首采煤层顶底板围岩裂隙内瓦斯储集及卸压瓦斯抽采技术研究

低透性松软高瓦斯煤层群首采层开采过程中，顶低板岩层冒落、移动，产生裂隙，开采煤层和邻近卸压煤层内的瓦斯将大量卸压、解吸，卸压瓦斯沿裂隙通道汇集到环形裂隙圈内，形成瓦斯积存库。本文将论述环形裂隙圈位置的确定方法，分析裂隙圈内瓦斯积存的过程，介绍将抽采钻孔和巷道布置在首采层的顶板环形裂隙圈内进行瓦斯抽采的技术和效果。     

顶板抽排瓦斯钻孔位置相似模拟研究

通过相似材料模拟试验手段,研究在煤层采动过程中,采场前、后、上方顶板内裂隙的生成、发育、闭合及变化发展规律,采场上方裂隙生成、发育丰富区的范围,提出将瓦斯抽放钻孔布置在裂隙发育丰富区内,研究结果应用于工程实践,取得了良好的效果。     

深孔爆破在综放开采坚硬顶煤预先弱化和瓦斯抽采中的应用

为解决坚硬特厚高瓦斯煤层采用综采放顶煤方法开采时,坚硬顶煤在矿山压力的作用下破坏不充分,从而造成煤炭资源的回采率低,同时使工作面呈现强烈的矿压显现和瓦斯浓度大而严重威胁工作面的安全等问题,提出深孔爆破顶煤预先弱化和瓦斯预抽技术。通过顺层钻孔煤层深孔爆破数值模拟和理论研究相结合的方法,揭示深孔爆破预裂顶煤和抽采卸压瓦斯机理。药柱在坚硬顶煤中爆破,爆破孔周边的煤体受爆轰应力波的作用产生裂隙并发生大幅度位移,使爆破孔周围的应力重新分布,厚层顶煤垮落;同时,在炮孔周围形成爆破松动破碎圈,瓦斯解吸沿着裂隙流动,提高瓦斯抽采效率。最后,在水帘洞煤矿3801工作面进行超前深孔爆破顶煤预先弱化和瓦斯抽采的现场应用,对类似条件下高瓦斯坚硬顶煤综放工作面特厚煤层开采具有很好的借鉴意义。     

深孔爆破在深井坚硬复合顶板沿空留巷强制放顶中的应用

 为防止深井坚硬顶板沿空留巷的充填墙体在顶板垮落时被压坏,特采取深孔爆破强制放顶来释放顶板压力以提高沿空留巷的护巷效果。通过数值模拟和理论分析的方法,阐述深孔爆破强制放顶的卸压机制。炸药在坚硬岩体中爆破,爆破孔周边的岩体受爆轰应力波作用产生大量裂隙并发生大幅度位移,使爆破孔周围的应力重新分布,厚层顶板垮落,降低了巷旁充填墙体的附加载荷,从而起到护巷作用。最后,在潘一矿东区1252(1)工作面进行超前深孔爆破强制放顶的现场应用,在经历工作面回采和充填留巷稳定阶段后,墙体整体维护效果良好,对类似条件下沿空留巷强制放顶具有很好的借鉴意义。     

克立格插值法在矿井生产中的应用

依据克立格插值法在张集煤矿某工作面基岩面标高实际控制应用情况,分析了影响控制精度的各因素,为勘探各阶段合理布置钻孔提供理论指导。同时采用交叉验证与采样验证相结合的方法,对不同控制方案的控制精度进行评价,确定合理的评价方案。     

石门对掘揭开急倾斜煤层突出与爆破增透消突技术

针对煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点及变形破裂过程中透气性的非线性变化特性,应用基于含瓦斯煤岩破裂过程固-气耦合动力学模型开发的RFPA^2D－Flow软件,系统模拟了石门对掘揭开急倾斜煤层煤与瓦斯突出动力灾害演化过程,从细观的角度分析了突出过程中的应力演变、裂隙发展和瓦斯运移规律。数值模拟和突出实例分析表明：高瓦斯压力和梯度、严重应力集中和叠加、不可忽视的揉搓煤体自重应力以及瞬间爆破应力冲击是造成突出的综合性原因。介绍了利用深孔预裂控制爆破技术的石门揭煤消突试验,结果表明,该技术爆破孔的增透半径大于3 m,在防治高瓦斯低透气性煤层石门揭煤突出和实现安全快速揭煤方面效果较好。     

突出煤层快速掘进深孔预裂爆破预抽瓦斯技术

为了解决在低透气性突出煤层巷道掘进过程中,煤层瓦斯预抽效果差,煤与瓦斯突出指标经常超限,掘进速度缓慢等问题,提出了深孔预裂爆破煤层增透、高抽巷抽放煤层瓦斯与巷帮钻孔边抽边掘相结合的综合技术.研究表明,该技术可有效地消除激发突出的应力和煤体结构的不均匀性,提高煤体强度和煤层透气性,使巷帮钻孔和高抽巷钻孔瓦斯抽放量大幅度提高,能有效预防和消除在掘进过程中煤与瓦斯突出的危险性,从而使巷道掘进速度提高.     

保护层开采上覆煤层变形特性数值模拟

基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,利用RFPA应用系统模拟分析了保护层开采过程中,被保护层层厚变形规律、煤层水平变形特征和保护层与被保护层之间的相对层间距对被保护层保护效果的影响,认为随着保护层采煤工作面向前推进,被保护层垂直变形呈现 “M”型分布;卸压区煤层水平变形呈现拉抻和挤压状态,增加该区域煤体机械破坏,有利于被保护层次生裂隙的发育;相对层间距对被保护层卸压变形产生较大影响,相对层间距愈大,其变形量减小,不利于煤层离层裂隙和破断裂隙的产生.对数值模拟结果与现场实际测定结果进行对比分析,两者基本吻合.     

爆破应力波在构造带煤岩的传播规律及破坏特征

针对煤矿井下爆破作业扰动到构造带煤岩体容易诱发煤与瓦斯突出事故的现实背景,根据爆破应力波在构造带煤岩的传播规律结合相似模拟实验和数值分析,研究应力波对构造带煤岩的损伤破坏特征及其对煤与瓦斯突出的影响作用机理。研究发现,爆破应力波从岩体传播到构造松软煤层时,在煤岩交界面发生了波的透射和反射;透射的压缩应力波作用于煤体,使煤层裂隙增加;反射的拉伸应力波反作用于岩体,使位于岩体内相应测点的应力值增大约1.1倍,在靠近松软煤体一侧的岩体内形成交叉网状裂纹,加大了岩体的破坏程度和破坏范围。构造松软煤体加强爆破应力波的反射拉伸和爆破振动的累积效应导致构造带煤岩交界面的煤岩体损伤严重,当煤岩体的强度不能抵抗瓦斯内能和煤岩体的弹性潜能时将会发生煤与瓦斯突出。