工作面采动煤体卸压增透效应研究与应用

为研究采煤工作面前方煤体卸压增透效应,提高煤体卸压瓦斯抽采量,分析了采煤工作面前方采动煤体变形破坏与渗透率变化过程的相关性,在工作面前方卸压区,煤体发生滑移破坏,有明显的扩容及卸压增透效应。现场实测了工作面前方煤体应力及钻孔瓦斯流量随工作面推进过程的变化规律,确定了支承压力区、卸压区分布范围。在卸压区内,因煤体渗透率增大,钻孔瓦斯平均流量提高2~3倍。基于工作面前方煤体卸压增透效应,根据不同钻孔失效距离及卸压区宽度,给出了不同偏角(钻孔与垂直煤壁方向夹角)下的预抽钻孔卸压瓦斯抽采量计算式。分析结果表明:钻孔偏角越大,卸压瓦斯抽采量越大。结合某矿N2105工作面现场条件进行计算,得出钻孔偏角最大可为21.4°,相比原垂直煤壁钻孔,单孔卸压瓦斯抽采量可增加978.5 m3,预期可有效提高本煤层瓦斯抽采率。     

五阳煤矿本煤层瓦斯超前采动卸压抽采试验

为了研究工作面超前支承压力对本煤层瓦斯采动卸压抽采的影响规律,在五阳煤矿7801工作面进行了试验研究;结果表明:工作面超前支承压力对本煤层瓦斯采动卸压抽采效果具有明显的影响作用,根据本煤层瓦斯抽采钻孔距工作面的位置,钻孔瓦斯抽采效果可划分为4个阶段:原始抽采阶段、超前影响抽采减弱阶段、超前影响抽采增长阶段和抽采衰减阶段。其中,超前影响抽采增长阶段和抽采衰减阶段为本煤层瓦斯超前采动卸压抽采的有效阶段,采用顺层平行钻孔抽采时,工作面前方25.8 m以内范围为有效抽采区域,该区域内瓦斯抽采量占顺层平行钻孔抽采总量的61.75%;采用顺层斜向钻孔抽采时,工作面前方44.8 m以内范围为有效抽采区域,该区域内瓦斯抽采量占顺层斜向钻孔抽采总量的37.89%。     

逆断层区域采动煤体渗透率模型构建及应用北大核心

逆断层区域构造应力与地应力叠加,挤压应力形成的力学特点导致瓦斯积聚,煤体渗透率发生改变,采掘期间容易引起瓦斯涌出异常,甚至发生煤与瓦斯突出事故。为了掌握逆断层区域采动煤体渗透率演化规律,首先开展了逆断层区域采动煤体渗透率测试试验,通过应力加卸载方式模拟逆断层影响下采动煤体应力变化,得出:在峰前阶段,煤体压缩、裂隙闭合,煤体渗透率降低;峰后阶段,煤体应力达到峰值,原有裂隙扩展连通,同时产生新裂隙并出现损伤,煤体渗透率增加并达到最大值;第1组加载方案模拟工作面前方煤体应力集中系数逐渐增大条件下,M1、M2和M3煤样的渗透率分别提高了22.1%、28.0%和36.7%,第2组加载方案模拟模拟工作面前方煤体应力集中系数先增大后减小条件下,M4、M5和M6煤样的渗透率分别提高了23.6%、37.2%和20.8%。然后结合煤体渗透率试验结果,建立了逆断层影响下采动煤体渗透率表征模型,推导出煤体峰前和峰后阶段渗透率计算表达式,用瓦斯吸附/解吸造成煤体体积应变的函数来表示吸附/解吸对煤体裂隙体积的影响,从而更加准确的表征逆断层影响下采动煤体渗透率。最后将渗透率模型导入COSMOL软件,结合新春煤矿1503工作面F4逆断层现场情况进行模拟计算,得出随着与逆断层距离减小,煤体应力集中系数增大的情况下,煤体瓦斯压力和渗透率峰值均逐渐增大,容易造成瓦斯涌出异常,需要加强瓦斯浓度监测。     

钻孔煤体破坏渗流模型及在煤层卸压抽采中的应用研究

为对比分析顺层钻孔在护孔和未护孔条件下的抽采效果,考虑煤体扩容特性,采用煤体孔隙率和渗透率动态数学模型,结合D-P屈服准则,建立了钻孔煤体破坏—渗流的流固耦合模型。以超化煤矿2煤层相关物理参数为基础,开展了钻孔卸压破坏范围及抽采瓦斯数值模拟,结果表明：钻孔发生卸压破坏后,虽然未护孔钻孔卸压范围是护孔钻孔的1.3倍,其周围煤体渗透率和孔隙率均大于护孔钻孔,但钻孔更易塌孔堵孔,当抽采90 d时,护孔钻孔有效抽采半径为未护孔钻孔的1.3倍。现场瓦斯抽采测定数据表明,护孔钻孔平均抽采瓦斯浓度为未护孔的1.6倍,平均抽采瓦斯纯流量为未护孔的1.4倍,并有效缩短了钻孔抽采时间。     

抽采钻孔孔周煤体渗流阻力分布特征试验研究

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一。为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样分层界面对孔隙结构属性参数的影响进行了分析。结果表明：单一孔径试样在同一渗流速度下,随着孔径的增加,渗透状态逐渐由层流过渡到紊流,渗流阻力由黏滞阻力为主发展成惯性阻力为主,双重孔径组合试样最小孔径大小是影响孔压梯度变化的先决条件;双重孔径组合煤体平均颗粒粒径介于0.1～1.025 mm,孔喉比分布在2～4,且渗透压降随孔喉比的增加呈二次曲线规律增长;孔径大小的变化对渗透率的影响较大,随着初始孔径的增大,其影响瓦斯通过煤体的能力增强;单一孔径试样与双重孔径组合试样非达西流因子分别与粒径的倒数和粒径差的倒数呈线性关系,且随着非达西流因子的增加,非达西渗流效应越来越明显,说明非达西流β因子增长趋势受孔径大小的影响,且孔径大小突增导致流体与渗透骨架的相对接触面积减小,非达西流β因子进一步增加;可见,在瓦斯运移过程中,钻孔孔周煤体的破碎程度与煤层渗透性具有良好的一致性,结合渗透率与...     

多级加卸载下层理裂隙煤体瓦斯渗流轴向效应及应用

为了获取工作面采动影响下煤体平行层理及垂直层理裂隙方向的瓦斯渗流规律,采用真三轴瓦斯渗透实验装置对层理裂隙煤样进行多级加卸载路径下轴向瓦斯渗流实验。实验表明:煤样在多级加载过程中经历压实、弹性变形和塑性变形3个阶段,2个轴向的瓦斯渗透率均随应力的增加而降低;卸载过程中,2个轴向的瓦斯渗透率均有部分恢复;加卸载下平行层理x轴向的瓦斯渗透率始终大于垂直层理y轴向。实践中在回采工作面前方布置了垂直层理和平行层理方向的2种钻孔考察瓦斯抽采量。实践表明:加卸载条件下层理裂隙煤样2个轴向的瓦斯渗透特性能真实反映受采动影响的煤体内瓦斯渗透规律;但煤样的加卸载过程不完全等同于回采工作面煤层应力"三区"变化过程,回采工作面充分卸压后的煤体各向渗透率均有较大提高。     

近距离煤层群采动卸压规律及瓦斯抽采技术

近距离高瓦斯煤层群开采时,受采动卸压作用工作面上部煤层瓦斯及底板下部煤层瓦斯均会对工作面造成影响导致瓦斯超限,需同时治理。针对杏花煤矿28#煤层右二工作面近距离高瓦斯煤层群开采时瓦斯涌出量大的问题,通过理论计算及数值模拟分析了顶底板煤岩破坏卸压规律为抽采工程设计提供了依据,结合工程经验采用了高位钻场、低位钻场及高抽巷相结合的立体化抽采措施控制本煤层及邻近层瓦斯,并取得了良好的应用效果。     

采动煤层渗透率演化与卸压瓦斯抽放技术

为解决煤层渗透性低这一制约瓦斯抽采技术发展的瓶颈,进行了采动影响下煤层瓦斯渗透率示踪试验,获得了采动煤层瓦斯渗透率演化规律。基于应力-渗流耦合效应,采用数值试验方法,探讨了钻孔布置位置对瓦斯抽采效果的影响。结果表明：钻孔布置于渗透率较高区域,瓦斯压力降低幅度相对较大,抽采效果较好;距离工作面小于5 m为最佳钻孔拆除时间,有利于改善工作面安全状态。     

采动力学特征下含瓦斯煤渗流实验研究

为研究采动应力对煤体渗透率的影响,采用渗流实验和理论分析的方法,对2个矿的2组煤样在2种采动应力下的渗流特性进行了研究,并揭示了渗透率变化规律。结果表明:2种采动应力下渗透率整体变化规律相似,但各阶段渗透特性不同;在准静水压力阶段,渗透率都随应力增加而下降,保护层采动应力下的渗透率总体大于放顶煤;在第二加卸载阶段,放顶煤采动应力下渗透率呈现缓慢上升,水平应力卸载对渗透性系数影响起主要作用,而保护层采动应力下是阶段末期才开始上升;2种采动应力下渗透率呈现低速增长、增长和高速增长阶段,特别在工作面应力峰值点后,进行抽采效果较理想。     

采动条件下瓦斯抽采钻孔有效范围及瓦斯运移规律

为了确保矿井的安全抽采,分析了采动条件下瓦斯抽采钻孔有效范围及瓦斯运移规律,理论研究了含瓦斯煤体的有效应力控制方程及煤层瓦斯扩散控制方程,基于此,建立了COMSOL Multiphysics数值模型,分析了距离钻孔不同位置处煤层瓦斯压力分布、不同开采条件下单孔瓦斯抽采瓦斯压力分布以及不同钻孔布置瓦斯压力分布。研究为矿井抽采钻孔参数设计提供了借鉴。     

煤矿开采条件下滑坡的变形机理

采空滑坡的变形及破坏系由地下采煤诱发,以某采空滑坡为例,采用有限元方法,探讨采空区的受力特征以及采空滑坡的变形过程。结果表明:采空区的变形破坏主要在4种应力的作用下逐渐形成,并产生相应的应力集中区,即:拉张应力集中区、压应力集中区、剪应力集中区、鼓胀应力集中区。同时,通过对开挖前后滑坡的位移、应力以及应变的分析,推断出坡体的变形过程为:煤层开采-后缘拉裂-中部下陷-前缘剪切-滑坡发生。     

河下采煤水文地质条件分析

分析了区内的岩性特征和水文地质条件，计算了水体安全煤岩柱的留设数据，为河下采煤提供了基础地质资料。     

榆神府矿区保水采煤的实验与数值模拟研究

针对榆神府矿区开采引起的生态环境恶化、荒(沙)漠化扩展问题,提出保水采煤的开采方法,并通过相似模拟实验和数值模拟得出保水采煤开采方法的有关参数。     

金鸡滩井田保水采煤条件分析

萨拉乌苏组是金鸡滩井田最主要的含水层,是维系矿区生态环境的主要水源,2-2煤层顶板基岩厚度较大,而且上部普遍发布由红土隔水层,其开采一般情况下不会引起萨拉乌苏组地下水的渗漏,是有利于保水采煤的区域.     

黄土沟谷地貌条件高压线塔下综放技术研究

结合瑞隆矿的地质条件,从地表变形预计、地表变形观测、采取限厚的方案、杆塔采取维护措施等几个方面入手,系统地阐述了高压线塔下采煤技术。     

复杂难采煤层大倾角综采面回采工艺研究

在深入研究复杂难采煤层大倾角综采工作面地质条件的基础上,采取科学、合理的回采工艺和针对性的安全措施,确保了综采工作面的安全、高效生产.     

围压作用下煤粉充填煤岩裂隙渗流特性

为了研究不同颗粒大小的煤粉充填煤岩裂隙对煤层气渗透率产生的影响,以焦作煤业有限责任公司下属的赵固一矿二1煤储层为研究对象,以不同粒径煤粉为充填介质,在一定围压条件下,以不同气压和不同裂隙宽度进行了煤粉充填煤岩裂隙渗透特性实验。结果表明:在一定围压条件下,随着气压的增大,相同裂隙宽度不同目数煤粉充填的煤岩裂隙渗透率都先增大后减小,且峰值渗透率随着煤粉目数的增大也减小;在不同裂隙宽度相同目数煤粉充填的煤岩裂隙中,煤岩裂隙渗透率随着充填宽度的增大而增大。     

“两硬”条件下极近距离煤层开采技术

运用弹塑性理论和滑移线场理论,推导出极近距煤层间距计算判据公式。确定了极近距下部煤层顶板的分类与工作面载荷计算方法,提出了"两硬"条件下极近距煤层工作面顶板的分类指标,分为夹石假顶、碎裂顶板和块裂顶板3类。根据矿区两硬极近距离条件下上部煤层顶板岩层垮落特点,将工作面采空区顶板垮落分为充分垮落顶板和非充分垮落顶板2类,并分别推导出其载荷强度,为确定下部煤层开采时上覆载荷提供计算方法。     

热应力作用下有效应力对原煤渗透特性的影响

利用重庆大学自行研制的煤岩热流固耦合实验系统(THM-2),进行不同应力阶段、不同瓦斯压力和不同温度条件下的三轴加载渗流试验,探讨基于热应力作用下的有效应力对煤岩渗透率的影响。结果表明:3种应力阶段下,煤岩渗透率均随着温度的升高逐渐降低,但温度升高,渗透率的减小速率则逐渐降低;围压和轴压对煤岩的裂隙发展起到抑制阻碍作用,从而使渗透率的减小速率逐渐降低;基于热应力作用下的渗透率与有效应力关系表达式计算结果与试验结果吻合较好,可以很好的反映煤样渗透率。