研究指标,考察了阳泉煤业集团新景矿煤层高压注水后的防突效果,结合实测数据对煤层高压注水的防突机理进行了分析.研究表明,煤层高压注水具有如下2种效应:一是高压水破裂煤体,使煤体塑性增加,导致集中应力带前移;二是注水后残留的水分对煤体瓦斯解吸有抑制效应,可避免煤体瓦斯快速解吸.2种效应同生共存,共同对煤与瓦斯突出产生防治作用.     

煤与瓦斯突出的压力容器物理爆炸假说

根据掘进工作面前方支承压力分布特征,建立了掘进工作面前方煤体的压力容器模型．通过分析认为,该模型满足压力容器爆炸的2个条件：气体迅速膨胀和容器壁脆性断裂．进而,基于压力容器发生物理爆炸前的孕育、爆炸后的能量及破坏能力,解释了煤与瓦斯突出的预兆、基本特点和一般规律,并分析了石门自行突出等问题的原因．最后,基于压力容器物理爆炸条件,给出了煤与瓦斯突出的预测指标和防突施工的努力方向,并对已有防突措施进行分析和评价．煤与瓦斯突出的压力容器物理爆炸假说的提出,对揭示煤与瓦斯突出机理具有重要意义．     

焦作矿区含瓦斯煤体电阻率变化规律研究

在低频率（100～10000Hz）条件下测试了煤体在吸附瓦斯过程中和含瓦斯煤在三轴压缩条件下的电阻率变化规律．实验结果表明,煤体在吸附瓦斯过程中和含瓦斯煤三轴压缩条件下,电阻率值分别随着吸附时间和应力的增加,出现先大幅度减小后小幅度增大的变化规律．运用电介质物理学理论对含瓦斯煤体导电机理分析表明,电子和离于在煤孔隙表面上的迁移、游离瓦斯对煤颗粒的挤压作用和正负电荷在外电场作用下产生移动,三者共同造成煤体在吸附瓦斯过程和含瓦斯煤体受载过程中电阻率的降低．