煤样粒径对初始释放瓦斯膨胀能影响的试验研究

为研究煤样粒径对初始释放瓦斯膨胀能的影响,对薛湖煤矿二2煤层不同粒径(0.5~1、1~2、2~5、5~10、10~15 mm)的煤样在同一温度条件下测定它们的初始释放瓦斯膨胀能。结果表明,任一粒径的煤样均随瓦斯压力的增大,具有的初始释放瓦斯膨胀能增大;在相同的瓦斯压力条件下,煤样的初始释放瓦斯膨胀能与平均粒径大致成负指数下降的关系,煤样粒径越大,初始释放瓦斯膨胀能越小,反之亦然。所以,煤体在地应力作用下破坏后平均粒径越小,发生突出的危险性越大。研究结果证实了降低煤层瓦斯压力和通过煤体固化提高煤体强度均可降低煤层突出危险性。     

多因素对初始释放瓦斯膨胀能影响的实验研究

通过对煤层初始释放瓦斯膨胀能的测定,能够实现对煤层突出危险性的准确预测。在单因素对初始释放瓦斯膨胀能影响的研究基础上,通过正交实验研究了包含瓦斯压力、煤样的粒径和水分在内的多因素对初始释放瓦斯膨胀能的影响。研究发现:瓦斯压力、煤样的粒径和水分对初始释放瓦斯膨胀能的影响程度在依次降低;瓦斯压力对初始瓦斯膨胀能的影响程度最大;测定时的抽真空过程会降低煤样原有水分值。     

平寨煤矿主采煤层煤与瓦斯突出危险性研究

选用贵州省平寨煤矿I,Ⅱ,Ⅲ煤层作为研究对象,通过现场测定煤层瓦斯压力、取煤样观测煤的破坏类型、测定瓦斯放散初速度和煤的坚固性系数及结合初始释放瓦斯膨胀能,综合判断该类煤层是否具有潜在突出危险性．测试结果表明：平寨煤矿I,Ⅱ,Ⅲ煤层瓦斯压力均未超过《防治煤与瓦斯突出规定》规定的临界值0．74MPa,但煤层煤样的初始释放瓦斯膨胀能均超过了突出的临界值42．98MJ／g．综合评定该3层煤均为具有突出危险性煤层．     

初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力关系的修正

基于初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力成正相关,通过对突出煤样与非突出煤样的初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力数据进行数理分析,在保证满足工程实践的前提下,确定了最佳的瓦斯压力值选取方式,得出了可以拟合出本煤层的初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力方程式最合适的瓦斯压力数据点数。有效地解决了实验取值过多、实验周期长的问题。     

煤粒初始释放瓦斯膨胀能的影响规律 与温度效应分析

煤体瓦斯膨胀能对预测煤与瓦斯突出具有重要意义,在前人基础上优化改进研发了新型初始释放瓦斯膨胀能测定仪,仪器具备可更换的渐缩喷口(面积3.39,2.26,1.13 mm2)、快速释放机构和高精度高灵敏度传感器与采集仪,实现了高压气体密封,快速释放和气压、温度数据同步高速采集,提高了瓦斯膨胀能测定结果的精确度。利用仪器开展了不同粒径煤样、不同吸附瓦斯压力、不同喷口面积条件下初始释放瓦斯膨胀能试验。发现0.5～1.5MPa吸附压力下,测到的瓦斯膨胀能在10.45～55.55m J/g之间,瓦斯放散导致煤样温度下降了0.3～1.2℃,且吸附压力越高,温度下降越大,原因是瓦斯气体降压吸热和解吸吸热,其中解吸导致的降温最大0.5℃。膨胀能的影响规律如下:1)瓦斯压力越大,瓦斯膨胀能越大,两者呈线性关系;2)相同气压下,喷口面积越大,对应的瓦斯膨胀能越小,且喷口面积越大,膨胀能与气压曲线斜率越小,喷口面积为1.13 mm2时,斜率为36.56,喷口面积为3.39 mm2时,斜率仅为25.72;3)煤样粒径越大,瓦斯膨胀能越小,瓦斯膨胀能W与煤样平均粒径d成负指数下降的关系,且喷口面积越大,对应的相关系数a,b,k越小,即瓦斯膨胀能越小。新型初始释放瓦斯膨胀能测定仪为预测煤与瓦斯突出提供了科学手段。     

富润煤矿煤与瓦斯突出危险性预测

通过对煤层煤样的各项单项指标的测定,包括相对瓦斯压力,煤的破坏类型,煤的坚固性系数,煤样的瓦斯放散初速度,最后结合煤的初始释放瓦斯膨胀能指标对煤层的突出危险性进行综合性预测。     

钻孔初始瓦斯流量规律研究

为获得钻孔初始瓦斯流量解吸规律,理论分析发现,钻孔初始瓦斯流量与钻孔半径、钻进深度、钻进时间、地应力、煤体强度和瓦斯压力有关。运用自行研制的钻孔初始瓦斯流量实验室测定装置,采集5组有代表的煤样,固定其他5个变量,在不同瓦斯压力下进行50次测定试验(其中48组数据有效)。研究表明:单位长度钻孔中涌出的钻孔初始瓦斯流量之和,即钻孔初始瓦斯涌出量与瓦斯压力近似成正比关系,瓦斯压力越高,钻孔初始瓦斯涌出量越大。对同一煤样,在气体压力相同条件下,充入CO_2时打钻测得的钻孔初始瓦斯涌出量远比充入N2时大的多。钻孔初始瓦斯涌出量的变化能较好的体现煤层突出危险性的变化。     

瓦斯膨胀能与瓦斯压力及瓦斯放散初速度的相互关系

选取2个煤矿,分别在不同标高测定煤层瓦斯压力,在实验室对各点煤样进行初始释放瓦斯膨胀能和瓦斯放散初速度测定。通过观察发现,初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力及瓦斯放散初速度之间存在近似的线性关系,用多元线性回归来构造三者关系模型,得出三者关系曲线。在考虑瓦斯放散初速度为常数时,根据关系曲线可以得到石门揭煤前的安全瓦斯压力,为防止煤与瓦斯突出提供一种简单方便的方法。     

石门揭煤突出危险性预测方法新探

根据煤与瓦斯突出的球壳失稳机理,通过测定具有代表性的煤样初始释放瓦斯膨胀能,并根据其突出的临界指标可以得到矿井的不发生突出的安全临界瓦斯压力。根据这一发现,可以在石门揭煤的时候可以向煤层打钻,并向钻孔内以安全临界瓦斯压力这一恒压补充气体,经过一定时间t之后切断气源观察瓦斯压力表的读数变化,即可判断石门前方煤体的瓦斯压力与安全临界瓦斯压力的相对大小,进而可对石门前方煤层的突出危险性进行快速预测。     

初始释放瓦斯膨胀能与煤体破碎程度的关系研究

通过在同一试验条件下,对不同破碎程度(不同筛分模数)的煤样进行初始释放瓦斯膨胀能实验研究,得出了初始释放瓦斯膨胀能和筛分模数之间存在着指数增加的关系。从而很好地解释了石门揭煤条件下煤体破碎程度与突出的关系。对避免石门揭煤突出危险性预测因f值测定造成误差出现危险,准确地预测石门揭煤突出危险性有着十分重要的意义。     

煤岩破断与瓦斯运移耦合作用机理的试验研究

利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置及煤与瓦斯突出模拟试验台,对煤岩破断与瓦斯运移耦合作用机理进行了试验分析。研究结果表明：瓦斯运移改变了煤体的力学性质,即降低了含瓦斯煤的强度,加速了其破断进程;在相同围压条件下,瓦斯压力越大,则含瓦斯煤三轴压缩破断程度越高,瓦斯运移通道越多,瓦斯渗流流量则越大;垂直地应力越大,即瓦斯运移越困难的条件下,煤与瓦斯突出强度越大,突出过程中温度下降幅度越大,表明垂直应力越大,煤体破断程度越高,其内部瓦斯解吸量越大,释放出来的能量越多。     

石门揭煤突出预测指标的试验研究

通过现场钻取煤样,在试验室测定了2种石门揭煤突出预测指标:综合指标和初始释放瓦斯膨胀能指标,利用灰色系统理论进行指标优选,发现了马家沟矿最佳的突出预测指标———初始释放瓦斯膨胀能。     

仿制构造煤的初始释放瓦斯膨胀能特性研究

通过理论分析及采用一定破碎程度的非构造煤来仿制构造煤试验,研究仿制构造煤在初始释放瓦斯膨胀能方面的特征,并探讨其用于鉴定煤层突出危险性的可行性.试验结果表明:在瓦斯解吸的初始阶段,构造煤与仿制构造煤的瓦斯压力、瓦斯放散量、膨胀能均以负指数规律衰减,且在1000 ms之后就基本维持恒定值,并且膨胀能在超临界压力下的衰减速度小于亚临界状态下的衰减速度,衰减曲线在临界压力处产生拐点.相同破碎程度的仿制构造煤与构造煤的初始释放瓦斯膨胀能表现基本一致,这对解决煤层的突出危险性鉴定过程中,由于无法采集或不易采集到那些导致突出的构造煤煤样而采用非构造煤样做出判断失实的问题,有着十分重要的意义.     

煤与瓦斯突出强度能量评价模型

从煤与瓦斯突出过程中能量耗散类型与岩石爆破机理的相似性出发,利用新表面学说和热力学定律分别计算了突出煤体的破碎功和突出瓦斯的膨胀内能,建立了煤与瓦斯突出强度能量评价模型。利用该模型对1960-2010年间38起煤与瓦斯突出强度评价分析表明,一半左右突出的瓦斯膨胀能比破碎功大1~2个数量级,仅用抛出煤体的质量来评价煤与瓦斯突出的强度是不合理的;煤与瓦斯突出强度能量评价模型综合考虑了突出过程中煤体的破碎功与瓦斯膨胀能,将煤与瓦斯突出释放的总能量折合成TNT当量,依据不同数量级TNT当量标准,将煤与瓦斯突出强度类型划分为C类突出（小于1 t的TNT当量值）,B类突出（1~10 t的TNT当量值）和A类突出（大于10 t 的TNT当量值）3类更具合理性。     

煤与瓦斯突出过程中能量耗散规律的研究

对煤与瓦斯突出过程中煤体质点内的能量耗散过程用热力学定律进行了分析；论证了由地应力引起的弹性潜能最先消耗在煤体的破碎上，为谋体内瓦斯能的释放创造了条件；在突出过程中起决定作用的是煤体本身释放的初始释放瓦斯膨胀能．通过突出模拟及测定表明，受地应力破坏后的含瓦斯煤体在卸压初始时刻确实有一个释放瓦斯膨胀能的能量峰，并且该能量峰的大小与揭煤时的动力现象显著与否密切相关．     

灰关联方法在石门揭煤突出预测指标优选中的应用

石门揭煤突出预测指标主要有两种：综合指标D,K和初始释放瓦斯膨胀能指标.为了比较两种指标的优越性,通过现场钻取煤样,在试验室对其进行测定,并利用灰关联分析方法进行指标优选.分析结果表明：初始释放瓦斯膨胀能反映煤与瓦斯突出危险性的准确程度要高于综合指标D和K值.因此,预测马家沟矿突出的最好指标是初始释放瓦斯膨胀能.     

马家沟矿0521动力现象分析及其预测

通过对马家沟矿0521动力现象分析，分别用初始释放瓦斯膨胀能指标法、综合指标法和残余瓦斯含量法判别分析了马家沟10水平0521掘进工作面，在理想石门揭煤条件下发生突出的危险性。结果表明，10水平在石门揭煤条件下具有发生突出危险。