钱家营矿深部瓦斯动力现象地质控制因素研究

为了揭示钱家营矿深部-850 m水平瓦斯动力现象及其地质控制因素的关系,基于该矿井深部瓦斯实测数据,研究了煤厚、构造、地应力、瓦斯压力及含量等地质控制因素.结果表明:瓦斯突出区域5号煤层煤厚异常,其变异系数大于90％;多条逆断层使煤体结构更加破碎;地应力大且水平主应力最大达43.87 MPa;瓦斯突出区域中瓦斯含量较高且瓦斯压力高达到4.6 MPa.鉴于以上结果,依据《防治煤与瓦斯突出规定》的瓦斯压力临界值0.74 MPa,在褶曲发育区、构造简单区及断层发育区选择不同煤层变异系数作为界限值,对5号煤层瓦斯动力危险等级进行区划,结果显示在矿井北部存在2个瓦斯突出危险区,而矿井其他区域属于瓦斯突出重点防治区.     

深部煤层区域预测指标临界值的研究

《防治煤与瓦斯突出细则》推荐的区域预测临界值指标分别为瓦斯压力074 MPa(相对)、瓦斯含量8 m3/t,然而实际生产过程中,深部煤层经区域预测瓦斯压力小于074 MPa或者瓦斯含量小于8m3/t的煤层也曾多次发生突出。鉴于此,在考虑温度和地应力对煤层瓦斯赋存影响的基础上,对区域预测瓦斯压力和含量临界值进行了修正,修正系数为075。研究表明,考虑地温和地应力的影响修正得到的区域预测指标临界值对深部煤层的防突工作具有一定指导意义。     

地应力对瓦斯压力及突出灾害的控制作用研究

为考察地应力对瓦斯压力与突出灾害的控制作用,通过理论分析和现场实例验证相结合的方法,分析了地应力的演化特征及构造应力对煤体结构、瓦斯压力和突出灾害的控制作用规律。研究结果表明：构造应力的演化对煤层瓦斯赋存及运移起主导控制作用,含煤地层在高构造应力作用下其煤层瓦斯压力梯度可能远超过静水压力梯度,形成高的瓦斯压力;在强烈构造运动作用下形成的构造煤具有煤体强度低、瓦斯吸附和放散能力强等特点。由于地应力对煤体结构和瓦斯压力均起到控制作用,可以认为地应力在突出灾害中起主导控制作用,是煤体破坏的主要动力,也是高压瓦斯存在的前提。最后文中以祁南煤矿72煤层的瓦斯突出灾害特征验证了构造应力对突出灾害的主导控制作用。     

地质构造对瓦斯赋存及煤与瓦斯突出的控制作用

安徽恒源煤电公司任楼井田受早期的近南北向和晚期的近东西向局部主压应力作用,两期构造应力场大角度叠加复合,形成大量断裂构造,使得矿井处于半开放的状态;同时,童亭背斜隆起部位煤层被风化、剥蚀,形成"天窗"构造,有利于瓦斯的逸散。多期构造运动使任楼井田地层保留了较大的水平应力,最大水平主应力与铅直应力之比为2.46～2.72。任楼煤矿7、8煤层最大瓦斯含量不足8 m3/t,但具有煤与瓦斯突出危险性,表明矿井的煤与瓦斯突出主要是由地应力控制的,突出的防治工作应放在降低地应力上。     

煤厚变化对煤与瓦斯区域突出危险性的控制研究

根据新安煤田煤厚变化的规律及曾发生过的煤与瓦斯突出特征,从煤厚变化对瓦斯含量的影响、煤厚变化对地应力的控制这两个方面研究,得出区域上埋深控制了煤层瓦斯含量和地应力,瓦斯含量和地应力又进一步控制了煤与瓦斯突出危险性;煤厚控制了煤层瓦斯含量的变化和地应力变化,煤厚大、且变化大的区域,煤层瓦斯含量和地应力变化也大,突出危险性更大,是实际发生突出危险的区域。     

煤厚变化对煤与瓦斯突出危险性的影响

研究了白坪井田构造煤厚度与煤与瓦斯突出的关系,发现了煤厚及其变化是控制煤与瓦斯突出危险性的主要因素,其关系如下:煤厚大,煤层瓦斯含量大,则煤层稳定性差;煤厚变化大,煤层瓦斯含量梯度和水平地应力梯度也大,煤厚及其变化可以控制瓦斯含量、地应力和煤层稳定性,进而起到控制煤与瓦斯突出的作用.     

常村煤矿煤与瓦斯突出区域预测

为了预测常村煤矿煤与瓦斯突出区域,结合3号煤层瓦斯含量和压力、构造煤厚度、底板构造曲率、顶底板相对力学强度等方面特征,构建了3号煤层煤与瓦斯突出危险区、威胁区和非突出区的指标体系,结果表明:煤层瓦斯含量大于6.89m3/t、压力大于0.74MPa,单层构造煤累计厚度大于3.0m,煤层底板构造曲率|K|>50×10-6m-1,煤层顶底板相对力学强度大于20的区域是煤与瓦斯突出危险区。     

城山煤矿3B号煤层瓦斯地质规律研究

为了防止城山煤矿3B号煤层的瓦斯事故,掌握城山煤矿的瓦斯赋存特征,采用定性、定量相结合的方法建立数学模型,研究了地质构造、煤层顶底板岩性、煤层埋深对瓦斯赋存的影响和煤与瓦斯突出危险性分区分带特征。结果表明：城山煤矿3B号煤层构造复杂区域为瓦斯含量高集中带,煤层顶底板的岩性坚硬致密有利于瓦斯的保存;随着埋深的增加,瓦斯含量、瓦斯涌出量越来越大,瓦斯含量梯度高达3.01 m3/（t·hm）;在埋藏深处瓦斯压力增大,围岩透气性降低,特别在构造复杂区煤体破坏严重,煤层瓦斯压力达到0.74 MPa的区域,确定为突出危险区。     

西沟煤业3号煤层瓦斯压力测定及煤与瓦斯突出危险性分析

为对西沟煤业现开采区域3号煤层煤与瓦斯突出危险性进行评价,采用在待测区域布置测压钻孔的方式对待测区域煤层瓦斯压力进行测定,同时为验证煤层瓦斯压力的测定结果,采用数据拟合分析验证,并通过测定区域煤层瓦斯含量,对测定区域煤与瓦斯突出危险性进行综合判定。结果表明:测定区域3号煤层的最大瓦斯压力和煤层瓦斯含量分别为0.15 MPa和4.98 m~3/t,无煤与瓦斯突出危险。     

屯兰矿2^#、4^#煤层区域预测突出敏感性指标研究

为了提高屯兰矿防治煤与瓦斯突出的工作效率,确定屯兰矿的区域预测突出敏感性指标及临界值是十分必要的。对屯兰矿2^#、4^#煤层进行突出模拟实验,发现2^#、4^#煤层区域预测瓦斯压力临界值分别位于0.727 MPa、0.718 MPa附近,瓦斯含量临界值分别位于7.689 m^3/t、7.564 m^3/t附近,然后利用Fisher准则判定2^#煤层区域预测临界值为瓦斯压力0.728 MPa,瓦斯含量为7.665 m^3/t;4^#煤层区域预测临界值为瓦斯压力0.716 MPa,瓦斯含量为7.731 m^3/t.最后利用朗格缪尔方程,得出2^#、4^#煤层区域预测突出敏感性指标的敏感序列均为瓦斯压力W大于瓦斯含量P.     

大同某矿瓦斯地质特征分析

根据大同某煤矿以往地质勘查工作中获取的煤层瓦斯样品资料,分析了矿区内各煤层的瓦斯参数,同时从地质构造、煤化程度、煤层厚度、煤层埋深、煤层顶板等方面的分析研究了矿井瓦斯赋存规律,由钻孔煤层瓦斯含量数据可知,钻孔瓦斯含量最高值小于4 m³/t,根据《煤与瓦斯突出危险性区域预测方法》及《煤矿地质工作规定》,得出该矿全区为无突出危险区和矿井瓦斯类型为简单类型。     

大河边向斜地质构造对煤与瓦斯突出的影响

为了对大河边向斜内煤与瓦斯突出进行区域预测与防治;根据向斜内煤层突出的特点,地质构造特征,地应力作用,煤层厚度及产状变化、煤层透气性的实测数据分析,探讨了向斜南北部及中部煤层突出的差异,研究了大河边向斜煤层突出机理.结果表明高瓦斯和封闭性好的地质条件是瓦斯突出的物质基础,压性和压扭构造等地质构造的发育及地应力作用是导致突出的重要因素,在向斜中部C409,C407,C406突出危险性最大,在向斜北部C409,C601突出危险性最大,在南部煤层突出危险性小;该成果对大河边向斜内进行煤与瓦斯突出区域预测与防治具有指导意义.     

皖北矿区五沟矿煤与瓦斯突出危险区划分

以瓦斯地质理论为基础,研究了皖北矿区五沟矿瓦斯风氧化带的界限、构造煤发育规律,进行了煤与瓦斯突出危险区划分。以煤层瓦斯成分和瓦斯含量为指标确定煤层瓦斯风氧化带界限,煤层底板标高-200～-330 m以浅为煤层瓦斯风氧化带;构造煤分布,区域上分区分带,层域上具有分层特征。煤与瓦斯区域突出危险性预测的瓦斯含量临界值定为7 m3/t,低于《防治煤与瓦斯突出规定》的8 m3/t;煤层底板等高线-450 m以浅,为低瓦斯区,矿井深部,向斜轴部,构造煤发育,瓦斯含量>7 m3/t,具有煤与瓦斯区域突出危险性。     

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。     

基于分形和曲率评价的构造复杂矿井瓦斯地质规律分析

煤层瓦斯赋存受矿井构造条件控制,构造复杂程度的评价和研究对预测瓦斯突出灾害至关重要。文章基于某矿瓦斯地质资料,通过利用分形计算和曲率评价相结合的方法,分析了主采煤层构造复杂程度,探讨与预测了矿井瓦斯地质规律。研究发现矿井瓦斯分布受矿井断层影响明显,并据此划分了3个瓦斯地质单元,整体上瓦斯分布随煤层埋深增加而增大,但在局部区域内异常分布;矿井分形维数和曲率计算分别介于0.6～1.838 2和(5～35)×10~(-5)之间,分形维数和曲率值均与瓦斯含量正相关,但在构造简单区域内异常点同样暗示出瓦斯的不均一分布特征,高挤压应力环境下的断裂构造是造成瓦斯异常分布的主要原因;结合矿井构造分析发现煤层中"低构造分维值和高曲率值"叠加区域是高瓦斯突出危险区域。研究结果为矿井瓦斯预防提供指导。     

试论预抽本煤层瓦斯的可行性及其防突作用

文章对预抽本煤层瓦斯的可行性及其防突作用进行了考察认为:以煤层透气性系数λ、煤层瓦斯压力 P 和 Pλ值做为衡量抽放瓦斯可行性指标和根据 W=λP_(0~2)M 指标均不符合焦作煤层情况,而用百米钻孔初始瓦斯涌出量作为抽放瓦斯可行性指标是符合焦作煤层情况的,其具体指标是 q_(199)>0.05、α=0.003～O.006为可抽放;q_(199)=0.01～0.05、α=0.006～0.009勉强抽放,q_(199)<0.01、α>0.009为不可抽放。经抽放后,瓦斯抽放率>25%。煤体收缩变形>1.5%,地应力下降2MPa 以上,煤体应变能下降0.48tm/m~3时,能使突出煤层转化为非突出煤层。     

韩城矿区3#煤层突出灾害特点分析及其防治对策

针对矿区3#煤层厚度大,瓦斯压力、含量高,煤层松软、透气性差,煤与瓦斯动力灾害严重的现状,通对韩城矿区的瓦斯地质赋存规律及瓦斯动力灾害的特点进行梳理和深入剖析。研究结果表明:韩城矿区3#煤层瓦斯灾害主要是以高地应力为基础的构造应力、采动应力集中造成的瞬时突出,部分异常松软区域会发生以高地应力为基础的准静载作用下的蠕变延时突出,据此提出了加强地质探测工作,从煤层瓦斯抽采和应力卸除两方面防治煤与瓦斯突出灾害的技术思路,为矿区防治瓦斯动力灾害提供理论指导。     

低瓦斯条件下煤与瓦斯突出过程的能量分析

瓦斯突出是世界上的重大灾害,是国内外煤矿安全开采的重大科学和技术难题。近年来,特重大瓦斯突出事故在低瓦斯矿井接连发生。为了探究发生低瓦斯突出的合理性和产生机理,构建了以煤层埋深,瓦斯压力以及煤体坚固性系数为变量的突出过程能量方程。通过计算,一方面验证了低瓦斯条件下突出现象的存在性和合理性,在突出源区低瓦斯条件下,异常地应力以及煤体坚固性系数起着主导作用;另一方面,对于极破碎的构造煤来说,一旦达到一定开采深度,就会发生低瓦斯突出现象,此时瓦斯压力0.74 MPa就不能作为判定是否发生突出的依据。     

构造煤层位对煤与瓦斯突出的影响数值分析

构造煤是煤与瓦斯突出的必备条件。根据构造煤在煤层中的不同位置,建立了煤与瓦斯突出的构造煤层位数值实验模型。利用RFPA2D对数值模型进行了数值试验,从应力应变、破坏分布、瓦斯压力和瓦斯梯度变化等方面分析了顺煤层发育的构造煤分层在工作面掘进过程中诱发煤与瓦斯突出的作用。数值试验结果表明煤层中的构造煤层位影响着煤与瓦斯突出的始发条件,是煤与瓦斯突出的关键层。研究分析认为构造煤层位并不影响原始煤层瓦斯赋存分布规律,但是决定了诱发煤与瓦斯突出的主体和始突强度,诱发煤与瓦斯突出关键在于构造煤层内的高瓦斯压力梯度。     

大采深煤与瓦斯突出煤层消突技术研究

分析了大采深煤与瓦斯突出突出煤层瓦斯压力及突出区域分布规律,随采深增加,煤层地应力越来越高,煤层瓦斯压力、含量越来越大,突出危险性越来越强;采用顺层钻孔法对煤层瓦斯进行抽放以有效降低煤层瓦斯含量,消除煤层的突出危险性.