基于声发射能量分析的煤与瓦斯突出前兆特征试验研究

煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中最严重的动力灾害,其突出机制不清制约了灾害预警的可靠性和有效性。采用声发射监测技术,以阜新孙家湾突出煤层为研究对象,利用自主研发的真三轴煤与瓦斯突出模拟试验装置,结合DS5系列全信息声发射信号分析测试系统,开展深部矿井不同埋深下煤与瓦斯突出相似模拟试验,分析煤与瓦斯突出能量演化过程,建立声发射参数特征与煤与瓦斯突出前兆信息关系指标。研究结果表明:(1)煤与瓦斯突出过程经历了孕育前期、孕育后期、激发–发展和终止4个阶段,突出过程中声发射能量信号经历了"平稳→升高→峰值"的演化过程,表明煤与瓦斯突出是一个煤体破坏和能量积累的力学过程。(2)在突出孕育前期AE能量处于较低水平,累计AE能量上升平稳,低能级频次占主导地位,突出危险性较弱;孕育后期AE能量大幅度增加,累计AE能量上升加快,高能级频次占主导地位,突出危险性较强。突出孕育不同时期AE能量信号的差异性可作为突出前兆信息,用于实时监测煤岩内部破裂动态变化情况,对突出预测、预警具有指导意义。(3)从声发射能量角度定义了反映煤与瓦斯突出孕育阶段危险性强弱的量化指标,为深部开采煤与瓦斯突出动力灾害预测预警提供科学参考。     

地勘与实测瓦斯含量对比分析法在青东煤矿的应用

瓦斯含量预测在矿井防治煤与瓦斯突出工作中极其重要,科学的预测方法将有助于井下防治工作的顺利开展。本文通过对比了青东煤矿Ⅰ5采区邻近区域地勘阶段瓦斯含量和实测瓦斯含量之间的关系,得出了8煤层中瓦斯含量的相关系数,并在81采区进行了验证,同时成功应用到了Ⅰ5采区瓦斯含量预测中。该研究将有助于青东煤矿进行区域瓦斯预测,提高煤与瓦斯突出防治工作的有效性。     

三维应力下煤与瓦斯突出模拟试验研究

 煤与瓦斯突出实质是开采扰动下含瓦斯煤体在三维应力作用下突然发生的力学失稳破坏,严重威胁着煤矿安全生产。以典型高瓦斯矿井-阜新孙家湾煤矿突出煤粉压制而成的型煤为研究对象,利用自主研制的煤与瓦斯突出仪,进行煤层埋深－600 m,在轴压、围压、孔隙压三维应力条件下煤与瓦斯突出模拟试验,以探求煤与瓦斯突出规律。试验再现煤与瓦斯突出孔洞口小腔大、突出煤粉分布具有分选性等突出特征现象,验证煤与瓦斯突出模拟仪的可靠性。通过对试验结果分析,划分6个突出区域,得到以下新认识：突出煤粉质量分布具有区域性特征,存在煤粉质量极值区和均值区。突出试验现象表现为瓦斯–煤气固两相射流特征,为引入射流理论研究煤与瓦斯突出机制提供新思路。突出煤粉量极大值区域位于突出中远区,是瓦斯–煤气固两相射流突出破坏能量的耗散阶段区域。不同粒径突出煤粉分布具有明显的波动分布特性。煤粉质量极大值区以较小粒径煤粉为主,煤粉质量极小值区以较大粒径煤粉为主,突出末端区域以较小粒径煤粉为主。指出高压瓦斯是突出发生的动力源和煤体粉碎粉化的破坏源,煤与瓦斯突出能量释放具有波动性特征。试验结论对煤与瓦斯突出的机制认识具有重要参考价值。     

瓦斯等级鉴定的混沌相空间重构预测技术研究

矿井瓦斯等级鉴定是确定煤矿属于低瓦斯矿井、高瓦斯矿井还是煤与瓦斯突出矿井以及预防煤矿瓦斯爆炸危险和矿井自然发火危险等的一个重要手段.论文针对柏林煤矿1989-2004年共16年矿井瓦斯等级鉴定的结果,采用了混沌相空间重构技术,提出了瓦斯等级鉴定结果预测的一种新方法,并成功预测了2005年瓦斯等级鉴定结果.证明了这种基于混沌相空间重构技术的新方法处理已有的瓦斯等级鉴定结果,预测来年的绝对和相对瓦斯涌出量是可行、可靠的.     

高压细水雾在综合管廊电缆舱的灭火试验研究

高压细水雾适用于扑救综合管廊电缆舱火灾。高压细水雾灭火试验中,细水雾喷头工作压力P=10 MPa,流量系数K=0. 95,额定流量q=9. 5 L/min,全淹没、局部应用方式的喷雾强度分别为1. 108、1. 066 L/(min·m~2);流量系数K=0. 45,额定流量q=4. 5 L/min,全淹没、局部应用方式的喷雾强度分别为0. 525、0. 505 L/(min·m~2),均灭火成功。根据试验参数分析,综合管廊电缆舱中,全淹没方式喷雾强度可以在0. 53～1. 1 L/(min·m~2)选取,局部应用方式喷雾强度可在0. 51～1. 1 L/(min·m~2)选取,为降低工程投资,喷雾强度可取低值。综合管廊内喷头竖向安装高度H 3.0 m时,喷雾强度仍可按H≤3.0 m的参数选取。     

对《QTG25塔机倾倒事故的技术分析》的一点补充意见

《建筑机械化》1987年11期刊登《QTG25塔机倾倒事故的技术分析》一文,笔者认为依原文所给已知数据计算,塔机在空载变幅过程中,同样存在拉断塔身紧固螺栓的危险。下面就这一问题作一点补充。参见原文(图1、图2)。令Q=0;AB=L=19.5m,Au=b=1.8m、h=20.5m、α=1.4m、G=732kg、G′=1500kg及各角度不变。取悬臂AB为研究对象,由∑M_A=0、∑F(?)=0、∑F_y=0,有: G·L/2sin10°-S·b=0,得S=688kg;     

不同性质煤的微观特性及渗透特性对比试验研究

 对从典型矿井取得的不同性质煤,分别进行微观特性和瓦斯渗透特性试验。结果表明：突出煤的比表面积和吸附/解吸能力明显高于延期突出煤和非突出煤,延期突出煤介于二者之间。突出煤吸附能力强,解吸速度相对也较快,可能形成较高的气体压力,对煤岩的破坏性增强。非突出煤的渗透率明显高于突出煤和延期突出煤的渗透率,相差最大处超过4倍以上,煤的渗透特性好,瓦斯就较易在煤层中运移,煤层的储气条件差,瓦斯更容易从煤层中脱离出来,反之则会增加突出危险性。说明渗透特性是考察煤层是否具有突出危险性的一个重要指标。总之,煤的渗透特性和微观特性是密切相关的,吸附/解吸特性能力强,煤的渗透特性相对较差,强度较低,较易发生破坏,突出危险性较大。     

煤与瓦斯突出试验的微震动态响应与特征分析

煤与瓦斯突出前兆信息的挖掘与定量描述是准确预测、预报该类灾害的前提和基础。为了研究煤与瓦斯突出的发生机制,挖掘煤与瓦斯突出灾害的前兆特征及其描述方法,开展基于微震监测的煤与瓦斯突出模拟试验研究。利用大型煤与瓦斯突出模拟试验系统和高灵敏微震监测系统,开展瓦斯突出全过程监测试验,有效收集了从突出孕育到发生完成全过程的微震动响应事件。微震信号的时、频域特征存在差异性和阶段性,并与瓦斯突出过程的孕育、准备、发生以及延续和终止4个阶段相对应。为了定量描述四阶段的特征,建立微震事件数N、事件发生率R、能量和Et以及当量能量E0等微震指标,这些指标表现出明显的阶段差异性。室内试验和现场监测研究表明,煤与瓦斯突出过程存在明显的阶段性微震特征差异,利用该差异性可以描述煤岩体内微震活动演化规律进而推断其稳定性状况,为灾害的提前预测提供依据。     

含瓦斯突出煤三轴压缩下力学性质试验研究

以典型煤与瓦斯突出矿井松藻煤电集团打通一矿7#突出煤层制备的型煤试件为研究对象,利用岛津AG-250伺服材料试验机和自行研制的三轴渗透仪,对不同外界应力条件下含瓦斯突出煤的力学特性进行试验研究.结果表明:瓦斯压力固定的情况下,围压对含瓦斯煤的力学特性起到强化和改善的作用.随着围压的增加,突出煤样的三轴抗压强度、弹性模量和峰值应变均呈线性单调增加;围压大小一定情况下,瓦斯压力对含瓦斯煤的力学特性起到弱化的作用.随着瓦斯压力的增加,突出煤样的三轴抗压强度和弹性模量分别呈线性和对函数形式单调递减,而峰值应变则呈线性单调增加;有效应力对含瓦斯突出煤的力学性质具有强化和改善的作用,随着有效应力的增加,含瓦斯突出煤的弹性模量、三轴抗压强度和峰值应变均单调增加.研究成果对采动影响下煤层瓦斯抽放和煤与瓦斯突出防治及预测具有重要意义.     

河南省某矿可采煤层的区域突出危险性预测

河南省某煤矿目前处在普查阶段,尚未进行开采,针对可采煤层开展区域突出危险性预测,可发现突出危险煤层,指导未来煤矿安全生产。根据突出危险区划理论,针对河南省某煤矿可采煤层区域突出危险性预测。首先计算可采煤层发生突出瓦斯压力最小值Pmin及其对应的煤层瓦斯含量W0,按照以安全为基础,同时考虑矿井生产实际情况的原则,选择煤层瓦斯含量指标作为区域划分的指标:当煤层瓦斯含量W相似文献   

考虑有效应力的钻屑量理论分析及试验研究

考虑深部开采条件下水平地应力作用不能忽略,引入有效应力,推导得到新钻屑量公式,分析给出了有效应力与钻屑量间关系,提出了通过有效应力判断钻屑量方法。在此基础上以典型阜新孙家湾矿突出危险煤层为例,利用自主研制的三维应力煤体钻屑量检测试验装置,改变轴压模拟垂直地应力、围压模拟水平地应力、孔隙压模拟瓦斯压力作用,进行了实验室尺度下钻屑法模拟试验,研究了有效应力、煤层深度、瓦斯压力对钻屑量影响规律。研究结果表明:钻屑量与有效应力呈线性递增关系,试验值略大于理论值,平均误差为7.9%,与前人结论一致,验证了新钻屑量公式有效性及三维应力煤体钻屑量检测试验装置可靠性;随着煤层埋藏深度增大,钻屑量越大,钻屑量与煤层深度呈线性递增规律,且钻屑量随钻孔深度增加呈先减小、后递增、最后缓慢递减规律,在钻孔深度12.5 cm处钻屑量最大,表明此处为应力集中区;钻屑量随瓦斯压力增加,呈指数函数递增规律,瓦斯压力越大,孔壁裂纹扩展越明显,说明瓦斯对煤体软化作用越显著。上述研究结论对该矿深部煤与瓦斯突出预测和防治具有重要参考价值。     

可控源音频大地电磁测深(CSAMT)攻深找盲探测效果分析——以湖南湘中煤矿资源勘查为例

在分析研究不同地层岩石组成成分、接触关系和对应电性特征基础上,利用可控源音频大地电磁测深来寻找隐伏煤层。已知断裂构造F4为本次探测干扰地质体,采用拉大点距的措施有效避免了由此引起的低阻干扰异常,进一步提高物探异常定性解释可靠性。通过后期钻探验证,在ZK4007号钻孔603.1 m埋深见3.21 m厚煤层;同时,在110.3～150.2 m埋深其灰岩破碎、角砾发育,对岩溶构造推断解释也进行了有效揭露。多个钻探在全覆盖区不同深度发现不同厚度的煤层,有力证明了可控源音频大地电磁测深在全覆盖区进行煤矿资源攻深找盲工作是有效的。     

煤矿井下保直钻进技术及应用

介绍了煤矿井下保直钻进技术,根据施工煤矿的岩层性质和钻探设备,采用优选和设计的保直稳定组合钻具,通过穿层孔保直钻进试验,大幅提高了成孔质量和成孔率,较好地解决了钻孔严重偏斜的问题。     

水力掏槽防突中槽硐围岩应力应变分析

在分析试验区水力掏槽措施参数的基础上,从槽硐径向半径与地应力关系、槽硐径向半径与瓦斯内力关系、掏槽深度与应力变化关系、槽硐轴向深度与瓦斯内力关系等角度,深入分析其在突出厚煤层中快速掘进的防突机理,并通过数据统计验证了水力掏槽快速掘进防突技术在突出厚煤层应用的优越性,为突出厚煤层矿区应用该措施提供理论基础和实践经验。     

木城涧矿煤层高压注水的数值模拟分析

为解决京煤公司木城涧矿冲击地压灾害问题，在煤巷掘进时实施预先煤层注水。为研究煤体的渗透特征，在该矿北8槽煤掘进工作面进行了现场单孔等压注水试验，测定了钻孔两侧煤体的湿润水分增值。依据该试验数据用可变容差最优化搜索方法对模型参数进行反演，得到煤体的导水和贮水特征参数，表明该北8槽煤属低湿润饱和煤层，导水性差，适合用高压注水。用数值模拟方法详细描述了在7．0MPa压力下的煤层注水动态过程，通过模拟计算，给出了注水压力-时间-湿润范围三者的动态变化关系。分析了在不同注水压力下的湿润分布的特点，指出合理湿润效果的注水压力在10．0MPa以上。     

无线随钻技术在大口径定向工程钻孔中的应用

无线随钻测斜仪、Φ65螺杆钻具在大口径定向工程钻孔中配合使用,可精确控制钻孔轨迹,进行随钻定向钻探,成功实现定向钻进。这些技术结合使用在煤矿钻井技术中,可为该技术在同类地层中的使用,提供有益的经验。     

滨海粉土的原位扁铲试验分析

针对滨海粉土的工程特性,在现场钻孔勘探的基础上,进行原位扁铲试验,分析滨海粉土的原位变形和力学特性。结果表明该地基土层大部分为粉土,水平应力指数KD在4.0左右,除表层0~4.0 m波动较大外,土层的静止侧压力系数K0变化趋势与KD类似。因此,本试验结果可为滨海地区的工程建设提供一定的参考。     

煤层瓦斯抽采爆破卸压的钻孔布置优化分析及应用

 为解决重庆地区低透气性松软煤层瓦斯抽采率低的难题,提出煤层底板预裂爆破卸压增透新技术,指出其增透过程分为爆破应力波与爆生气体共同作用形成裂隙贯通区和爆破空腔顶部煤岩体垮落形成卸压带2个阶段。借助数值模拟对不同孔距爆破应力波的动态演变规律进行研究,发现预裂爆破影响范围分为粉碎区和贯通区,其中粉碎区范围约为爆破孔直径的6倍,而贯通区的形成则主要受大直径控制孔反射形成的拉伸波作用,最终得到预裂爆破形成贯穿裂隙且保持与控制孔同高破坏区间的最优孔距为0.9 m,并将该技术应用于重庆–煤矿K4煤层底板巷预抽瓦斯工程。应用结果表明：瓦斯抽采纯量提高2.8倍,瓦斯抽采浓度提高3.75倍,而且在爆破完成20～30 d后瓦斯抽采效果明显提高。     

高瓦斯低透气性煤层不同瓦斯抽采方式的研究

煤层的瓦斯抽采是避免煤矿瓦斯灾害发生的根本防治措施。根据瓦斯解吸理论,提出通过水力割缝及水力冲孔技术,在煤体中人为再造裂隙,增大煤体在空气中的暴露面积,同时形成瓦斯流动通道,达到加快瓦斯解吸,提高瓦斯抽放效果的目的。本文以水力割缝及水力冲孔进行机理分析为基础,根据在阳泉矿区某煤矿回风巷中进行现场实验,对普通钻孔抽放瓦斯、水力冲孔抽放瓦斯以及高压水力割缝抽放瓦斯三种方案进行比较。实验结果表明,相对于高瓦斯矿井中通常采用的普通钻孔抽放瓦斯,水力割缝技术瓦斯抽放量提高了4.11-4.34倍,水力冲孔技术瓦斯抽放量提高了0.46-0.56倍。水力冲孔对提高瓦斯抽放速度作用不明显。     

煤矿深部岩石力学性能试验分析与硬岩巷道快速掘进方法研究

 在RMT–150B岩石力学试验机上进行深部巷道砂岩单轴压缩和不同围压下三轴压缩试验,测得砂岩的力学性质参数。根据岩石应力–应变曲线分析深部岩石的强度和变形特性,岩石抗压强度随围压的增加而提高,围压从10 MPa增加到15 MPa时,抗压强度增幅达到40.3%。深部高应力下,砂岩承载后产生的变形及破坏形态与围压大小密切相关,其主应力差–应变曲线斜率随着围压的增加而明显变陡,破坏荷载增高。依据岩石力学特性,采用分类布孔,掏槽眼宜用直径f42 mm的钻头钻眼,其余的炮眼用直径f32 mm的钻头钻眼,缩短钻眼时间。掏槽眼采用中深孔不同阶微差斜眼掏槽方法,炮眼深度宜采用2.2～2.5 m,有利于巷道的进尺;周边眼采用小直径药卷光面爆破技术,有利于巷道成形。