瓦斯突出煤体探测的物性前提及应用

介绍了利用无线电波坑道透视技术进行瓦斯突出煤体探测的物性前提及电磁波在由突出煤体和非突出煤体组成的瓦斯突出煤层中传播时的电性响应 .以一工作面的探测方法、资料解释及回采验证情况 ,说明了实现突出煤体无线电波坑道透视探测的可能性及存在问题 .     

矿井突出危险带预测的瓦斯地质技术研究通过鉴定

由焦作工学院彭立世教授等与平顶山煤业(集团)有限责任公司合作完成的科研项目“矿井突出危险带预测的瓦斯地质技术研究”于2000年10月18日通过了由国家煤炭工业局规划发展司组织的专家鉴定． 回采工作面瓦斯突出危险带预测是工作面回采期瓦斯突出防治的前提和基础．课题用瓦斯地质观点,以回采工作面突出危险带预测为中心,以平顶山煤业(集团)公司八矿己15－13190和己15－14081两个采面为基地,进行了系统的研究和实际应用,研究工作贯穿了掘进到回采的全过程,历时4a． 突出危险带预测采用地质规律预测与电磁波透视探测相结合．瓦斯地质观测巷道长3-198-m,突出参数测试800多次,获得测试数据1-500多个．形成了地质构造控制破坏煤体,破坏煤体控制瓦斯突出分布的观点,用地质构造预测破坏煤体分布、破坏煤体控制瓦斯突出分布的预测模式,对两个工作面分别划分了突出带与非突出带． 采面圈成后,用无线电坑透仪对两个采面分别进行了电磁波透视．根据实验室测定的电性响应特点,依探测衰减场异常和地质背景资料,圈出煤体破坏区域,进而圈出突出带范围．回采期继续进行破坏煤体和瓦斯突出参数观测,确定突出危险带实际范围,以验证地质规律预测、电磁波透视预测的可靠性．结果证明预测和实际突出危险带范围基本一致．通过研究和实践形成了一套系统的瓦斯突出危险带预测的瓦斯地质技术．     

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     

综合物探聚类分析解释技术研究

为了充分挖掘各类物探成果包含的信息,改变以往物探成果解释对技术人员经验过于依赖的不足,提高综合物探成果解释的效率和准确率,真正实现物探成果的综合解释,利用聚类分析算法,对瞬变电磁法和无线电波坑道透视法探测成果预处理后的数据进行聚类分析,将综合物探探测数据分为若干个类别,结合地质资料判断各组数据异常程度,实现物探成果综合解释。在山东某矿开展了瞬变电磁法与无线电波坑道透视法综合探测,利用聚类分析算法对物探成果重新进行了综合解释,保留原有异常区1处,新解释异常区1处,经矿方实际回采验证,证明聚类分析考虑影响因素更加全面,异常区划分更加合理、准确、无遗漏,能够避免传统解释方法对分析解释人员经验依赖较高,可能存在人为遗漏异常区的风险。     

煤层波谱特征与瓦斯含量的试验研究

为研究煤层频谱特征与煤层瓦斯地质参数间相关关系,选取几个典型矿区的主采煤层,采用矿井震波探测技术进行原位煤体震波波谱探测实验．试验结果表明,煤体波谱特征反映了煤层本身的物理力学性质,同一结构的煤层在其5倍厚度的距离内煤壁的主频值相对稳定．主频的变化反应了煤体结构的特征,结构破坏主频明显低移;不同的煤层具有不同的主频,突出煤层具有低主频特征．煤层瓦斯含量与煤层固有主频成较好的线性相关,煤层固有主频值越低,相应煤层瓦斯含量越高．研究结果可为煤与瓦斯突出预测提供新的方法．     

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.     

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     

无线电波透视法在探测隐伏导含水构造中的应用

无线电波透视法主要应用于探测煤层内异常构造（如陷落柱、断层、煤层变薄区等）,本文则重点介绍了无线电波透视法在探测煤层内隐伏导、含水构造异常的应用情况。首先从理论上说明该方法对含水构造的电性特征有明显的反映,并研究了综合曲线分析法和层析成像法在资料解释中的应用。总结了“V”字型及半“V”字型综合曲线所反映的水文地质特征。通过实例分析,证明了无线电波透视法可成功、准确地探查工作面内部隐伏水文地质构造异常。     

无线电波透视几种成像方法对比

无线电波透视数据处理方法多样,常用的几种成像算法效果并不理想,异常形态往往呈条带状分布,异常边界模糊。为从根源上分析算法的缺陷并加以改进,给出了算法的具体实施步骤,并对结果进行了预测,用简单的数值模拟实例证明了常用的ART/SIRT算法缺点,同时给出一种不基于射线长度分配投影值的BICGSTAB算法,用几个简单的模型验证了算法的可靠性,探讨了扩大透视角度对于解释结果精确性的影响。结果表明,BICGSTAB算法大大地提高了反演结果与模型的吻合程度,以山西某矿的探测实例展示了BICGSTAB算法的解释效果,为实际的无线电波坑道透视施工和解释提供了一种新的手段。     

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     

含瓦斯煤体变形规律的实验研究

瓦斯是煤和瓦斯突出的主要能源,研究瓦斯对煤体的作用具有理论和实践意义。实验表明,当煤体吸附瓦斯后发生膨胀变形,其变形规律基本上服从朗格缪尔方程。当解吸瓦斯后,煤体发生收缩变形,基本上服从指数方程。变形值的大小与煤的变质程度、强度和孔隙性质有关。变形值可以作为预测煤体突出危险性的一项指标,并可用于预测抽放瓦斯措施的效果。     

对煤体结构形态及成因分类的改进和完善

为便于理论研究和矿井生产中煤与瓦斯突出预测时的应用、资料积累和对比,参照构造岩的分类方法,依据煤体结构的宏观特征和不同煤体结构类型煤的物性参数的测定结果,在对原煤体结构四类分法做了较大补充的基础上,根据非接触性探测煤体结构类型的需要,提出了硬煤和构造软煤的煤体结构二类分法,其中硬煤与原生结构煤、碎裂煤相对应;构造软煤与碎粒煤、糜棱煤相对应,从而改进和完善了煤体结构的形态及成因分类.     

对煤体结构形态及成因分类的改进和完善

为便于理论研究和矿井生产中煤与瓦斯突出预测时的应用、资料积累和对比,参照构造岩的分类方法,依据煤体结构的宏观特征和不同煤体结构类型煤的物性参数的测定结果,在对原煤体结构四类分法做了较大补充的基础上,根据非接触性探测煤体结构类型的需要,提出了硬煤和构造软煤的煤体结构二类分法,其中硬煤与原生结构煤、碎裂煤相对应;构造软煤与碎粒煤、糜棱煤相对应,从而改进和完善了煤体结构的形态及成因分类.     

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.     

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.     

水力卸压防止承压散体煤和瓦斯突出机理

从散体煤和瓦斯失控突出条件出发，分析了超前水力卸压防止散体煤和瓦斯突出作用原理，并通过检测水力卸压前后瓦斯涌出量变化、利用电磁辐射技术检测煤体破裂变形以及相关实际资料验证了该机理的正确性。结果表明，实施水力卸压防突措施时电磁辐射强度及脉冲数增大，有利于防止突出，其防突作用原理有3条：1）煤体增裂预释放瓦斯，增加切向应力和散体摩擦阻力，2）增加煤体位移，预降低高压侧径向有效地应力，减少散体突变运动径向应力差，3）注水湿润使散体间及相邻蝶岩体黏结，增大了散体摩擦阻力系数．     

电磁波技术在矿井物探中的应用

为了准确地探测煤层工作面内部的地质构造异常体情况,基于矿井无线电波透视煤层理论及CT成像技术,探讨了电磁波技术在矿井中探测复杂地质构造的可行性。通过探测较准确地划分了物探异常区,合理指导了煤矿灾害防治的设计与规划,为煤矿的安全生产起到一定的指导作用。     

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。     

瓦斯"截流抽放"快速揭煤法

通过对石门待揭煤体周边进行瓦斯"截流抽放",并利用瓦斯抽放所形成的无突出危险煤体作为防突抵抗煤柱,再对待揭煤体内已成"无源之水"的瓦斯实施强力快速抽放消突,即可进行安全快速揭煤.     

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.