煤巷掘进工作面水力挤出措施防突机理

通过理论分析、现场实验及数值仿真等手段,分析了注水过程中煤－水－瓦斯体系特征,研究了注水对煤的力学性质、应力和变形状态以及对瓦斯涌出量的影响.研究结果表明：该措施的防突机理在于注水后,煤体弹性潜能释放缓慢,集中应力带前移,卸压带加长,瓦斯涌出量减小.     

高突煤层水力挤出防突技术应用

在高瓦斯突出煤层采用水力挤出防突技术,取得了明显的防突效果,巷道掘进速度提高1.5倍以上,实现了安全快速掘进。     

水力挤出技术在突出煤层中的应用

分析了掘进工作面各种防突措施的优缺点,论证了水力挤出措施是实现煤巷安全高效掘进的新兴防突措施。考察了水力挤出措施钻孔影响范围,分析了注水后煤体不同深度处位移和煤体应力变化情况,阐述了采取水力挤出措施前后瓦斯涌出规律。研究表明,在突出矿井采用水力挤出措施,可有效地消除激发突出的应力,大幅度地释放煤体中的瓦斯,同时注水后高压水具有封堵瓦斯的作用,降低了瓦斯涌出量和涌出速度,取得了明显的防突效果。     

水力挤出消突技术的研究与应用

通过分析掘进工作面各种防突措施的优缺点,研究了水力挤出技术的防突机理,阐述了水力挤出的工艺流程。研究表明,在严重突出矿井采用水力挤出措施,可有效的消除激发突出的应力,大幅度的释放煤体中的瓦斯,增大了煤体抑制突出的阻力,很好的起到了综合防突的作用,且提高巷道掘进速度1.5倍,经济效益和社会效益十分显著。     

水力挤出措施消突机理研究

以现场实测数据为基础,利用ANSYS有限元分析软件,对水力挤出措施实施前后的掘进工作面前方煤体应力分布、力学性质、瓦斯运移进行数值模拟,研究了水力挤出措施的消突机理。     

深部高瓦斯低透气性煤层水力挤出效果研究

阐述了水力挤出措施的工艺流程、钻孔布置和注水系统设备选型,考察了注水前后煤体应力的变化情况和钻孔有效影响范围,分析了水力挤出措施实施前后瓦斯涌出特征及规律。研究表明,在深部高瓦斯低透气性煤层采用水力挤出措施,可有效增强煤层透气性,减小瓦斯应力,降低瓦斯涌出量和涌出速度,防突效果明显。     

水力掏槽防突措施的机理研究

工业试验证实水力掏槽防突措施能有效地保证掘进中的施工安全,掏槽后快速消除突出危险,提高突出地段煤巷掘进速度。对水力掏槽措施中的高压水射流、地应力、瓦斯内力等参数进行了分析研究,研究了水力掏槽防突的机理。     

突出煤层煤巷快速掘进综合防突技术

淮南新庄孜煤矿C13煤层属于严重突出危险性煤层,采用超前排放孔措施严重影响了掘进工作面生产效率,通过采用水力挤出与巷帮边掘边抽相结合的综合防突技术,较好地消除了工作面的突出危险性,巷道掘进速度提高1倍以上,实现了煤巷安全快速掘进.     

水力挤出快速消突措施试验研究

针对鹤壁煤电股份有限公司第十煤矿煤巷掘进工作面具有严重突出危险、推进速度缓慢、采掘抽平衡失调、生产接替紧张的问题,试验应用了水力挤出消突措施。通过对应用措施后掘进进尺、效检结果、瓦斯涌出、应力分布和煤壁位移等的考察,分析结果表明,水力挤出消突措施具有效检超标率低、消突效果好、明显提高掘进速度、安全可靠的显著效果。     

突出煤层煤巷掘进水力挤出综合效益研究

为了解决突出煤层掘进时排放钻孔不能有效消除工作面瓦斯经常超限严重影响矿井生产这一难题,试验了水力挤出措施。分析实施该措施前后瓦斯涌出量、除尘效率及巷道掘进速度并结合对综合经济效益的计算,证明水力挤出措施是一项有效解决煤巷掘进工作面瓦斯超限的技术。     

水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用

分析了掘进工作面各种防突措施的优缺点,研究了水力冲孔技术的防突机理,阐述了水力冲孔的工艺流程.研究表明,在严重突出矿井采用水力冲孔措施,可有效地消除激发突出的应力,大幅度地释放煤体中的瓦斯,增大了煤体抑制突出的阻力,很好地起到了综合防突的作用,且提高巷道掘进速度2～3倍.     

突出煤层瓦斯防治技术研究与应用

针对低透气性突出煤层瓦斯治理难题,试验研究了采用保护层开采和高压水射流钻割一体化为主的瓦斯抽采技术。本文介绍了回采工作面远程卸压保护预抽技术和高压水射流钻孔与切割试验情况和效果,煤层透气性系数显著增加,实现了瓦斯强化抽采,消除了煤层的突出危险性,在其他类似条件矿井具有推广应用价值。     

突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。     

松河矿煤巷快速掘进技术研究

针对松河矿开采煤层属薄及中厚近距离煤层群、煤层原始瓦斯压力大且含量高的问题,提出了煤巷快速掘进技术.应用结果表明,通过采取合理有效的区域性措施预抽煤层瓦斯,降低了煤层瓦斯含量与瓦斯压力,煤层瓦斯压力小于0.74 MPa,消突措施有效；检验期间煤层中进行钻孔等作业时未发生喷孔、顶钻及其他煤与瓦斯突出预兆,实现了煤巷的快速掘进.     

水力冲煤卸压防突技术在临涣煤矿的应用

结合临涣煤矿开展的水力冲煤卸压消突试验,分析了水力冲煤技术的防突机理,利用FLAC^3D软件,模拟出了冲孔后钻孔径向应力、位移、膨胀变形率变化情况。现场采取水力冲煤措施后,单孔抽采标况瓦斯最大混合流量达142 L/min,抽采浓度最大可达88%,分别为采取水力钻采措施前的2.2和2.6倍;同时,在实施过程中减少了钻孔工程量,实现了突出危险区煤巷安全高效掘进。     

突出口径对煤与瓦斯突出强度影响研究

改进大型煤与瓦斯突出模拟试验装置,增加两个气体压力传感器和两个温度传感器,进行突出口径分别为10mm,30mm,50mm的煤与瓦斯突出模拟试验。试验结果表明:在0.75 MPa瓦斯压力条件下,突出口径为10mm时没有发生煤与瓦斯突出,突出口径为50mm和30mm时发生煤与瓦斯突出,突出煤体质量分别为25.40kg和15.05kg。随着突出口径的减小煤与瓦斯突出的煤量减少,突出强度降低。突出口径的大小影响煤体突出的状态,突出口径越大,煤体突出的距离越远,破坏性也越高。突出后煤样中粒径在1.6~5.0mm范围内的煤颗粒比例减小,而粒径小于0.75mm的煤颗粒比例增加,体现了突出过程中的破碎功,具有较强的粉碎性。突出口径越大,煤体越易于破裂失稳并发生煤与瓦斯突出,煤体中瓦斯的放散受突出口径的影响,使煤体中瓦斯压力梯度变化趋势不同。突出口径越大,瓦斯压力降低越快,瓦斯对煤体的粉碎性越明显,突出强度也越大,突出过程中煤体温度也发生变化,说明突出口径影响含瓦斯煤的破断失稳和突出特性。     

煤与瓦斯突出过程中瓦斯作用的研究

为了对煤与瓦斯突出事故进行有效的预防与控制，分别从孕育和突出两个阶段阐述了瓦斯在煤与瓦斯突出中所起的作用，指出了煤层吸附瓦斯和裂隙瓦斯对煤的物理力学性质的影响；由于空隙瓦斯的存在, 加剧了煤体失稳破坏的过程；特别指出突出的主要能源来自于瓦斯的膨胀能；并根据这一结论提出了相应的防突措施.     

基于精细化预测的弱突出煤层动态防突技术

针对煤与瓦斯弱突出煤层的高效防突问题,提出了基于精细化突出预测的动态防突技术。该技术首先对即将开拓的工作面进行块段划分,在煤巷掘进过程中对每一块段开展煤与瓦斯突出危险性预测工作,基于突出危险性的预测结果采取相对应的措施,避免了防突措施的盲目性,提高了防突措施的效率。以大河边煤矿7号煤层作为研究对象,开展了煤与瓦斯弱突出煤层的动态防突技术的研究,建立了包含预测区域划分、测试钻孔设计、测试结果综合分析的成套动态防突技术,在保证矿井安全生产的条件下,实现了煤巷安全掘进1 400 m,工作面比原计划提前6个月回采完毕,缓解了矿井采掘接替紧张的局面。     

基于气体驱动煤与瓦斯突出试验系统的研制与应用

为进一步研究气体驱动对构造带发生煤与瓦斯突出的影响规律及其孕灾机理,自主研发了“基于气体驱动的多场煤与瓦斯突出试验系统”,其主要由加载系统、三轴压力室、快速泄压系统、温控系统、数据采集系统、声发射监测系统、辅助系统等组成。该试验系统主要功能:① 可进行不同温度、不同瓦斯压力下标准型煤和原煤试样的煤与瓦斯突出试验;② 能进行不同尺寸煤样的突出试验,并能采用不同尺寸的突出口,控制突出强度;③ 将声发射探头安装在三轴室的压头内,使探头与试验系统一体化;④ 可通过次压力室的透明结构观察突出全过程;⑤ 试验系统含有多级压力室,改变突出口外部的气体压力,诱发延时突出。试验结果表明:气体压力对煤样有较明显的粉化作用,原煤煤样的突出现象更接近现场实际,突出后不仅存在粉化的煤粉,还有大量的大颗粒煤粉和小煤块,从而出现封堵突出口、抑制突出的现象。