煤与瓦斯突出模拟试验

本文阐述了选用突出煤层的煤样,在不加任何添加剂条件下压结成型做为代替揭开石门煤与瓦斯突出的试验情况。当成型压力≥30MPa 时,其抗压强度为0.31MPa,这相当于突出严重的Ⅳ,Ⅴ类破坏煤层。这种模拟试验比日本用松香、CO_2结晶冰等无吸附瓦斯能力的材料做实验更接近实际。试验表明:突出最小瓦斯压力随煤的强度增大而增大;瓦斯压力越大,突出强度也越大。     

利用瓦斯涌出动态指标预测煤与瓦斯突出

文章以理论探讨与现场考察相结合论述了掘进工作面瓦斯涌出动态与煤与瓦斯突出危害性之间的相互关系。并根据国内外对瓦斯涌出动态指标的初步研究。分析得出Ｖ３０（Ｖ６０）和Ｋｖ可作为瓦斯涌出动态预测法的两项主要指标。     

含水率对煤与瓦斯突出强度影响的试验研究

为了获得含水率对煤与瓦斯突出强度的影响规律,利用自主研发的大型煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统,在恒定瓦斯压力、轴向应力及煤样成型压力等条件下,进行了不同含水率煤体的煤与瓦斯突出模拟试验;同时提出了包含突出煤量和最远突出距离二元信息的数学方程,用于表示煤与瓦斯突出的相对突出强度。试验结果表明:自主研发的大型煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统的试验结果和现场煤与瓦斯突出实际状况相吻合;在轴压8 MPa、瓦斯压力0.8 MPa试验条件下,得出了含水率和相对突出强度呈二次曲线关系;煤体的含水率愈大,则相对突出强度愈小,发生煤与瓦斯突出的可能性也越小。     

防治煤与瓦斯突出动态管理

就工作面防治煤与瓦斯突出管理提供了一种新的方法———动态管理法,其主要做法是将工作面施工进度、“四位一体”综合防突措施实施情况,地质变化和瓦斯涌出等内容按一定的模式制作成图表———动态管理图,以实现对工作面防治煤与瓦斯突出的实时、综合、有效管理。     

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.     

三轴加载下煤与瓦斯突出声发射可靠性分析

在声发射探头不能与煤样直接接触的情况下,采用3种探头的连接方式,利用太原理工自主研发的实验设备在三轴加载下得出声发射事件数、轴向压力与时间的关系。分析结果找出最合理的连接方式,同时得出结论:煤样里声发射事件在逐级加载下曲线符合指数函数增长,接近峰值时声发射事件率下降或者保持不变,在工程中岩煤稳定性声发射监测预报具有重要的指导作用和实际应用价值。     

煤与瓦斯突出实验加压方式及其对煤体受力的影响分析

物理相似模拟实验是进行煤与瓦斯突出机理研究的主要方法之一。现有突出模拟实验装置逐渐向大尺寸发展,提高了对实验装置力学加载能力的要求。统计分析了现有三维煤与瓦斯突出模拟实验装置的力学加载系统的类型及特点,发现目前主要采用多组液压缸分布加载或提高力学加载系统刚度、液压缸加载能力两种方式解决大尺寸下突出模型的力学加载问题;同时利用COMSOL模拟软件固体力学模块分析了平板型、梯型两种压板结构对突出煤体应力变形的影响,结果表明,采用梯形结构压板时,可相对提高力学加载系统对突出煤体施加应力的均匀性。     

煤与瓦斯突出相似材料常用黏结剂对比试验研究

为比较水泥、石膏、腐植酸3种黏结剂在制作煤与瓦斯突出相似材料时对材料强度和瓦斯解吸性能方面的影响,利用岩石三轴试验机和瓦斯放散初速度测定仪,获得了不同黏结剂条件下相似材料的单轴抗压强度和瓦斯放散初速度数据。研究结果表明:相似材料的单轴抗压强度随黏结剂比例的增大而增大,水泥作为黏结剂对材料单轴抗压强度的影响幅度最大,分别添加5%～20%的水泥、石膏、腐植酸,材料的最大单轴抗压强度分别为6.165、2.02、1.63 MPa;材料的瓦斯放散初速度随黏结剂比例的增大而减小,随着黏结剂比例的增大材料的瓦斯放散初速度变化程度从大到小依次为水泥、腐植酸和石膏。     

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。     

煤与瓦斯突出模拟试验系统的设计

煤与瓦斯突出的主要驱动因素包括瓦斯压力和地应力。为对瓦斯压力与地应力的控制效应进行研究,设计了煤与瓦斯突出模拟试验系统,包括单瓦斯压力试验机和瓦斯压力、地应力综合试验机。该试验系统可对煤样施加2MPa的瓦斯压力和40MPa的地应力,与已有的煤与瓦斯突出模拟试验系统相比,其技术特点是可控性强、加载能力高,采用数据记录和图像记录同步的方法,实验结果更准确。     

基于GIS的煤与瓦斯动力灾害预警系统研讨

将地理信息系统(GIS)引入到矿井煤与瓦斯动力灾害防治中,借助GIS技术实现矿井煤与瓦斯灾害隐患的识别,通过模糊综合评判的方法实现灾害的预警与决策,为矿井生产和管理提供先进的手段。对GIS技术在矿井瓦斯动力灾害预测上的应用进行了研讨,该系统为煤与瓦斯灾害的预测预报提供一种决策支持方法。     

煤与瓦斯突出瓦斯压力变化规律实验研究

通过煤与瓦斯突出模拟实验,研究了突出过程中瓦斯压力的变化规律,分析了突出过程中瓦斯对煤体的破坏作用。研究发现:应力和瓦斯压力达到一定梯度才能引起煤与瓦斯突出,突出的发动明显滞后于卸压过程;突出发生时,瓦斯压力的变化有明显的规律性,瓦斯压力变化形态呈现出突然降低、快速升高并波动、达到波动峰值后逐渐降低,瓦斯压力的变化形态与突出发展的演化过程有较好的对应性;压出与突出过程中的瓦斯压力变化形态有显著差异。煤体在应力和瓦斯压力差的作用下发生剪切和拉伸破坏,靠近卸压口处的煤体层裂破坏特征明显。     

基于GIS的矿井煤与瓦斯突出事故报警系统

矿井煤与瓦斯突出事故发生时,突出的大量瓦斯和煤岩,会掩埋人员、摧毁设备、破坏通风系统、产生瓦斯逆流、引起大量人员窒息,若措施不及时还有可能引发瓦斯爆炸等扩大性灾害,造成事故伤亡和损失的扩大。阐述开发一套煤与瓦斯突出事故报警系统软件,且能结合井下监测传感器,实现动态监控井下工作面瓦斯、风速,分析工作面的情况,并在系统图上清晰、直观地动态显示,为快速、准确判断事故的发生时间、地点以及可能波及的范围,并可迅速采取断电、通知人员佩戴自救器或撤退等紧急应对措施提供了强大的技术支撑。     

煤与瓦斯突出动态前兆的非线性特征研究

基于混沌和分形理论，分析了描述煤与瓦斯突出动态前兆非线性特征的方法和指标．针对重要突出前兆之一——采掘工作面前方煤体瓦斯涌出量动态时间序列（简称Q序列），计算分析了其最大Lyapunov指数，二阶Renyi熵和关联维，证明Q序列具有混沌-分形特征．进一步研究表明，工作面有突出危险状态与无突出危险状态相比，其Q序列的多重分维谱Dq表现出明显的差异，Dq-q曲线由负q区向正q区过渡时在q=0附近区域明显变陡，而无突出危险时段Dq-q曲线过渡较平缓，从而说明有突出危险时煤岩瓦斯动力系统的变化更为复杂．研究结果可望为突出危险性预测提供一种新的思路．     

瓦斯监控系统对煤与瓦斯突出的实时监测

为了对煤与瓦斯突出进行实时监测,在研究中采用了数据来源丰富的瓦斯监控数据.在对新安煤田煤的瓦斯解吸特征实验室研究的基础上,采用新安煤田始突瓦斯含量和瓦斯涌出的分源预测技术,研究了煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量之间的关系.研究结果表明:新安煤田的煤具有在短时间内快速解吸的特点且瓦斯解吸速度衰减的快,结合新安煤田的采掘工艺,当掘进巷道的瓦斯涌出量达1.03 m3/min时,非突出煤层即升级为突出.按新安煤田掘进的通常配风量,掘进巷道的瓦斯监控系统中的瓦斯体积分数达0.34%时,掘进巷道需进行连续的区域验证.     

区域煤与瓦斯突出危险性动态评价方法

提出了瓦斯尖点突出区域危险性动态评价方法,并对其进行理论分析,建立了瓦斯尖点突出区域危险性动态评价数学模型,使煤矿定量安全评价方法得到丰富。     

基于信息化的煤与瓦斯突出防治动态管理及分析技术

为实现矿井煤与瓦斯突出防治的信息化、规范化管理,提升矿井煤与瓦斯突出防治管理技术和水平,结合当前矿井煤与瓦斯突出防治管理上的不足和发展趋势,利用计算机及信息化技术,设计并开发了防突动态管理与分析系统,从防突信息联合分类及防突信息报告单生成审批、防突信息分析及预警、防突措施施工效果分析及预警、防突措施设计、防突工作过程化管理、一体化竣工图动态展示等方面进行防突动态管理和分析。现场应用表明,该系统实现了防突相关信息的集中、动态管理分析和网络共享,规范了矿井防突管理工作。