钻孔瓦斯流动模型及其应用的误差分析

为了明确煤层透气性系数计算式的误差,采用朗格缪尔式瓦斯含量和抛物线式瓦斯含量建立3种钻孔径向瓦斯流动数学模型(常系数式、抛物线式和朗格缪尔式),通过数值模拟定量计算模型简化后钻孔周围瓦斯压力分布、含量分布以及钻孔瓦斯涌出速度和累积涌出量的差异.结果表明:对于煤层瓦斯含量计算式,将朗格缪尔式简化为抛物线式并没有使计算得到实质性简化,煤层瓦斯含量应选用朗格缪尔式;常系数模型与朗格缪尔式模型存在本质上的差异,对钻孔瓦斯涌出特性及煤层透气性系数的计算造成不可估量的误差;通过解算朗格缪尔式模型,提出新的煤层透气性系数计算式,为钻孔瓦斯涌出数值计算及其工程应用提供一定的参考.     

马依西一井煤层瓦斯赋存规律分析及突出危险性评估

马依西一井为在建矿井,煤层瓦斯资料缺乏,通过分析测得的地勘期间采集的煤芯样的瓦斯含量,得出了矿井瓦斯赋存的基本特征。并对各主采煤层采样点埋深、标高和瓦斯含量进行回归统计分析,得出了煤层瓦斯赋存的规律。依据朗格缪尔公式,反算煤层瓦斯压力,并运用综合指标法结合反算的瓦斯压力,对回风井揭煤点处的煤与瓦斯突出危险性进行了评估。     

新建矿井煤与瓦斯突出危险性评估

新建矿井瓦斯资料缺乏,尤其是瓦斯含量与瓦斯压力数据。基于新建矿井勘探期间勘探钻孔取得的煤样,利用勘探钻孔煤芯解吸法测定了煤层瓦斯含量等参数,依据计算煤层瓦斯含量的朗格缪尔方程,推导出原始煤层瓦斯压力。根据计算得到的煤层瓦斯压力及周边生产矿井资料,对宝达煤矿K2煤层煤与瓦斯突出危险性进行了评估。     

瓦斯含量直接测定法在大方煤田的研究

利用DGC型瓦斯含量直接测定装置对煤样进行瓦斯解吸速度和瓦斯解吸量的测定,结合损失量推算模型进行损失瓦斯量的推算和常压解吸量的计算,得出煤层的可解吸瓦斯含量,再通过朗格缪尔方程计算煤层的不可解吸瓦斯量,从而实现煤矿井下煤层瓦斯含量的直接快速测定.经过在大方煤田的现场试验,将直接测定法与间接法测算的煤层瓦斯含量进行比较,反算了煤层瓦斯压力,与实测瓦斯压力进行对比验证.结果表明:直接法和间接法测算的煤层瓦斯含量值、瓦斯压力值相近,该法可为矿井提供了准确可靠的煤层瓦斯基本参数.     

基于煤体瓦斯含量对测定煤层瓦斯压力准确性分析

基于煤体的瓦斯含量,分析了测压室长度与封孔过程中瓦斯的释放量对测压准确性的影响,并依据理想气体状态方程与煤层瓦斯含量的朗格缪尔方程,推导出原始的煤层瓦斯压力与实际测出的煤层瓦斯压力、测压室长度以及封孔过程中瓦斯释放量的表达式,对实际测得的瓦斯压力进行了修正。经计算发现,测压室长度越长,封孔过程中瓦斯释放量越多,最终测定的瓦斯压力与煤层原始瓦斯压力偏差越大,在封孔过程中应尽量减小测压室的长度,加快封孔的速度。     

分析组分对间接法测定煤层瓦斯压力的影响

当煤层瓦斯中的CH4浓度低于80%时,用朗格缪尔气体吸附方程间接测定煤层瓦斯压力可能出现一定误差,因此在进行煤层瓦斯压力计算时,将煤层瓦斯的多组分气体折算成CH4气体来计算瓦斯压力,结果表明:这种校正后间接测定的瓦斯压力误差平均为0.08 MPa,而不直接进行校正测定的平均误差为0.12 MPa,经校正后间接测定的误差可满足实际使用的要求。     

钻屑瓦斯解吸指标逆向推算煤层瓦斯含量

煤层预抽后需对其抽采效果进行评价,煤层原始瓦斯含量是评判依据之一。受煤层含水较大影响,现场无法准确测定煤层瓦斯含量。为满足现场需要,及时准确地测定瓦斯含量,采用现场实测钻屑瓦斯解吸指标值,结合朗格缪尔方程可逆向推算煤层瓦斯含量。研究结果表明:瓦斯含量逆向推算法克服了煤层含水影响,能准确、方便地计算煤层瓦斯含量,为煤层瓦斯抽采后效果评判提供了依据。     

朗格缪尔方程改直方式对瓦斯吸附常数计算结果的影响

对朗格缪尔方程进行改直,是利用等温吸附平衡试验数据计算吸附平衡常数的常见做法。选取6组不同矿区的煤样瓦斯等温测试数据,分析了朗格缪尔方程不同改直方式对吸附常数回归计算结果的影响。研究表明:对于同一组瓦斯吸附平衡数据(pi,xi),采用不同方式对朗格缪尔方程改直,回归得到的吸附常数往往不一致,有时甚至差异很大,这种差异产生的主要原因是测试数据本身的误差所致;无论采用何种方式对朗格缪尔方程进行改直,回归过程均会产生计算误差,从回归运算次数分析、数据点分布和相对误差来看,改直表达式(2)计算准确度优于表达式(3),利用LINGO软件编写程序直接对朗格缪尔方程进行求解,吸附常数的计算准确度最高;利用表达式(2)、表达式(3)得到的吸附常数计算煤层瓦斯吸附量也会存在误差,其相对误差具有随瓦斯压力升高而减小的趋势,由表达式(2)产生误差小于表达式(3)。     

平庆煤矿区域预测瓦斯含量临界值的研究

为了确定平庆煤矿C7+8煤层的煤与瓦斯突出区域预测瓦斯含量临界值,通过理论分析、计算该煤层最小突出瓦斯压力,应用朗格缪尔公式进行反算煤层瓦斯含量并采取安全系数,初步定量确定C7+8煤层相对瓦斯压力0.74 MPa对应的瓦斯含量最小值为10.23 m3/t。根据"三率"法确定瓦斯含量临界值的原则及方法,结合现场试验研究成果,最终确定了煤与瓦斯突出区域预测瓦斯含量的临界值,即残余瓦斯含量临界值为9.50 m3/t。     

梁北煤矿21030工作面煤与瓦斯突出危险性预测研究

通过对梁北煤矿21030工作面瓦斯活动资料的收集、整理及现场瓦斯参数的测定,利用朗格缪尔方程推算出工作面中瓦斯压力.在综合考虑煤体结构及煤层瓦斯参数基础上,根据煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值,对工作面煤与瓦斯突出危险性进行了预测;预测结果表明,21030工作面具有煤与瓦斯突出危险.     

煤层软硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响

为研究煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响,分析了煤层内软分层的形成机理及结构特征,采集了我国多个煤与瓦斯突出矿井的煤样作为试验对象,应用高压容量法开展了软、硬分层煤样吸附瓦斯性能参数的对比试验,探讨了软煤、硬煤吸附性能的差异性。在此基础上,对煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性与瓦斯赋存特征之间的关联进行了研究,结果表明：试验煤样软分层的极限吸附量均大于硬分层;随着瓦斯压力的增加,试验煤样软、硬分层瓦斯含量的差值逐渐增大,其曲线的变化特征与Langmuir方程类似,并且软、硬分层瓦斯含量数值的差异主要由吸附量差值构成;煤层软、硬分层吸附瓦斯性能的差异不仅对煤层原始瓦斯赋存特征有着显著的影响,同时还将影响煤巷掘进、瓦斯抽采过程中煤体内瓦斯流场的分布规律,需要根据煤层软、硬分层的组合特点,制订切实有效的瓦斯抽采技术方案。     

外加水分对煤层瓦斯压力测定的影响分析

针对钻孔及煤岩层水对瓦斯压力测定的影响问题,从宏观影响和微观效应两方面分析了水对直接法测定煤层瓦斯压力的影响。宏观影响主要是由水的重力产生的,可以通过测试后计量钻孔中水分进行修正;微观效应通过实验室开展水对煤中瓦斯的置换实验进行分析。实验表明:水能够置换煤微孔隙中的瓦斯,使吸附态的瓦斯变为游离态瓦斯;在未饱和状态下,煤中含水率在2%～10%时,瓦斯的置换量随含水率的增大而增大,最终平衡的瓦斯压力也变大;从置换速率来看,初期置换速率迅速增加到最大,达到顶峰后进入衰减阶段,衰减趋势比较符合指数衰减规律;从卸压后的瓦斯解吸规律来看,煤样瓦斯解吸量随煤层含水率的增大而减小。考虑到现场测试时测压气室的体积、水对煤的润湿范围、煤的含水率等不确定影响因素,现场尚不能进行水对瓦斯压力影响的定量研究。     

基于层次分析法的煤与瓦斯突出预测研究

为了对煤与瓦斯突出进行预测,采用层次分析法研究了煤与瓦斯突出预测方法,分析了煤与瓦斯突出因素,对煤与瓦斯突出瓦斯压力和瓦斯含量临界值进行了确定。建立了煤与瓦斯突出的相关指标的层次分析模型。研究得出,某矿5号煤层的煤层瓦斯压力指标临界值为0.68 MPa,5号煤层瓦斯含量指标临界值为10.8 m³/t;影响煤与瓦斯突出的指标依次为煤的破坏类型和坚固性系数、顶板强度和厚度、煤层厚度、瓦斯压力、地质构造、瓦斯含量和埋深。研究为类似条件下煤与瓦斯突出预测提供了技术支持。     

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。     

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。     

石拉乌素煤矿煤层瓦斯参数测定及瓦斯赋存规律研究

煤层瓦斯基本参数是矿井瓦斯防治的基础数据,内蒙古昊盛煤业有限公司石拉乌素煤矿煤层瓦斯数据较少,瓦斯防治缺乏技术依据。简述了石拉乌素煤矿煤层瓦斯参数的测定方法和过程,测定矿井主要煤层瓦斯压力和瓦斯含量等参数,丰富了矿井瓦斯基础数据体系,为矿井瓦斯赋存规律研究和瓦斯防治提供了有力技术支撑。     

矿井瓦斯赋存影响因素及瓦斯地质规律研究

分析了断层、褶曲、顶底板岩性、煤层埋深对矿井瓦斯赋存的影响,煤层埋深是控制瓦斯含量的主导因素,分析了矿井瓦斯地质规律,煤层瓦斯含量与瓦斯压力与煤层埋深一般呈线性相关。研究得出,位于矿井二₁煤层埋深450 m处,瓦斯含量为3.89 m³/t 。计算箕山井田瓦斯风化带深度为640 m,研究区全部处于瓦斯风化带内以及埋深与瓦斯压力和瓦斯含量的关系。研究为矿井瓦斯抽放的设计提供理论依据。     

煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响

为了研究煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响,在常温、常压下,用四氢呋喃抽提了淮北矿区的青东8煤、许疃3煤和孙疃8煤中的有机质,对比分析了原煤和残煤的瓦斯吸附量,常压真空解吸量和放散初速度Δp的变化规律。结果表明：抽提后,青东8煤和许疃3煤瓦斯吸附量减少,抽提前后瓦斯吸附增量随压力增加先增大后减小,Δp减小;孙疃8煤瓦斯吸附量无明显变化,Δp增大;3种煤样的常压真空瓦斯解吸量均增大。分析认为：突出煤层中,瓦斯溶解于煤中可溶有机质,形成固溶体,增加了煤层瓦斯含量,提高了瓦斯放散速度,煤层突出危险性增大;非突出煤层中可溶有机质占据了部分孔隙,可减缓瓦斯释放,降低瓦斯释放速度。     

沙曲矿2号煤层瓦斯赋存规律研究

瓦斯是地质作用的产物,从地质角度研究煤层瓦斯赋存规律及其控制因素是矿井瓦斯防治最为基础的工作和行之有效的方法。基于煤田地质勘查、矿井地质及相关瓦斯测试参数等资料,采用瓦斯地质理论和数理分析方法,对沙曲矿2号煤层瓦斯赋存规律进行了研究。研究结果表明:沙曲矿2号煤层瓦斯赋存规律主要受地质构造、地下水动力条件、煤层埋深、煤层围岩特征、煤变质作用等地质因素及其耦合作用控制。地质构造多具有封闭保存瓦斯性能,是控制煤层瓦斯赋存局部不均衡性的关键地质因素;地下水动力弱且具有承压性,对瓦斯保存起到良好的封堵效应;一定厚度的泥质岩是瓦斯保存的良好盖层,埋深与瓦斯含量关系显著,埋深越大,瓦斯含量越高,反之亦然;煤的变质程度相对较高,煤层生烃动力强,有利于煤层生烃和提高瓦斯含量。     

高强度开采低瓦斯煤层时瓦斯涌出的时空分布特征及关键影响因素

瓦斯涌出受诸多因素的影响,为了研究低瓦斯煤层综放工作面高强度开采时瓦斯涌出的时空分布特征及关键影响因素,采用现场实测的方法,分别研究了高强度开采条件下低瓦斯综放工作面生产班和检修班的瓦斯浓度分布特征,以及煤炭产量、配风量、矿山压力、工作面推进速度和煤层瓦斯含量对瓦斯涌出的影响。结果表明：检修班工作面的瓦斯浓度受采空区漏风流的高浓度瓦斯影响较大,而生产班工作面的瓦斯浓度主要受采落煤释放瓦斯的影响;工作面煤壁瓦斯涌出量约为75.17%,采空区瓦斯涌出量约为24.83%;通过对不同影响因素的研究,得出工作面的煤炭产量和工作面推进速度是影响高强度开采低瓦斯煤层综放工作面时瓦斯涌出的关键因素。