饱和度对含瓦斯水合物煤体渗透率影响试验研究

瓦斯水合固化防突方法能高倍固化瓦斯，降低瓦斯压力，并且前期研究表明，水合物的生成填充煤体孔隙，能够提高煤体强度，改善煤体力学性质，有望减弱煤与瓦斯突出危险性。渗透率是检验瓦斯水合物-煤体体系水合固化效果的关键参数，因此利用应力-渗流-固化一体化三轴试验机，开展了3种目数和3种饱和度条件下含瓦斯煤、含瓦斯水合物煤体渗透实验，测定了瓦斯水合物生成前后煤体渗透率；基于含水合物多孔介质渗透率模型，探讨了煤体中瓦斯水合物的分布模式。结果表明：水合物生成后煤体的渗透率降幅为19.9%～93.0%,其中40～60目(0.250～0.425 mm)60%饱和度煤样渗透率降低幅度最大；随着饱和度增加，20～40目(0.425～0.850 mm)及40～60目(0.250～0.425 mm)含瓦斯水合物煤体渗透率均先减小后增大，60～80目(0.18～0.25 mm)煤样始终呈增大趋势；将试验结果与渗透率理论模型对比发现，本试验煤体中瓦斯水合物分布模式以表面胶结型为主，水合物生成对煤体内瓦斯渗流通道的阻塞效果显著。     

含瓦斯水合物煤体不同孔隙饱和度试验研究

煤层瓦斯固化防突技术利用含瓦斯水合物煤体储气量大且能改变煤体力学性质的特点,达到预防煤与瓦斯突出的目的。利用SHW-III型试验设备进行不同孔隙饱和度下含瓦斯水合物煤体的合成试验。结果表明:瓦斯水合物的声波波速可以表示合成情况,随着孔隙饱和度的增加而增大;预测的饱和度与试验方案最大相差4.18%,预测孔隙饱和度与计算孔隙饱和度最大相差4.92%;煤体胶结性随瓦斯水合物煤体孔隙饱和度增加而变强。     

晶体类型对含瓦斯水合物煤体力学性质的影响

含瓦斯水合物煤体的力学性质研究,是利用水合原理防治煤与瓦斯突出的基础。以型煤试件为研究对象,利用自主研制融合瓦斯水合固化反应和三轴压缩荷载作用于一体试验装置,合成了含不同晶体类型瓦斯水合物煤体。对含不同晶体类型瓦斯水合物煤体和含瓦斯煤体进行了三轴压缩试验,获得了2种围压下含瓦斯水合物煤体和含瓦斯煤的应力-应变关系、强度等特性。基于莫尔-库伦强度准则进行拟合,得到含水合物煤体和含瓦斯煤体的黏聚力和内摩擦角。研究结果表明,煤体含水合物能够提高刚度和黏聚力,含II型瓦斯水合物煤体抵抗破坏能力更强,煤体含水合物的类型对煤体力学性质有不同的影响。     

含瓦斯水合物煤体强度特性三轴试验研究

含瓦斯水合物煤体力学性质准确测定是利用水合物技术预防煤与瓦斯突出的重要基础。利用水合固化反应与三轴压缩一体化原位试验装置开展了饱和度变化对含水合物煤体强度特性影响试验。结果表明：随着围压增加(1,2,3 MPa),含瓦斯水合物煤体应力-应变曲线从软化型向硬化型转化,破坏强度显著增加;随着饱和度增加,煤样破坏强度线性增加,饱和度对黏聚力和内摩擦角无明显影响;与含瓦斯煤体的强度特性比较发现,水合物生成提高了煤体破坏强度、变形模量和内摩擦角,而黏聚力没有明显变化。     

突出煤层透析解突技术研究

为了寻找突出煤层的高效解突技术,根据工作面突出煤体的显微结构照片和FLAC3D力学软件分析结果,认为软煤低透和高能瓦斯是煤与瓦斯突出的必要条件,提出了突出煤层的循环加压瓦斯透析解突技术.结果表明:低透气性是突出煤层的特点,也是瓦斯抽放的主要障碍,瓦斯加压预裂透析煤体技术,提高煤体瓦斯渗透率的同时可以解突,实施该技术可以在高瓦斯突出煤层工作面实现煤与瓦斯共采.     

电磁辐射法监测煤层注水防突效果的研究

理论分析了水对煤体物理力学性质和煤体电磁辐射信号影响的规律。煤层注水过程中由于压力水对注水钻孔周围煤体的压裂,煤体产生的电磁辐射值增大,煤层注水结束后,煤体弹性得以充分释放,电磁辐射值比注水前相对降低。探讨了现场采用电磁辐射监测煤层注水防突效果的实施方案。研究结果表明:电磁辐射法可以用来监控煤层注水过程以及检测煤层注水防治煤与瓦斯突出效果。     

埋深超千米工作面松动爆破卸压消突技术实践

为有效预防埋深超千米回采工作面出现以地应力为主导的煤与瓦斯突出事故,对松动爆破卸压消突技术原理进行分析,指出松动爆破位置应控制在工作面应力集中带;对松动爆破前后瓦斯涌出情况、煤体的物理力学性质、生产效率等进行了对比分析。研究表明,采取松动爆破卸压消突技术,能够有效地降低工作面前方煤层瓦斯含量,提高煤体抵抗煤与瓦斯突出的能力,降低防突测试指标最大值,减少割煤期间瓦斯涌出,提高生产效率。     

新型高压旋转水射流扩孔钻具的研制及应用

为了有效预防煤与瓦斯突出,根据掘进工作面主要防突措施的优缺点、防治煤与瓦斯突出的技术原理及水力化局部防突措施的机理,研制了回转式高压旋转接头及扩孔喷头,利用钻机带动钻杆进行高压水扩孔。结果表明:新型高压旋转水射流扩孔钻具可以有效提高煤体的力学强度,降低煤体应力集中,提高低透气性煤层的瓦斯抽放效果,促进瓦斯的释放,增强防止煤和瓦斯突出的能力。     

固化防突技术原理及其应用

突出煤的孔隙率和有效孔隙容积均大于非突出煤。向突出煤层压注固化剂，可提高煤体强度，增强煤体抵御突出的能力，阻止瓦斯潜能转化突出动能。现场试验结果表明，固化防突是石门揭煤的有效防突措施。     

利用瓦斯解吸特征指标预测煤与瓦斯突出的实验研究

理论分析了掘进工作面瓦斯涌出主要受到瓦斯含量、煤体物理力学性质的影响,并通过实验室煤样解吸试验,研究了同一煤质、不同瓦斯压力、不同粒径、不同煤体力学性质的煤样在瓦斯解吸过程中存在的显著差异,指出瓦斯解吸特征指标α可以较好地反映煤体的瓦斯含量、煤体物理力学性质的变化情况。通过现场实例验证了瓦斯解吸特征指标α对于预测预报煤与瓦斯突出危险的可靠性。     

立井穿越深部煤层时瓦斯突出的力学机理

通过深部立井围煤的受力分析,以及地压和瓦斯压力的研究,揭示了立井穿越深部煤层时瓦斯突出的力学机理,对于含瓦斯煤体的结构提出了不同与过去观点的气球爆炸新假说。文章强调了深部围煤塑性区域的形成和发展,以及煤与瓦斯突出的临界状态。整个研究涉及弹塑性理论,材料的强度理论以及岩土力学中的某些相关理论。研究结果不仅可用来预测立井穿越深部煤层时瓦斯的突出,而且可以为立井揭煤过程中煤与瓦斯防突措施的研究奠定理论基础。     

斜井揭煤预抽瓦斯注浆防突技术实践

通过对煤与瓦斯突出过程和防突机理的分析,提出降低瓦斯压力和增加煤体极限破坏强度,使煤岩体不满足破坏失稳和抛出条件的揭煤防突思路。以新疆某矿地质条件为基础,在斜井揭煤过程中,采用预抽瓦斯和煤体注浆相结合的综合防突技术,较好地解决了该矿斜井揭煤防突技术难题。     

煤与瓦斯突出过程中瓦斯作用的研究

为了对煤与瓦斯突出事故进行有效的预防与控制，分别从孕育和突出两个阶段阐述了瓦斯在煤与瓦斯突出中所起的作用，指出了煤层吸附瓦斯和裂隙瓦斯对煤的物理力学性质的影响；由于空隙瓦斯的存在, 加剧了煤体失稳破坏的过程；特别指出突出的主要能源来自于瓦斯的膨胀能；并根据这一结论提出了相应的防突措施.     

松软煤层固化防突技术与实践

煤岩体的化学固化是掘进巷道揭穿松软煤层时防止煤与瓦斯突出的有效措施，本文论述了检软灶层固化防突机理和力学作用原理，并根据淮北芦岭煤矿应用脲醛树脂加固８号煤层，掘进巷道揭穿８号煤层底板时防止煤与瓦斯突出的工程实践，说明脲醛树脂加固松软的防突效果。     

论易突出煤层对防突固化材料的要求

通过对易突出煤层有关性质的研究，总结出了易突出煤层对防突固化材料的要求，从而为压注固化液防治煤与瓦斯突出技术的固化液选优和配方提供了基本资料。     

瓦斯地质法在防治瓦斯突出中的应用

采掘实践表明，煤层突出具有明显的区域性、局部性和先期显现性。本文根据影响和制约煤层突出的地应力、煤体瓦斯、煤的物理力学性质这三大因素，结合矿并实际，选择了一种既安全又经济的预测预报防突方法——瓦斯地质法。     

煤岩固化防突技术在松河矿石门揭煤中的应用

针对常规防突措施的不足,采用煤体注浆固化的方法来提高石门揭煤处煤体强度和增强围岩的稳定性,从而降低煤层中初始释放瓦斯膨胀能来防止煤与瓦斯突出.煤岩固化方法的防突机理主要是改变了煤岩体物理结构性质,尤其是在石门揭煤过程中,为石门揭煤过程整个工序提供了可靠的安全保障,可以实现安全快速揭煤.     

低温对不同水分条件下煤的坚固性系数影响研究

煤体力学性质是煤与瓦斯突出的一个必要条件,提高煤体的力学性质对抑制煤与瓦斯突出的发生具有重要的意义。为探析低温环境及水分对煤体坚固性系数的影响,通过煤样加湿处理装置及低温环境坚固性系数测试装置,对不同温度及不同水分条件下煤体的坚固性系数进行测试。研究结果表明:随着温度的升高以及煤样水分的降低,煤的坚固性系数呈减小趋势;随着温度的降低以及煤样水分的升高,煤的坚固性系数呈增大趋势。研究为通过煤层注水加冷冻的措施治理煤与瓦斯突出奠定了理论基础。     

煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理

由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。     

石门揭煤煤与瓦斯延时突出过程及其动力源分析

基于煤与瓦斯突出机理,本文分析了石门揭煤过程煤与瓦斯延时突出全过程及其动力源,阐述了地应力和瓦斯压力在延时突出过程中的作用及其对含瓦斯煤体流变失稳及能量变化关系,并分析了延时突出动力源形成的能量聚集过程.结果表明,煤与瓦斯延时突出不但与卸压区、应力集中区的强度、长度有关,而且与作用在煤体上的应力峰值和瓦斯压力等因素有关;煤与瓦斯延时突出动力源大致有煤层地应力、煤体中的瓦斯及瓦斯内能、煤体物理力学性质及外作用等,延时突出动力源形成过程是复杂而又多变的,瓦斯、地应力是煤与瓦斯延时突出中的主要能量,因此降低瓦斯压力、瓦斯内能和地应力,是减少煤与瓦斯延时突出的根本办法.