平山矿煤与瓦斯突出相似模拟实验研究

以平山矿3#煤层400 m处煤层深度为研究对象,以煤与瓦斯突出机理和煤体孔径、渗透率与煤体吸附规律对突出的影响为基础,采用煤与瓦斯突出模拟实验装置,在不同瓦斯压力条件下,进行煤与瓦斯突出相似模拟实验。实验验证了煤与瓦斯在矿井下发生突出动力灾害现象的临界瓦斯压力为0.5~0.75 MPa,同时说明瓦斯气体对煤样在突出时有破坏和粉碎作用。     

含瓦斯煤体受载破坏的电位信号灰色突变特征研究

基于含瓦斯煤受载破坏表面电位试验系统,测试研究了不同瓦斯压力下煤样受载破坏产生的电位信号变化规律及其灰色突变特征。结果表明:含瓦斯煤的破坏是载荷与瓦斯气体共同作用的结果,高压瓦斯的蚀损作用促进了煤体的破坏,引起较高的电位信号。由于当煤样受载破坏时,高压瓦斯会楔入新生裂纹,加速煤体破坏,从而产生较高的电位强度,且煤体产生的电位强度与充入的瓦斯压力成正比。笔者建立了含瓦斯煤破坏电位信号和载荷灰色-突变模型,分析了含瓦斯煤破坏的电位、载荷突变规律,发现在含瓦斯煤破坏过程中电位和载荷的灰色突变判别式可反映煤样的损伤积累、破坏临界、失稳破坏3种状态。电位信号的灰色突变特征对含瓦斯煤破坏具有明显前兆特征。     

基于瓦斯放散特性单因素的煤与瓦斯突出模拟实验研究

使用三维煤与瓦斯突出模拟装置进行不同瓦斯放散特性煤样的煤与瓦斯突出模拟实验,分析单因素条件下煤样瓦斯放散特性对煤与瓦斯突出的影响。模拟实验进一步验证了煤体吸附瓦斯会在一定程度上降低煤体强度。实验结果表明,煤样瓦斯放散初速度与突出发生后残留煤体的坚固性系数呈负相关,瓦斯对煤样的粉碎作用会随瓦斯放散初速度增大而增强。提出突出强度系数综合表示突出发生的强度,数据显示:突出强度与煤样瓦斯放散初速度呈正相关,对于具有煤与瓦斯突出危险的煤层存在1个突出强度会急剧增加的阈值,当煤层的瓦斯放散初速度高于该数值时突出强度将明显增强。对于五轮山煤矿的5-3号煤层,该值介于13.9~16.8之间。     

构造煤对煤体瓦斯放散性影响的实验研究

为了研究构造煤对煤体瓦斯放散性的影响,分别取典型地质构造的煤样在0.1和2MPa压力下吸附瓦斯,考察煤样的瓦斯放散性。实验结果表明:随着煤样粒径的减小,煤样的瓦斯放散性增加。构造煤对煤与瓦斯突出的作用不仅体现在对煤体的强度影响,而且体现在对煤体瓦斯放散性的影响。     

利用瓦斯解吸特征指标预测煤与瓦斯突出的实验研究

理论分析了掘进工作面瓦斯涌出主要受到瓦斯含量、煤体物理力学性质的影响,并通过实验室煤样解吸试验,研究了同一煤质、不同瓦斯压力、不同粒径、不同煤体力学性质的煤样在瓦斯解吸过程中存在的显著差异,指出瓦斯解吸特征指标α可以较好地反映煤体的瓦斯含量、煤体物理力学性质的变化情况。通过现场实例验证了瓦斯解吸特征指标α对于预测预报煤与瓦斯突出危险的可靠性。     

低温对不同水分条件下煤的坚固性系数影响研究

煤体力学性质是煤与瓦斯突出的一个必要条件,提高煤体的力学性质对抑制煤与瓦斯突出的发生具有重要的意义。为探析低温环境及水分对煤体坚固性系数的影响,通过煤样加湿处理装置及低温环境坚固性系数测试装置,对不同温度及不同水分条件下煤体的坚固性系数进行测试。研究结果表明:随着温度的升高以及煤样水分的降低,煤的坚固性系数呈减小趋势;随着温度的降低以及煤样水分的升高,煤的坚固性系数呈增大趋势。研究为通过煤层注水加冷冻的措施治理煤与瓦斯突出奠定了理论基础。     

石门揭煤煤与瓦斯延时突出过程及其动力源分析

基于煤与瓦斯突出机理,本文分析了石门揭煤过程煤与瓦斯延时突出全过程及其动力源,阐述了地应力和瓦斯压力在延时突出过程中的作用及其对含瓦斯煤体流变失稳及能量变化关系,并分析了延时突出动力源形成的能量聚集过程.结果表明,煤与瓦斯延时突出不但与卸压区、应力集中区的强度、长度有关,而且与作用在煤体上的应力峰值和瓦斯压力等因素有关;煤与瓦斯延时突出动力源大致有煤层地应力、煤体中的瓦斯及瓦斯内能、煤体物理力学性质及外作用等,延时突出动力源形成过程是复杂而又多变的,瓦斯、地应力是煤与瓦斯延时突出中的主要能量,因此降低瓦斯压力、瓦斯内能和地应力,是减少煤与瓦斯延时突出的根本办法.     

高瓦斯煤层的物性参数研究

煤与瓦斯突出是一种复杂的多因子瓦斯动力灾害,主要与煤体的瓦斯吸附解吸特征及突出危险性结构组成、力学特性、瓦斯赋存等一系列因素有关。为了研究煤体瓦斯的吸附解吸特性及突出危险性,通过对某煤矿4个采样点取样,并进行了工业性分析、煤岩学分析与孔隙结构分析,测定了煤样的瓦斯特征参数,为研究煤层瓦斯赋存状况、确定煤与瓦斯突出危险性敏感指标提供借鉴。     

突出口径对煤与瓦斯突出强度影响研究

改进大型煤与瓦斯突出模拟试验装置,增加两个气体压力传感器和两个温度传感器,进行突出口径分别为10mm,30mm,50mm的煤与瓦斯突出模拟试验。试验结果表明:在0.75 MPa瓦斯压力条件下,突出口径为10mm时没有发生煤与瓦斯突出,突出口径为50mm和30mm时发生煤与瓦斯突出,突出煤体质量分别为25.40kg和15.05kg。随着突出口径的减小煤与瓦斯突出的煤量减少,突出强度降低。突出口径的大小影响煤体突出的状态,突出口径越大,煤体突出的距离越远,破坏性也越高。突出后煤样中粒径在1.6~5.0mm范围内的煤颗粒比例减小,而粒径小于0.75mm的煤颗粒比例增加,体现了突出过程中的破碎功,具有较强的粉碎性。突出口径越大,煤体越易于破裂失稳并发生煤与瓦斯突出,煤体中瓦斯的放散受突出口径的影响,使煤体中瓦斯压力梯度变化趋势不同。突出口径越大,瓦斯压力降低越快,瓦斯对煤体的粉碎性越明显,突出强度也越大,突出过程中煤体温度也发生变化,说明突出口径影响含瓦斯煤的破断失稳和突出特性。     

温度场变化对高压注水煤体瓦斯解吸量影响规律研究

通过不同温度条件下煤与瓦斯吸附、解吸实验,研究了煤与瓦斯吸附、解吸的微观机理,重点分析了高压注水对煤体瓦斯吸附、解吸的影响规律.利用具有压力控制单元和温度控制单元的煤样吸附解吸实验系统,测定煤样在不同温度下瓦斯的解吸量,通过吸附压力降低曲线计算出了吸附速率.     

煤与瓦斯突出的机理研究

使用实验物理的方法,结合煤与瓦斯突出的现象,利用辐射化学和量子力学的分析结果,推断煤与瓦斯突出的微观机理,提出"雷电"效应一直伴随着煤与瓦斯突出这一概念。分析化学变化和粒子相互作用在煤与瓦斯突出过程中的作用,得出煤与瓦斯突出的机理。     

煤与瓦斯突出机理研究进展

随着煤矿开采深度的加大,煤与瓦斯突出这一灾害日益严重,因此需对突出机理作深入研究。本文综述了瓦斯作用说,化学本质说,地应力作用说和综合假说。指出进一步的研究应把瓦斯因素、煤的物理力学性质和结构特性的影响结合起来,从时间和空间上分析含瓦斯煤岩的强度、形变、流变、集气性和物理化学性等变化规律,最终解决煤与瓦斯突出机理问题,尤其是煤与瓦斯延迟突出机理问题。     

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.     

突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。     

煤与瓦斯突出事故关键链理论研究

将煤与瓦斯突出事故过程视为链式过程,将突出防治技术措施视为断链过程。通过确定煤与瓦斯突出事故关键链,并对其采取"截断"措施,可以达到防治煤与瓦斯突出事故的目的。     

突出煤层透析解突技术研究

为了寻找突出煤层的高效解突技术,根据工作面突出煤体的显微结构照片和FLAC3D力学软件分析结果,认为软煤低透和高能瓦斯是煤与瓦斯突出的必要条件,提出了突出煤层的循环加压瓦斯透析解突技术.结果表明:低透气性是突出煤层的特点,也是瓦斯抽放的主要障碍,瓦斯加压预裂透析煤体技术,提高煤体瓦斯渗透率的同时可以解突,实施该技术可以在高瓦斯突出煤层工作面实现煤与瓦斯共采.     

煤层瓦斯运移规律及抽放机理研究

通过分析煤层瓦斯产生的原因、赋存及运移规律,以及瓦斯应力对煤体物理力学特性的影响作用,研究煤层的透气系数、煤层厚度、抽放负压等因素对煤层瓦斯抽放效率的影响,对煤层瓦斯防突及抽放有重要的参考价值。     

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。     

阜新盆地构造应力场演化对煤与瓦斯突出的控制

阜新盆地是中燕山期(J₃-K₁)断陷盆地.盆地内断裂构造主要有北北东、北东、北西西、北北西和近南北向.盆地内主要褶皱构造呈北东向雁列式排列.位于盆地内的阜新矿区煤与瓦斯突出灾害频繁发生.研究认为,构造应力场多期演化使得大多数断裂历经了多期活动,对应不同的力学性质和位移方式.构造应力场的多期演化对局部构造应力、构造煤和瓦斯赋存的分布具有重要影响.在现今北西西向构造应力场作用下,盆地内北北东向、南北向和近南北向构造由于受垂直走向的挤压应力作用,形成应力集中带,渗透率降低,瓦斯保存较好,成为动力灾害多发地带;而北西西向构造相对受拉张应力作用,瓦斯易于逸散,动力灾害程度相对较低.北东向、北西向构造发生动力灾害的危险程度介于二者之间.     

煤与瓦斯突出启动和终止的尖点突变研究

在建立煤与瓦斯突出的安全力学条件下,运用尖点突变理论研究矿井中的煤与瓦斯突出,通过构造煤与瓦斯突出的突变势函数,利用突变尖点模型对突出的启动和终止过程进行定性分析和研究,从而为煤与瓦斯突出灾害预测与防治提供新的理论依据。