含瓦斯煤体单轴压缩电阻率变化规律实验研究

建立了含瓦斯煤体单轴压缩电阻率实时测试系统,测试并对比分析了含瓦斯煤体和不含瓦斯煤体在单轴压缩过程中的电阻率变化,并对瓦斯对电阻率变化的影响机制进行了探讨。研究结果表明:2种实验条件下煤体电阻率均呈现先减小后增大的变化规律;电阻率减小阶段,游离态瓦斯对电阻率的减小有延缓阻碍作用,即电阻率随加载应力的增大呈持续平缓减小趋势,未出现不含瓦斯煤体实验中出现的突降现象;电阻率增大阶段,游离态瓦斯对电阻率的增大有促进作用,即电阻率"拐点"处所对应的加载应力水平较之不含瓦斯煤体更小;煤体发生破裂之后,电阻率增长幅度普遍小于不含瓦斯煤体。     

不同应力路径下含瓦斯煤渗透特性的实验研究

通过对含瓦斯煤渗透特性的实验研究,系统分析了不同应力路径下含瓦斯煤的渗透率变化规律,建立了含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压及瓦斯压力等之间的定性与定量关系,探讨了不同应力路径下含瓦斯煤渗透性的控制机制和变化规律。结果表明应力路径对含瓦斯煤的渗透率有着重要影响:1)含瓦斯煤渗透率随着轴向压力和围压的增加而减小,随瓦斯压力的增加而增加。2)含瓦斯煤渗透率与轴向压力、围压和瓦斯压力呈指数关系变化。3)三轴压缩下全应力-应变实验过程中,含瓦斯煤的渗透率呈"V"字型走势;渗透率随煤样的应变先减小后增大,然后达到最大值,而且渗透率的增加速率小于其减小速率。     

煤与瓦斯突出强度模拟实验

利用自主研制的"煤与瓦斯突出模拟装置"对不同初始瓦斯压力、不同突出口厚度和不同突出口径的煤样进行三维加载模拟煤与瓦斯突出。研究结果表明:在煤层瓦斯压力较小的情况下,若外部载荷较大、揭煤厚度较小、巷道断面较大的情况下也会发生煤与瓦斯突出;煤与瓦斯的突出存在一个突出口厚度的临界值,通过改变该值可以改变煤与瓦斯的突出及突出强度;巷道断面大小对煤与瓦斯突出有一定影响,通过减小断面可有效防止煤与瓦斯突出,减小突出强度;随着突出强度的增加,突出煤粉量和抛射距离也增加,大多数煤与瓦斯突出是发生在突出强度最大的时刻。     

高瓦斯矿井瓦斯综合治理技术研究

针对高瓦斯矿井瓦斯涌出量高、治理难度大的实际情况,长平矿在矿井瓦斯治理领域逐渐形成了"优系统、强抽放、细管理和严问责"的"四项原则",系统地从瓦斯的防范、预测及治理等方面进行管理,通过减小巷道通风阻力,运用边采边抽、递进式模块预抽、采空区抽放及地面钻井抽放等一系列综合措施,提高矿井瓦斯抽放率,运用"三进一回"的通风方式,有效遏制了矿井瓦斯事故的发生,控制了矿井的瓦斯超限,保证了安全条件下的高产高效。     

综采放顶煤工作面邻近层瓦斯涌出量预测方法的探讨

由于综放开采的特殊性,使综放开采工作面的瓦斯涌出强度大大增加,致使"分源法"中的某些"源"的计算公式及预测参数的取值范围适应性减小,预测精度降低。为了增加"分源法"的适应性,对阳泉五矿综放开采工作面瓦斯资料进行总结,对影响邻近层瓦斯涌出量预测参数进行分析,提出了适合综放开采工作面邻近层瓦斯涌出量预测方法,取得了较满意的拟合结果。     

大气压变化对采空区瓦斯涌出影响研究

大气压变化会导致煤层瓦斯涌出不均衡,在平煤股份二矿庚20-21020采煤工作面开展了采空区瓦斯涌出与大气压力变化关系试验表明:大气压数值与天气变化密切相关,在晴朗天气15:00~16:00之间达到最低状态,对采空区瓦斯涌出影响大,而在阴雨天气气压变化小,对采空区瓦斯涌出影响小;晴朗天气大气压变化可分为"逐渐增大(11:00-16:00)"、"逐渐减小(16:00~20:00)"、"维持平稳(20:00~次日11:00)"三个阶段,瓦斯涌出相应也呈现增大、减小、平稳的变化特点。现场瓦斯防治过程中,应充分考虑季节、天气导致气压变化规律,保证通风动力。     

采空区三场耦合瓦斯浓度分布规律研究

利用采空区埋管采气技术,对余吾煤业N1101工作面采空区瓦斯浓度分布规律进行研究,得出单一厚煤层综采工作面采空区"三场耦合"条件下的瓦斯浓度分布规律。采空区瓦斯在走向方向上分为:瓦斯浓度稀释区、瓦斯浓度快速集聚区、瓦斯浓度缓慢集聚区。在倾向方向明显分为两个带:在采空区浅部瓦斯浓度先增大再减小,在采空区深部瓦斯浓度变化不明显。根据试验测得的采空区瓦斯浓度分布,提出了对高抽巷附近采空区进行封堵及在采空区瓦斯浓度快速集聚区进行埋管抽放来治理上隅角瓦斯超限的措施。     

三轴加载煤体瓦斯渗流速度-温度联合响应特征

瓦斯渗流速度及温度响应能反映出受载煤体内部结构和能量的变化,可以作为煤与瓦斯突出预警信号。以型煤为研究对象,利用自主研发的含瓦斯煤受载破坏试验系统测定了三轴加载条件下煤体的瓦斯渗流速度及温度联合响应规律,分析了加载速率对瓦斯渗流速度和温度影响效应,建立了瓦斯渗流速度及温度与突出煤失稳破坏之间的关系。实验结果表明:(1)在整个加载过程中,瓦斯渗流速度表现出先减小后增大的趋势,在应力峰值处渗流速度出现突变点;随着加载速率的增加,瓦斯最小渗流速度V_(min)呈现出先减小后增大趋势,而瓦斯渗流速度变化量(V_(max)-V_(min))则先增加后减小;(2)随着加载应力的升高,瓦斯渗流温度呈线性增大趋势;瓦斯渗流温度变化差值(T_(max)-T_(min))随着加载速率的增大而逐渐减小;(3)加载速率较低时,约在煤样宏观破裂80%处渗流速度出现"平静期",而加载速度较高时,渗流温度在破裂前出现多次波动且有较长的"平静期",可作为突出煤失稳破坏的有效预警信息。     

注氮影响下高瓦斯采空区“三带”划分

针对高瓦斯采空区"三带"的方法并未将氮气、瓦斯对氧体积分数的扰动考虑在内的问题,提出了氮气、瓦斯扰动系数。利用类比方法,定义了氧体积分数氧化损耗值这一概念,得出在氮气、瓦斯双重影响下,使得氧化带向采空区深部移动,氧化带宽度减小。并用矫正后的划分方法和基于温度的划分方法同时对N3042工作面进行采空区"三带"划分,结果吻合度较好。     

水分对不同煤阶煤瓦斯放散初速度的影响

为提高矿井煤与瓦斯突出预测的准确性,对经过干燥处理的不同含水量的无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度进行了测定。结果表明:水分对无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度均有影响,同一煤阶煤样的水分越大,瓦斯放散初速度越小;且瓦斯放散初速度随水分增加呈指数式减小,水分减小了煤样的瓦斯吸附量是造成瓦斯放散初速度减小的根本原因;水分对无烟煤瓦斯放散初速度影响最大,长焰煤居中,焦煤最小,其原因为不同煤阶煤的孔隙特性不同。     

辛置煤矿水力压裂试验与效果分析

辛置矿属高瓦斯矿井,煤层透气性差,瓦斯抽采率低,由于目前矿井采掘关系紧张,按照原计划抽采无法满足时间和安全生产的要求。为提高瓦斯抽采效率,确保安全生产,在辛置矿2-559工作面采用了水力压裂技术,有效提高了煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率;降低了煤层瓦斯的压力,降低了煤与瓦斯突出危险性,为辛置矿煤层瓦斯综合治理技术研究探索出新的方法。     

微生物瓦斯消溶剂在石门揭煤中的研究与应用

瓦斯是威胁煤矿安全生产的主要因素,瓦斯消溶剂是利用甲烷氧化菌将瓦斯分解或转化为其他无害物质,消除或减少煤层中的瓦斯,降低瓦斯压力和瓦斯含量,从而达到消除煤与瓦斯突出危险性的目的。通过在寺家庄矿石门揭煤3次工程试验得知,经过24 h后,平均瓦斯含量分别下降3.64,2.24,3.81 m³/t。瓦斯消融微生物在分解甲烷的同时,能促进吸附在煤体中的甲烷快速解吸。通过与常规掘进方式比较,在注入瓦斯消溶剂试后进行掘进作业,施工钻孔数减少约92%,总的掘进工作天数减少59 d,揭煤效率提高3.1倍。瓦斯消溶剂是治理瓦斯的一种有效、环保的技术方法,对防治煤与瓦斯突出,促进高效安全生产具有重要现实意义。     

底板定向长钻孔技术预抽煤巷条带瓦斯应用试验

2130煤矿4号煤层为突出煤层,工作面采掘接替严重紧张,为实现4号煤层工作面24223运输巷快速掘进,决定在24223运输巷开展底板定向长钻孔预抽煤巷条带瓦斯试验。此次试验共设计施工了4个定向长钻孔,通过现场试验数据分析,4号煤层24223运输巷平均瓦斯含量由11.14 m³/t降为5.73 m³/t,降低了48.6%,同时大大缩短了工期,减少了施工安全风险,节约成本82.8%。试验结果表明,“以孔代巷”技术能够实现煤巷条带瓦斯的快速、有效治理,且性价比较高。     

瓦斯对冲击性煤样能量耗散的影响

基于煤的冲击倾向性分类及指数测定方法,进行了不同瓦斯压力下煤样冲击倾向性测定,应用能量积聚与耗散的方法,分析了不同瓦斯压力环境中煤样单轴压缩与循环加卸载过程中能量积聚与耗散关系。研究表明：随着瓦斯压力的增大,煤样的冲击倾向性指数减小,冲击倾向性降低;煤样破坏前储存的弹性能降低,破坏时耗散能增率呈非线性快速降低趋势;在循环载荷作用下,煤样在相同循环中耗散能随着瓦斯压力的增加而增加。在不考虑瓦斯膨胀能的情况下,瓦斯压力的增加降低了煤层冲击地压的破坏性。因此,高瓦斯矿井在深部开采中进行冲击倾向性评价时应考虑瓦斯因素。     

深部高瓦斯低透气性煤层水力挤出效果研究

阐述了水力挤出措施的工艺流程、钻孔布置和注水系统设备选型,考察了注水前后煤体应力的变化情况和钻孔有效影响范围,分析了水力挤出措施实施前后瓦斯涌出特征及规律。研究表明,在深部高瓦斯低透气性煤层采用水力挤出措施,可有效增强煤层透气性,减小瓦斯应力,降低瓦斯涌出量和涌出速度,防突效果明显。     

CO2气相压裂增透技术在王庄煤矿的应用

针对王庄煤矿540回风大巷一掘进面煤层透气性较差、煤层瓦斯难以抽放的特点,采用CO2高能气体预裂增透技术对该工作面进行了CO2气相压裂增透技术试验。试验结果表明,预裂后防突指标快速下降,工作面响煤炮现象明显减少,工作面割煤循环时间缩短,抽采效果显著提高,抽采效率提高了1倍,单孔平均抽采纯量提高2.4倍,单孔最大抽采纯量提高5.8倍,抽采达标时间明显缩减。     

微量元素在煤层生物甲烷形成时激励与阻滞体系研究

为研究煤中微量元素及其赋存状态对煤层生物甲烷产出过程的影响,以变质程度相近的A煤和B煤为研究对象,在环境条件和菌种源相同的情况下进行生物产气实验,对反应前后的煤中微量元素及其赋存形态进行分析,以探究发酵底物本源微量元素的影响机理。结果表明:(1)A煤产气量为248 m L,比B矿产气量多出了26.5%。A煤中有益微量元素Fe,Co,Ni,Zn,Mo,Mn等含量比B矿的多。(2)在生物产气后,煤中微量元素都有不同程度地减少,A矿的Fe,Mn,Cr的量,B矿的Fe,Mn,Mo减少明显,两矿的Ni,Co,Zn也有不同程度的减少,说明煤中的微量元素都参与了反应。(3)产气较多的A原煤中腐植酸结合态含量较多,而腐殖酸结合态是能够被产甲烷菌利用的形态。(4)反应前后A煤中微元赋存状态表明,腐植酸结合态和可交换态微元有所增加,大分子有机结合态含量减少,说明微元赋存状态明显改变。煤中微量元素的含量和赋存状态在生物产气后的变化能为生物产气机理提供更好的参考。     

不同类型构造煤特性及其对瓦斯突出的控制研究

通过对9个不同类型构造煤样与原生结构煤样的显微构造、压汞试验、高压等温吸附试验及瓦斯突出参数等测试与分析,研究了不同类型构造煤特性及其对突出的控制作用。结果表明：碎粉煤、鳞片煤和糜棱煤发育部位的构造应力作用明显,是煤与瓦斯突出的易发地带;煤的孔隙度和孔容与构造煤的变形程度呈正相关,比表面积在碎粉煤之前逐渐增大,其后减小,且最大吸附量受比表面积的控制明显;随着构造煤变形程度的增加,煤的普氏系数逐渐减小,瓦斯放散初速度在鳞片煤之前逐渐增大,至糜棱煤阶段则急剧减小,而孔容与比表面积均与突出综合指标K值呈正相关,最大吸附量与各突出参数间的关系不明显。     

中寨煤矿煤层瓦斯含量影响因素探析

煤矿瓦斯的析出对矿井安全生产影响极大,通过分析瓦斯含量的影响因素可有助于降低瓦斯事故的发生。通过收集中寨煤矿煤质、瓦斯、钻孔等地勘资料,结合其煤层瓦斯的分布规律,采用多因素综合分析方法分别对瓦斯含量的影响因素进行逐个分析,探讨各因素对煤矿瓦斯含量的影响程度。结果显示煤层中瓦斯含量与地质构造、沉积环境、煤层埋藏深度、煤变质程度及围岩性质等均有一定影响,需全面考虑煤层气瓦斯含量对煤矿生产的影响。研究成果为瓦斯分布含量确定的准确性提供依据,据此可采取措施以加强对瓦斯危险性的防范和管控并避免瓦斯安全事故发生。     

千米深井保护层开采煤层卸压效果分析

平顶山天安煤业股份有限公司十二矿己15-31010工作面垂深为1 015～1 130 m,为煤与瓦斯突出煤层,采用开采解放层己14煤层预抽瓦斯是解决己15煤层煤与瓦斯突出的关键技术,因此,针对深部保护层开采过程中下部煤层的卸压效果需进行深入分析。首先根据实际地质条件建立了三维数值模型,计算了己14煤开采过程中下部己15煤层的应力分布。计算结果显示,下部己15煤层在上部保护层开采过程中压力先升高后降低,在采面通过40 m后煤层压力降低至小于1 MPa;但在采空区外侧集中应力区,最大应力值高达42 MPa。现场监测数据显示,采空区下方煤层巷道瓦斯浓度显著增大,但外侧煤层巷道瓦斯浓度变化较小,在上方采面通过40 m后,巷道变形趋于稳定,煤层得到充分卸压。综合数值计算结果和现场监测数据可知,深部近距离保护层开采可以显著降低下部煤层压力,释放煤层瓦斯,但由于集中应力的影响,难以释放位于采空区边缘的下部煤层瓦斯。