煤油气共存矿井掘进工作面底板油型气涌出机理探讨

针对煤油气共存矿井工作面掘进过程中底板油型气涌出问题,采用现场跟踪观测、数值模拟和理论分析的方法,研究掘进工作面底板油型气涌出机理。现场观测结果表明,掘进工作面底板油型气涌出主要受到油型气储集层分布、巷道开挖、底鼓裂隙等因素的影响。数值模拟结果表明,巷道开挖引起地层应力、应变发生变化,导致底板岩层变形破坏,产生裂隙。综合研究分析认为,掘进工作面底板油型气涌出是油型气储集层分布、巷道开挖扰动、地应力和油型气压力等因素综合作用的结果,其中油型气储集层分布是物质前提,巷道开挖扰动是诱导因素,地应力创造了运移通道,油型气压力是动力因素。     

上覆采空区煤自燃与瓦斯综合防治技术

为高效解决煤层在掘进期间瓦斯与火共存灾害问题,在研究鹿洼煤矿4301煤层上覆采空区瓦斯赋存、煤自燃特点的基础上,构建了4301(2)煤层瓦斯与煤自燃指标气体检测体系,确立瓦斯与煤自燃异常区域;提出了采用喷浆、注凝胶对漏风地点快速封堵、注黄泥浆对煤自燃异常区域迅速降温及覆盖氧化煤体的综合防灭火措施;针对瓦斯异常涌出问题,提出了"封堵裂隙-钻孔排放-风量稀释"三位一体的瓦斯防治措施。     

煤矿采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害多场演化研究进展

我国是采空区复合热动力灾害最为严重的国家之一,探索采空区复合热动力灾害的演化规律对于灾害防治具有极其重要的意义。然而,目前对于复合热动力灾害各灾种间的耦合致灾机理、灾害演化规律、灾害信息探测与辨识等方面的认识尚不够深入,因此导致煤矿采空区复合热动力灾害的预防及治理尚缺乏有针对性的技术方法。基于此,探讨了我国采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害发生的现状,分析了该领域的国内外最新研究进展,指出采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害具有隐蔽性、耦合型、动态性、复杂性的主要特征,由此导致灾害表现出风险大、辨识难、预警难、防治难的特点。从国内外关于采空区复合热动力灾害多场演化规律的研究平台、多场耦合数学模型、气体体积分数场-温度场-风压场等多场耦合演化规律及其关键影响因素、灾害信息探测技术及采空区瓦斯与煤自燃复合热动力灾害的判别方法等角度,系统综述了采空区热动力灾害多场演化规律的最新进展。以此为基础,指出采空区复合热动力灾害亟需在多灾种间的互馈耦合作用机理、多场耦合动态演化规律、复合灾害的关键致灾因素及其临界指标、采空区复合灾害监测-预警-综合防控一体化理论与技术等方面展开进一步的深入研究与探索,研究结...     

放顶煤工作面采空区瓦斯运移规律及其防治

通过对"三软"煤层放顶煤工作面瓦斯涌出情况研究分析,找出了在不同工艺下采空区及工作面顶部的瓦斯运移规律,并运用这一规律合理安排采煤作面生产工序,有效地控制工作面瓦斯超限。     

瓦斯与煤自燃共存研究(Ⅰ)：致灾机理

调研了我国主要矿区229对矿井的瓦斯与煤自燃灾害现状,其中74对具有瓦斯与煤自燃共存的灾害,且随着开采深度增加,此类复合灾害的矿井数具有增多的趋势.为此,研究了瓦斯与煤自燃共存的内在关联性及致灾机理,提出裂隙场、CH4浓度场、O2浓度场和温度场4场交汇是致灾充要条件;建立了典型煤岩体裂隙场中气体运移数学模型,并结合实例定量分析了N2,O2,CH4的体积分数与运移速度关系;剖析了瓦斯与煤自燃共存灾害的案例,验证了多场交汇致灾机理。     

连通管均压技术治理瓦斯超限及采空区煤自燃

通过对芙蓉煤矿53305和53405采煤工作面瓦斯超限和采空区煤炭自然发火的原因分析,采取隔绝和调压气室均压等综合灭火技术,有效地治理了瓦斯超限和煤炭自然发火灾害.     

瓦斯与煤自燃共存研究（II）：防治新技术

基于瓦斯与煤自燃共生发生场所的不同定义了煤岩跨尺度裂隙场概念,深入探讨了共生灾害防控机理及技术方法,即通过合理改变跨尺度裂隙场中的场流分布以消除瓦斯与煤自燃共生灾害--共生区域Se=0,提出固相颗粒输运改变煤岩体裂隙漏风场尺度、低温液态惰气改变采空区温度场和气体浓度场两种防治共生灾害新技术。建立了固相颗粒输运改变网络裂隙场场流模型,讨论了颗粒填充漏风裂隙场后,漏风裂隙尺度、可通路径的变化,致使漏风阻力增大,保证了瓦斯抽采处于安全的煤岩体裂隙场和低氧气浓度场;理论揭示了低温液氮防治共生灾害机理,并自主设计了液氮防灭火模拟平台,结果表明：液氮注入火区能迅速吸热膨胀,产生大量的低温氮气,扩散进入采空区空间,对热（火）源形成惰化隔离带,同时低温氮气携带水凝气与采空区隐蔽热（火）源产生的热风压进行热交换,降低热（火）源温度在可燃点温度以下,主动吞噬热（火）源。     

煤、油、气共存矿井煤炭自燃突变模型的研究

运用突变理论对煤、油、气共存矿井生产中，严重的灾害煤炭自燃突变机理和突变条件作定性分析。通过建立该环境干煤炭自燃突变数学模型，较为直观的对煤炭自燃的突变过程进行了系统的研究，为该类矿井煤炭白燃突变预测与防治提供了理论依据。     

煤层气储量的分区计算

阐述了传统煤层气储量计算中存在的问题,提出了煤层气储量的分区计算的重要性及优点,为更好地进行煤层气开发提供决策依据,同时通过计算实例证明了其计算方法的正确性。     

基于瓦斯地质信息平台对瓦斯赋存及分布的探讨性分析

煤层的瓦斯赋存及分布条件主要由聚煤期前后的沉积环境及其演化过程、区域性及局部地质构造条件所控制,矿区、煤矿直至煤层范围内的沉积环境及构造条件受到整体的沉积体系、地质演化过程及板块构造所控制。利用全国瓦斯地质信息平台,从各级别的沉积环境、瓦斯地质以及各煤矿区煤矿基本情况专题图,对瓦斯赋存及分布进行探讨性分析及评价,实现了对地质沉积在沉积、层序地层演化、构造等进行时空上的图形及关联信息综合展现,并通过对大构造区域范围到煤层局部范围内影响煤矿区瓦斯赋存因素的综合分析,有效地对煤层瓦斯赋存特征进行探讨性的预测评价。     

基于相似模拟实验分析的采空区瓦斯抽放设计

为了给采空区瓦斯抽放高位钻孔的设计提供依据,通过物理相似模拟实验,研究分析了东欢坨矿3088工作面覆岩破坏规律。通过研究发现,由于工作面上覆岩层中的灰白色细砂岩具有遇水软化的特性,从而使得采场上覆岩层纵向裂隙在该岩层呈现周期性贯穿-非贯穿的规律,而灰白色细砂岩的这一周期性破坏规律对瓦斯升浮具有重要影响,为达到良好的瓦斯抽放效果,给出了采场抽放钻孔进行高低搭配设计的建议。     

基于非均质采空区渗流模型的高位钻孔瓦斯抽采效果预测分析

为了揭示采空区高位钻孔治理综采工作面瓦斯超限的作用机理及规律,以晋煤集团寺河煤矿W1308综采工作面为研究对象,利用UDEC离散元分析软件计算确定高位钻孔布置层位,利用UDF二次开发工具建立符合O型圈空隙分布特征的非均质采空区渗流模型,基于分源预测思想建立采空区瓦斯涌出源精准计算模型,最终形成W1308综采工作面采空区瓦斯贮存运移数值计算CFD模型,模拟得到高位钻孔作用下采空区气压场与瓦斯浓度场,并确定了高位钻孔最佳孔口负压为26.3 k Pa,现场实测与模拟结果相对误差小于10%,说明数值模拟方法可用于预测分析高位钻孔瓦斯抽采效果。研究结果表明:其他条件一定时,上隅角瓦斯浓度与回风巷瓦斯浓度随高位钻孔负压增大呈现先减小后增大变化规律,存在最佳孔口负压。     

采空区气体流动状态与渗流模型

20世纪80年代初,对采场自然发火问题的研究主要集中在发生火灾的治理技术上,到90年代,波兰学者Marian Branny等将采空区渗流、弥散、低温氧化以及热传导等过程联系起来进行研究,并初步形成了采空区自然发火数学模型的雏形。我国利用数学物理方法研究采空区风流状态是借鉴地下水渗流模型来研究采场空气流动规律。通过对方程的各种边值问题的数值方法求解得到气体流动状态,如风压、流线、流速的分布,为采场自燃趋势预测及位置判断提供了数学分析依据。     

油型气涌出矿井CH_4扩散规律数值模拟

根据局部通风流场特点,应用计算流体力学CFD软件对掘进工作面的CH4与风流质量混合过程进行了模拟。选择采用Realizableκ-ε双方程模型,探讨了掘进工作面风流流场和CH4浓度分布规律,对比了油型气中的CH4在掘进巷道底板不同位置涌出的扩散规律。     

煤层气井多井压裂效果的数值分析

地面钻井抽采瓦斯已成为解决高瓦斯矿井安全问题的有效方法,但我国煤层的渗透率普遍较低,需要进行人工增透,其最有效的方法之一就是水力压裂。在对瓦斯抽采单井压裂效果分析的基础上,利用有限元分析软件RFPA对多井压裂效果进行了数值分析,结果表明:单井压裂时,裂缝在井周两侧沿最大水平主应力方向延伸;多井压裂设计时,采用对角线沿最大水平主应力方向的菱形布井方式,能在煤层中产生充分发育的裂隙和损伤区域,达到压裂煤层的目的;模型的边界条件对模拟结果产生较大影响,施加围压更符合实际情况。     

采空区瓦斯涌出运移分布规律分析

通过对影响采空区瓦斯分布和瓦斯积聚的各种因素的分析,总结出其运移分布规律,从而对工作面瓦斯治理具有指导意义。     

基于沿空留巷的瓦斯综合治理技术

为有效控制工作面尤其是上隅角瓦斯浓度,防止瓦斯事故的发生,结合山西沁新煤矿低透气性煤层开采实际情况,在分析"U"型通风和"Y"型通风采空区空气流场特性的基础上,提出了基于沿空留巷的"Y"型通风、采空区埋管抽采和卸压区高位钻孔抽采相结合的瓦斯综合治理技术。现场监测结果表明,该技术可以有效控制工作面和上隅角瓦斯浓度。