煤巷卸压带及其在煤和瓦斯突出危险性预测中的应用

本文应用岩体力学,弹塑性力学等有关知识,探讨了煤巷卸压带对煤和瓦斯突出的作用机理,建立了煤层界面的应力分布状态方程以及煤巷卸压带和地应力,瓦斯压力,煤强度之间的关系式,并分析了煤巷卸压带中煤体稳定性的条件。研究工作表明:煤巷卸压带中的瓦斯压力,煤体透气性值可以作为突出危险性预测指标和防突措施效果检验的敏感指标。最后,利用自行设计的泡沫封孔测压仪对现场进行了突出危险性预测和防突措施效果检验,得到了十分满意的结果。     

煤与瓦斯突出的地质动力系统失稳判据研究

为了进一步弄清煤与瓦斯突出发生的原因及演化规律,在分析突出现象和已有研究成果的基础上,明确了突出的地质动力系统构成,分析了地质动力系统的演化过程,并构建了地质动力系统的失稳判据.研究结果表明:含瓦斯煤体是突出的物质基础,地质动力环境为突出营造了高构造应力、低强度煤岩体、高瓦斯赋存环境,而采掘扰动为突出提供了激发动力和空间条件;突出的发生需经历地质动力系统的孕育、形成、发展和终止等演化过程;突出的发生需满足地质动力系统形成的力学判据C_1;失稳力学判据C_2和能量判据C_3;利用地质动力系统判据能够揭示典型煤与瓦斯突出事故的发生机理,为掘进工作面突出的预测和防治提供了依据.     

电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理

研究了瓦斯对电磁辐射（ＥＭＥ）的影响规律及影响机制,对电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理进行了探讨,研究结果表明：煤体变形破裂时,电磁辐射与煤岩体的载荷及变形破裂过程密切相关,煤体中的瓦斯能使电磁辐射增强,瓦斯在煤体中的流动及冲击能产生电磁辐射;电磁辐射强度和脉冲数两项指标综合反映了工作面丧方煤体的突出危险程度,用电磁辐射法预测预报煤与瓦斯突出是可行的,煤岩电磁辐射技术在预测煤与瓦斯突出和冲击地压等方     

含瓦斯煤体渗透失稳判别式

为了研究含瓦斯煤体渗透失稳发生机理,假设煤层以分层形式发生失稳,提出"修正气压梯度"指标。应用总应力法,推导"临界修正气压梯度"的数学表达式,该式表明:"临界修正气压梯度"与煤体抗剪强度成正比、与煤层圆形(矩形)暴露面半径(短边宽度)成反比。结合该式,对煤与瓦斯突出的一些现象及渗透失稳发展过程影响因素进行了分析,得出失稳分层厚度随气压梯度降低而增加,以及失稳推进速度不是常量等结论。     

水力冲孔消突效果及其主要影响因素分析

通过考察水力冲孔过程中的冲孔水压、水流量、每米煤孔冲出煤量以及冲孔前后煤巷掘进期间效检超标率等参数,深入分析了水力冲孔防突技术措施的消突效果及其影响因素.研究表明:在突出煤层中采用水力冲孔措施,可以较好地提高煤体强度和透气性,有效消除或降低煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少和消除煤层的突出危险性.     

水力卸压防止承压散体煤和瓦斯突出机理

从散体煤和瓦斯失控突出条件出发，分析了超前水力卸压防止散体煤和瓦斯突出作用原理，并通过检测水力卸压前后瓦斯涌出量变化、利用电磁辐射技术检测煤体破裂变形以及相关实际资料验证了该机理的正确性。结果表明，实施水力卸压防突措施时电磁辐射强度及脉冲数增大，有利于防止突出，其防突作用原理有3条：1）煤体增裂预释放瓦斯，增加切向应力和散体摩擦阻力，2）增加煤体位移，预降低高压侧径向有效地应力，减少散体突变运动径向应力差，3）注水湿润使散体间及相邻蝶岩体黏结，增大了散体摩擦阻力系数．     

以煤体结构为基础的煤与瓦斯突出简化力学模型

从能量的角度分析计算了煤与瓦斯突出中作用于煤体的动力和煤体本身的阻力，建立了以煤体结构为基础的煤与瓦斯突出简化力学模型，定量讨论了煤与瓦斯突出的力学过程，并给出了其构造煤临界厚度判据     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA^2D—Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律。研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯。现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性。     

煤层高压注水防治煤与瓦斯突出效果考察及机理分析

为了深入探讨煤层高压注水的防突出机理,采用地应力分布、瓦斯解吸速度和钻屑瓦斯解吸指标K1值作为研究指标,考察了阳泉煤业集团新景矿煤层高压注水后的防突效果,结合实测数据对煤层高压注水的防突机理进行了分析.研究表明,煤层高压注水具有如下2种效应:一是高压水破裂煤体,使煤体塑性增加,导致集中应力带前移;二是注水后残留的水分对煤体瓦斯解吸有抑制效应,可避免煤体瓦斯快速解吸.2种效应同生共存,共同对煤与瓦斯突出产生防治作用.     

钻孔施工诱发煤与瓦斯突出的机理研究

利用自行研制的煤与瓦斯突出模拟实验装置,模拟煤矿井下钻孔施工,通过高速摄像系统对其过程进行实时监测,对喷孔过程中煤体的裂隙演化特征进行分析;从力学角度对钻孔施工时钻孔前方煤体的受力情况进行了分析,包括切向应力和径向应力;从煤体受到的振动作用角度,对钻孔施工时钻杆对煤体的振动效应进行了分析;同时对钻孔施工时孔内变形进行了监测.基于实验现象和理论分析,提出了基于钻孔施工诱发的煤与瓦斯突出耦合跃迁失稳机理.     

Effect of protective coal seam mining and gas extraction on gas transport in a coal seam

A gas–solid coupling model involving coal seam deformation,gas diffusion and seepage,gas adsorption and desorption was built to study the gas transport rule under the effect of protective coal seam mining.The research results indicate:(1) The depressurization effect changes the stress state of an overlying coal seam and causes its permeability to increase,thus gas in the protected coal seam will be desorbed and transported under the effect of a gas pressure gradient,which will cause a decrease in gas pressure.(2) Gas pressure can be further decreased by setting out gas extraction boreholes in the overlying coal seam,which can effectively reduce the coal and gas outburst risk.The research is of important engineering significance for studying the gas transport rule in protected coal seam and providing important reference for controlling coal and gas outbursts in deep mining in China.     

承压煤岩低气压渗流灾变

为探索含低压瓦斯煤层的瓦斯异常涌出灾变成因与机理,对目前该领域的文献进行了分析与总结,并通过工程案例实证分析,证明了此种灾变的存在;在流固耦合实验系统上,按背景工程约束与加载条件开展含低气压煤样承压物理试验,得到了灾变全程应力-声发射-流量实验数据及试样外表破坏情况;用UDEC,按背景工程边界与加载条件开展气-固耦合离散元数值试验,得到了灾变全程应力-应变--流速-位移速率等实验数据及试样内部破裂情况.研究结果表明:3种研究方法获得了一致性较高的结果,0.4 MPa气体压力下,煤层承压过程应力-煤-气耦合作用,可以导致发生喷出气体的灾变,在煤矿现场多表现为瓦斯异常涌出超限;在单自由度边界条件下施加单向压载,承压煤岩弹性变形前期,气体沿原生裂隙和孔隙呈常速稳态渗流;弹性变形后期,原生裂隙和孔隙被压密,气体呈减速稳态渗流;屈服阶段,扩容新生裂隙产生,气体呈加速非稳态渗流;达到极限荷载或峰后不久,发生气体喷出灾变;采、掘作业面正常通风条件下,气流瓦斯浓度持续降低,是煤层发生瓦斯异常涌出的警示信息,应引起高度重视.     

安林煤矿煤与瓦斯突出区域危险性分布的探讨

通过分析安林煤矿煤与瓦斯突出特点及瓦斯赋存状况,研究和探讨了地质构造和岩浆岩侵入对煤质和瓦斯赋存的影响,测定了突出预测指标在煤层中的变化及其分布规律,对开采煤层进行了突出危险性区划.     

红菱煤矿开采保护层对 煤岩体透气性的数值模拟

以红菱煤矿保护层开采为工程实例,通过开采11#煤层,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层进行 卸压,利用FLAC3D数值模拟中小同步开挖的渗透率变化情况,对保护层开采过程中煤岩体的渗透性进行了分 析,得出了煤岩体透气性变化规律。结果表明:煤岩体的透气性随着工作面推进不断增强;开采保护层上覆岩体 的渗透率明显比底板岩体的渗透率大;卸压效果越好,渗透率越大。     

Response characteristics of gas pressure under simultaneous static and dynamic load: Implication for coal and gas outburst mechanism

Coal and gas outbursts are dynamic disasters in which a large mass of gas and coal suddenly emerges in a mining space within a split second. The interaction between the gas pressure and stress environment is one of the key factors that induce coal and gas outbursts. In this study, first, the coupling relationship between the gas pressure in the coal body ahead of the working face and the dynamic load was investigated using experimental observations, numerical simulations, and mine-site investiga...     

二道岭矿区地质构造的控气规律研究

针对内蒙古二道岭矿区构造复杂,构造部位及影响带多显示瓦斯异常和煤与瓦斯突(喷)出多发、易发等特点,应用瓦斯地质理论,重点研究构造对煤层瓦斯赋存和突(喷)出的控制作用及规律。研究表明,"封闭型"压性、压扭性构造为煤层瓦斯的保存提供了良好的"封存效应",是控制区内煤层瓦斯含量整体较高和不均衡分布的关键因素;构造类型、性质和组合方式共同控制着煤层瓦斯的分区、分带和煤与瓦斯突(喷)出范围及机率。     

平顶山十二矿煤与瓦斯突出的地质因素分析

对十二矿影响煤与瓦斯突出的井田地质构造、煤体结构、煤厚及其变化、煤层围岩等地质因素进行了分析。探讨了煤与瓦斯突出与上述地质因素之间的密切关系，为煤与瓦斯突出的预测、预报及其防治提供了依据。     

煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系及应用

提出了高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采的概念：在煤层群开采条件下，首先开采瓦斯含量低、无突出危险的首采煤层，利用其采动影响使处在其上部和下部的煤层卸压，煤层透气性成百倍地增加，从而形成高效的瓦斯抽采条件．同时进行的卸压瓦斯高效抽采既解决了由卸压煤层向首采煤层涌出瓦斯问题，保障首采煤层实现安全高效开采，又大幅度地降低了卸压煤层的瓦斯含量，消除了煤与瓦斯突出危险性，为在卸压煤层内实施快速掘进与高效采煤方法提供了安全保障，从而实现了瓦斯与煤炭两种资源的安全高效共采．文中介绍了针对不同卸压瓦斯流动特点的近程、中程和远程卸压瓦斯抽采方法及工程应用实践，最后对高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系的应用前景进行了分析．