关于煤与瓦斯突出的数值模拟

根据煤岩体介质变形与瓦斯渗流的基本理论,建立了煤岩破裂过程气固耦合作用的RF-PA2D-GasFlow模型,应用该模型对煤与瓦斯突出进行数值模拟,再现含瓦斯煤岩在瓦斯压力、地应力及煤岩力学性质共同作用下煤岩损伤破裂并诱致突出的全过程,这为进一步深入理解煤与瓦斯突出机理及瓦斯抽放防治突出等提供理论基础和科学依据。     

瓦斯含量在突出过程中的作用分析

为了研究瓦斯含量在煤与瓦斯突出过程中的作用,采用能量法分析煤与瓦斯突出过程中的能量关系、掘进进尺为L时煤体的应力条件与弹性变形潜能和煤层瓦斯积聚内能的释放功,研究了煤与瓦斯突出时的抛出功、破碎功和瓦斯突出的动能,得到了煤与瓦斯突出的能量条件。并以贵州化处煤矿二采区突出为例,对煤与瓦斯突出的能量条件进行分析。研究结果表明:煤与瓦斯突出的能量来源为瓦斯内能,瓦斯内能做功比弹性潜能做功大。煤层的地应力越大,坚固性系数越小,发生突出时所需煤层的瓦斯含量越小;在地应力一定的情况下,进尺越大突出时临界瓦斯含量越小;煤层的厚度对突出时的临界瓦斯含量的影响不明显。     

基于落锤法的含瓦斯煤岩体强度试验研究

进入深部煤层后,吸附瓦斯量增加,煤岩体力学性质及煤样强度发生变化。基于实验室测试模拟的方法,搭建瓦斯煤岩普氏系数测试物理实验平台,测试不同瓦斯压力条件下、不同矿区煤岩体的坚固性系数,来反映含瓦斯煤岩体强度变化规律。结果表明:随着瓦斯吸附平衡压力增加,煤岩含瓦斯的坚固性系数f值呈递减趋势,满足负指数变化规律;长焰煤在吸附平衡压力超过0.8 MPa后,f值降到突出临界值以下,煤的突出危险性发生变化;相对于构造煤,非构造煤f值受吸附平衡压力更加明显,无烟煤在1.2～2 MPa区间吸附平衡压力f值变化更加明显,贫煤在0.8～1.2 MPa区间吸附平衡压力f值变化更显著,长焰煤在0.4～0.8 MPa和1.2～2 MPa 2个区间吸附平衡压力f值变化较明显。     

煤与瓦斯突出物理模拟相似准则建立与分析

相似准则是物理模拟的理论依据,是研发相似材料确定试验条件的基本前提。煤与瓦斯突出物理模拟相似准则是制约模拟试验发展的瓶颈。针对描述煤与瓦斯突出全过程的力学模型尚未建立的现状,尝试采用描述突出孕育阶段的气固耦合模型进行相似准则推导。基于气固耦合方程,采用相似变换法推导了相似准数。该组相似准数可保证煤岩变形破坏规律相似,却难以发生突出现象。提出了采用能量模型推导煤与瓦斯突出相似准则的思路。改进了前人的能量方程,经过相似变换导出了新的相似准数。该组相似准数可保证试验模型与原型能量集聚、转移和释放规律相似。结合两组相似准数,在保证能量模型相似的基础上,考虑煤岩变形破坏规律相似,确定了煤与瓦斯突出物理模拟相似准则。与前人的物理模拟试验结果进行对照,验证了相似准则的合理性。     

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...     

保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则

针对传统的保护层开采保护范围的残余瓦斯压力判别准则在实际应用中的局限性,结合某煤矿上保护层开采工程,提出了一种新的保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则。根据煤与瓦斯突出的固气耦合失稳理论,通过引入煤体孔隙率与渗透率的动态变化模型,建立了有限变形下煤与瓦斯突出的固气动态耦合失稳模型;针对该工程实例,得到了被保护层发生煤与瓦斯突出的极限瓦斯压力值,从而建立了以极限瓦斯压力值为判定值的保护层开采保护范围的判别准则。研究结果表明,该工程的保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则的判定值为0.25 MPa,该准则反映了地应力、瓦斯压力与煤的结构对煤与瓦斯突出的综合作用。     

煤与瓦斯突出过程的压力释放效应机理研究

“瓦斯包”压力的突然释放是煤与瓦斯突出的重要原因。文章通过建立一个实体球模型来分析“瓦斯包”作用下的煤体破碎煤块散射过程，从而得到一个能使模型破裂碎散的临界瓦斯压力值，希为控制煤与瓦斯的突出和消除碎煤块的冲击提供量化指标。     

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。     

含瓦斯煤岩体采动致裂特性及其对卸压变形的影响

为了研究瓦斯压力对采动煤岩体卸压变形的影响,在FLAC平台上采用应变软化本构关系和“先加载后卸压”的方式,研究了不同瓦斯压力及围压条件下采动煤岩体的卸压致裂特性及其对卸压变形的影响。模拟结果表明：煤岩损伤破坏应力的峰值及所对应的轴向应变、应力峰后下降幅度随瓦斯压力的增加而减小,其力学特征由脆性逐渐向塑性过渡;瓦斯压力的增加使煤岩承载能力下降,并由于在有效应力空间中应力水平的提高而使拉伸破坏提前发生;随着瓦斯压力的升高,上覆煤岩采动煤岩卸压变形量、致裂破坏区不断增大,致裂特征更加明显,采动卸压范围、应力集中峰值及其距煤柱边界的距离也增大。因此,当煤层瓦斯压力较高时,瓦斯压力对采动煤岩体卸压变形的影响不能忽略。     

基于能量理论的含瓦斯煤体突出失稳倾向分析

为了分析构造煤的非稳态扩散特性对构造煤体能量失稳评判的影响,利用稳态和非稳态瓦斯扩散模型,建立了原生煤和构造煤的初始瓦斯扩散系数与压力的函数关系式;基于现有的能量公式,构建了煤体的吸附和游离瓦斯膨胀能的计算模型;分析了埋深与突出能量的关系,探讨了不同埋深条件煤体的突出能量失稳倾向性,获得了构造煤层突出临界埋深为190 m;最后通过现场瓦斯动力现象对结论的准确性进行了验证。     

晨光煤矿煤与瓦斯突出危险性预测

煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全的重要灾害之一。煤与瓦斯突出矿井的突出危险性预测评估工作,对规范矿井生产、科学制定矿井瓦斯灾害防治措施、指导保证生产安全有着十分重要的意义。通过对煤的各项单项指标的测定(包括相对瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数、煤样的瓦斯放散初速度),结合煤的初始释放瓦斯膨胀能指标对煤层的突出危险性进行综合性预测。     

煤的失稳与瓦斯突出机理的对比分析

分析了煤在高的支承压力下的破坏规律和应力应变特征;分析了瓦斯在煤基多孔介质中的运移条件,并给出了其扩散运移的影响因素和基本方程;分析了瓦斯的运移和煤体破坏的相互影响,指出了煤体所处的极限应力平衡状态和瓦斯的压力梯度增高是发生煤与瓦斯突出的前提条件,给出了系统稳定性判据和能量判据;对比分析了煤与瓦斯突出、冲击地压发生的机理差异,揭示了爆破诱发煤与瓦斯突出的动态响应过程.     

以煤改气项目为例探讨城市清洁能源行动

为解决日益严重的大气污染,重庆市实施了清洁能源行动之煤改气项目.在介绍煤改气项目内容和实施范围的基础上,评估分析了煤改气项目的组织领导、配套政策、政府管理与运行机制、投资和取得的成效.     

高瓦斯超近距离煤层群煤与瓦斯共采工艺

针对平煤股份六矿高瓦斯超近距离煤层群的具体赋存条件,在自动化回采工作面的设计过程中,以煤与瓦斯共采理论为指导,在科学分析超近距离煤层群回采过程中工作面瓦斯涌出规律的基础上,应用上隅角埋管抽采、高位钻场抽采等综合分源抽采方案。在有效控制工作面瓦斯抽采的基础上,进一步优化煤与瓦斯共采工艺,取得了非常明显的技术效果。     

瓦斯地质法在煤与瓦斯突出预测中的应用

介绍了中马村煤矿的基本情况。运用瓦斯学的一般原理,对该矿的瓦斯地质进行分析和整理,建立了适合该矿的煤与瓦斯突出预测瓦斯地质法,通过比较证实了瓦斯地质法比其它预测方法安全经济。     

矿井煤与瓦斯突出防治实践

结合义安煤业有限公司矿井具体瓦斯地质条件与12120工作面的瓦斯抽放实践,介绍了该矿煤与瓦斯突出危险性的预测办法及参数指标的预测步骤,详细分析了该矿防治煤与瓦斯突出的治理技术及应用效果,通过采取符合该矿具体实际的防突技术,提高了矿井瓦斯抽放效果,保证了矿井的安全生产。     

煤矿瓦斯治理"先抽后采"的实践与作用

分析了“先抽后采”概念的内涵及对煤矿瓦斯治理的作用,在研究煤矿煤层瓦斯赋存特点的基础上,综合分析了煤矿瓦斯抽采方法,结合煤矿瓦斯治理的实例和煤矿重特大瓦斯事故案例,对我国煤矿瓦斯治理提出了以下建议,即在有条件的情况下尽可能优先采用区域性瓦斯治理方法,强突出危险煤层和超大井型高瓦斯矿井必须采用区域性瓦斯治理方法．     

利民煤矿防治煤与瓦斯突出设计要点

涟邵煤田利民煤矿根据矿井瓦斯突出特点,结合原开拓开采系统,确定弱突区先行开采、由中部向井田两侧开采的开拓布局。采用底板瓦斯抽放巷结合其它辅助方法解决掘、采过程中煤与瓦斯突出问题,有效地控制了煤与瓦斯突出事故发生,促使矿井顺利恢复生产。     

煤与瓦斯突出的煤粉池机理探讨

由于煤体的非均值性和开采卸压或古应力引起的应力集中,煤体中的软弱煤发生流变。软弱煤碎裂产生的碎裂面增加了煤的比表面积,造成了瓦斯大量吸附,降低了瓦斯压力。附近煤体纷纷解吸,不断向软弱破碎煤层渗流扩散。而软弱煤体由于吸附瓦斯,强度变弱而进一步破碎。伴随着软煤的破碎和瓦斯含量的增加,储存了大量膨胀能和瓦斯的煤粉池就形成了。煤粉池机理将煤与瓦斯突出视为是卸压开采过程中,地应力的集中引起的煤体流变和煤体池引起的瓦斯重新分配发展到一定阶段的产物。     

高突煤矿煤巷掘进防突钻装锚机组

介绍高突煤矿煤巷掘进防突钻装锚机组的结构、性能特点以及现场使用情况。经使用,该钻装锚机组适用于煤矿井下的高突掘进工作面,并提高了工作效率。