旋流场假说——煤与瓦斯突出机理新探

在对煤与瓦斯突出机理研究的基础上,提出旋流场假说,认为典型煤与瓦斯突出发生的动因是在特定条件下煤岩封闭空间内产生了高速高压的瓦斯旋流。介绍了旋流场的产生过程、发展过程及发展条件,并利用该假说对煤与瓦斯突出的各种现象进行了解释和具体分类。     

能量转移论在预防瓦斯突出分析中的应用

根据事故致因理论的能量意外释放论,结合煤与瓦斯突出假说中的瓦斯作用说及瓦斯突出综合能量假说理论,从系统安全科学的角度对煤与瓦斯突出的原因进行了分析;有利于对煤与瓦斯突出机理的进一步认识;笔者运用系统安全科学的观点提出了防治煤与瓦斯突出的对策。     

逐级降压解吸过程中解吸瓦斯膨胀能变化特性

煤与瓦斯突出是一个能量释放的过程,瓦斯膨胀能是由煤层游离瓦斯与解吸瓦斯膨胀做功产生的能量,是煤与瓦斯突出的主要能量来源.发生煤与瓦斯突出时,煤层内部瓦斯在降压环境下进行解吸,为探讨逐级降压解吸下瓦斯膨胀能的变化特性,以晋城矿区无烟煤为研究对象,利用瓦斯吸附-解吸试验装置,进行逐级降压解吸和常压解吸2种解吸试验,分析了逐...     

煤与瓦斯突出机理的煤体流变假说特征验证及应用

通过对云盖山井田范围内二1煤层瓦斯地质特征、瓦斯动力现象、煤与瓦斯突出事故实例特征及理论类比分析,验证研究煤与瓦斯突出的煤体流变假说机理,应用假说原理,从采掘设计优化、区域及局部防突措施优化上探索区域内二1煤层的实用防突技术措施,有的放矢,增强防突技术措施的针对性。     

煤和瓦斯突出机理的流变假说

<正> 一、前言煤和瓦斯突出是煤矿中一种特殊的动力现象,虽然目前对突出的机理还存在许多不同的观点,但仍以1958年苏联霍朵特博士所提出的综合假说最为广大学者所赞同。综合假说指出,煤和瓦斯突出是一种力学现象,是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质综合作用的结果。但是,霍朵特提出的突出数学模型是在弹性力学基础上建立的,它能够表明含瓦斯煤体在地应力作用下的破坏和抛出条件,但未能反映出突出的时间过程。实践表明,突出的发     

煤层透气性与瓦斯突出的关系

<正> 煤与瓦斯突出的机理,许多作者已详尽叙述,比较公认的有瓦斯、地压、及地压瓦斯综合假说等,但是各种假说都未能解释清楚煤与瓦斯突出的机理。本文则从瓦斯观点来谈一下透气性和煤与瓦斯突出的关系,以及把透气性做为判断煤层突出危险性的可能性。因收集的资料不多,错误之处难免,愿共伺商讨。 多年来的实践,认为发生煤与瓦斯突出的原因有二:一为地压;二为瓦斯。为了说明透气性与突出的关系,暂不谈地压在突出中的作用。 瓦斯以吸附和游离二种状态存在于煤层中,它们可以相互转化。如果煤的透气性     

构造煤变形能及在煤与瓦斯突出中的作用

煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害,尽管突出的综合作用假说已被广泛认可,相比于瓦斯膨胀能,煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略,对霍多特和郑哲敏的研究(突出能量领域的代表性成果)开展了系统回顾与讨论,认为霍多特提出的突出激发能量判据以煤体变形能为核心,而郑哲敏的数量级对比结果不能作为变形能可以被忽视的证据。大部分煤与瓦斯突出事故发生在构造煤层中,为揭示构造煤变形能在突出中的贡献,开展了煤体循环载荷实验与三轴破坏同步声发射监测实验,实验结果表明：与原生煤的线性、小变形特征不同,构造煤的加卸载曲线具有非线性、大变形的特征,构造煤的变形能与应力不再符合平方关系。基于土力学临界状态模型,构建了适用于构造煤非线性特征的变形能理论计算模型,该模型反映了煤体变形能与应力间的幂函数关系,确定了构造煤的幂指数主要为1.1～1.3,原生煤的幂指数主要为1.7～1.9,进一步表明构造煤的性质与土体更相似,而原生煤的性质更接近理想弹性体。尽管在相同应力水平下,构造煤的变形能更大,但构造煤在失稳后的对外释放能量很低,表现为损伤破碎时几乎不产生声...     

划分煤与瓦斯突出潜在危险区能量指标的初步研究

本文基于煤与瓦斯突出的综合假说,选用煤层中的弹性应变能作为分析和评价煤层中是否具有突出潜在能量的综合指标;提出了一种应用能量指标作为判据,在未开采煤层或准备开采煤层中相对定量地划分煤与瓦斯突出潜在危险区的方法。     

煤与瓦斯突出机理探讨及其预报方法

煤与瓦斯突出是严重的矿井地质灾害,受到瓦斯、地应力、煤体强度、温度等众多因素的影响,问题的特殊性和复杂性导致煤与瓦斯突出成为摆在人类面前的科研难题。为了防止煤与瓦斯突出的发生,国内外研究者们对其机理做了大量探索,提出了多种假说。着重探讨了受认可程度最高的3种假说及其各自适用的局限性,提出存在的问题,并总结目前应用较为有效的突出预报方法。     

煤与瓦斯突出机理研究现状及研究新思路

煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井动力现象,也是国内外煤矿开采过程中所发生的主要灾害之一。国内外的许多学者对突出机理进行了研究,创立了一些假说。对现阶段煤与瓦斯突出机理研究成果进行总结和分类,根据突出过程的4个阶段提出一种新的研究思路。     

软硬组合煤体塑性破坏与突出能量失稳判据

煤与瓦斯突出过程的复杂性阻碍了人们对瓦斯突出机理的探索,为了更好地定量评价软硬组合赋存时瓦斯突出失稳情况,本文采用理论分析和数值模拟的手段对采掘过程中软硬组合煤体的塑性破坏和失稳突出规律进行了系统的研究,主要结论:巷道开挖后,构造煤的渗透率会骤增使得原来积聚大量的瓦斯突然间释放出来;构造煤分层还会通过界面应力诱发邻近的原生煤塑性体积和塑性变形最大值增加,促进原生煤内部的瓦斯的释放;初始瓦斯压力为0.74 MPa时,单位体积构造煤的突出能量约为原生煤的3倍,构造煤的突出耗散能量却仅是原生煤的0.11倍;构造煤的突出失稳判据大于1,而原生煤的突出失稳判据要小于1。原生煤和构造煤组合体的弹性能、解吸瓦斯膨胀能均是突出能量的主要组成部分,对于组合煤体的区域瓦斯防突措施主要是以降低瓦斯膨胀能为主,局部瓦斯防突措施要同时降低瓦斯膨胀能和弹性能。     

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。     

煤和瓦斯突出的地质条件

<正>煤和瓦斯突出是煤矿生产过程中的一种复杂的动力现象。 对瓦斯突出发生的机理,在国际上有众多的学者,从各种专业角度和工作中积累的经验,提出了各种的假说,如以瓦斯为主导作用的假说有:瓦斯包说、突出波说、裂缝堵塞说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、瓦斯水化说、火山瓦斯说、瓦斯粉煤说、瓦斯解吸说等;以地压为主导作用的假说有:岩石变形潜能说、集中应力说、振动波动说、应力叠加说、放炮突出说、顶板位移不均匀说;还有化学本质说、地压瓦斯综合假说等。现在,国内外的大多数从事瓦斯突出研究工     

煤与瓦斯突出冲击波的形成机理

根据煤与瓦斯突出过程中煤－瓦斯两相流运动参数的研究成果,对不同流动状态下冲击波的形成机理进行了分析。当孔洞中喷出的煤－瓦斯两相流未超过临界状态或处于低度未完全膨胀状态时,流体在巷道空间完全膨胀后的速度较低,产生的冲击波超压值较小;当高度或超高度未完全膨胀流体在巷道空间中膨胀时,如果巷道空间足够大,则流体将进行“爆炸式”加速过程并可能产生强冲击波;而如果巷道空间受限时,最终形成的冲击波的超压值较小,但两相流的动压和膨胀过程中的气体静压可能会严重破坏矿井生产设备或设施。     

煤与瓦斯突出机理的球壳失稳假说

本文通过对突出过程的理论分析，提出了煤与瓦斯突出机理的球壳失稳假说，并通过大量的实验室研究，证实了球壳夫稳假说的两个推论。同时，还对球壳失稳假说在指导突出过程中的某些现象及防空措施方面所起的作用做了解释和分析。     

煤岩破坏过程弹性能与瓦斯膨胀能演化特性试验研究

煤与瓦斯突出灾害的本质是能量演化至灾变的过程,为了揭示突出过程的能量演化机制,以煤岩试件为对象,试验测定了不同破坏程度煤岩试件的弹性能和瓦斯膨胀能,结果表明:对试件加载时,输入的总能量一部分转换为弹性能,一部分转换为耗散能,峰值强度处弹性能占比约为70%,峰值强度后能量释放,弹性能急剧减小;0.8 MPa气体压力下,瓦斯膨胀能比煤体弹性能高1个数量级以上;峰值强度是弹性能和瓦斯膨胀能突变点。峰值强度处弹性能急剧降低,而瓦斯膨胀能却突增25%以上。由于瓦斯膨胀能是主要能量,这种能量的突变对煤与瓦斯突出的影响是巨大的。     

浅议现行煤与瓦斯突出区域预测指标及新探索

基于目前煤与瓦斯突出区域预测采用的指标中的不足,提出了初始释放瓦斯膨胀能指标,从能量学的角度解释了煤与瓦斯突出。通过实验模拟以及现场的实际验证,证明此指标的预测准确率达90%以上,初始释放瓦斯膨胀能方法很好地弥补了现行区域预测指标的不足。     

基于综合假说的鹤岗矿区益新矿煤与瓦斯突出事故分析

针对目前国内外对煤与瓦斯突出事故研究现状,基于鹤岗矿区益新矿发生的突出事故,结合鹤岗矿区构造特征和黑龙江东部区域构造应力场,从发生突出事故时的地应力、构造煤及瓦斯等因素出发,对煤与瓦斯突出的致因进行了研究分析,构造应力提供动力条件,瓦斯膨胀引发链锁效应,构造煤厚度与突出强度呈正相关,认为益新矿发生的突出事故是构造应力、构造煤与瓦斯的综合作用的结果。     

煤与瓦斯突出机理及主要影响因素研究现状

煤与瓦斯突出是煤矿灾害的典型类型之一,是一种复杂的动力现象,其后果是破坏性、灾难性的。为进一步系统了解煤与瓦斯突出机理及其当前的研究现状,给后续学者研究煤与瓦斯突出及其防治技术提供参考,通过查阅国内外大量文献,总结了煤与瓦斯突出机理及主要影响因素方面的研究成果。阐述了突出机理的3种主要假说,概括了煤与瓦斯突出的发生、发展过程;统计了针对突出机理的研究手段及各类方法占比,并分析了研究方法差异化、多样化的原因,提出了更为科学、合理的研究手段。概括了煤与瓦斯突出影响因素的主要类型,并构造了影响因素结构示意图;总结了学者们对影响因素研究的侧重点,分析了各影响因素对突出强度的影响。指出了当前研究的不足之处,并对今后在煤与瓦斯突出方面的研究提出了建议。     

不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力

基于能量理论,分析了瓦斯突出瞬间能量的变化,构建了包括煤岩弹性能、瓦斯膨胀能在内的煤与瓦斯突出的正效应数理模型及煤岩抵抗瓦斯突出能量的负效应模型。根据煤岩应力应变试验,拟合得出了煤岩不同变形阶段力与变形量之间的关系,结合正、负效应耦合模型,计算出了寺河矿不同煤体结构组合下煤与瓦斯突出发生的临界瓦斯压力值。结果表明：在其他条件相似的情况下,随着软煤比例的增加,临界瓦斯压力值呈指数减小,煤与瓦斯突出的可能性大幅增加。利用该方法可以对煤与瓦斯突出临界值进行快速判断,从而采取有效措施。