应力对含瓦斯煤解吸特征影响的试验研究

深部开采时地应力的升高和剧烈开采的扰动,容易在采掘工作面形成应力集中区,从而导致应力主导型的突出事故和冲击-瓦斯复合动力灾害发生。为了探索深部开采时应力对含瓦斯煤解吸及涌出特征的影响规律,提高矿井瓦斯灾害治理的精准性,以焦作矿区九里山矿无烟煤为研究对象,利用煤岩三轴渗流-吸附-解吸试验装置进行了不同应力状态下煤样的等温解吸试验和恒吸附压力下的应力解吸响应试验,分析了应力作用对煤的解吸涌出特征的影响规律。研究结果表明:应力直接影响含瓦斯煤的解吸能力,决定应力集中区煤层瓦斯的涌出特征;在吸附等量瓦斯气体的情况下,煤的瓦斯解吸累积量、解吸初始速率均随着应力增加逐渐增大,解吸速率衰减指数随应力增加变化不大但呈现逐渐减小趋势,应力作用促进了煤样的瓦斯解吸;通过恒吸附压力下煤样对不吸附性气体(He)和吸附性气体(CH_4)应力解吸响应的对比试验,验证了应力作用会明显诱导煤样的解吸行为,导致相同条件下煤样的吸附能力降低;研究结果阐明了应力对含瓦斯煤解吸涌出特征的影响,揭示了应力对煤基质瓦斯解吸的诱导作用,对深部开采煤层瓦斯灾害的防治和煤层气的开采具有理论和工程实践意义。     

采动条件下顺层低渗透瓦斯抽采数值模拟研究

为了研究煤层在采动条件下,工作面顺层低渗透瓦斯钻孔抽采效果的关键影响因素及煤体瓦斯抽采渗流规律,通过煤层瓦斯渗流控制方程、煤体孔隙率和煤体应力变形控制方程,构建了煤体瓦斯抽采条件下瓦斯流固耦合数学模型;基于多物理场数值分析软件（COMSOLMultiphysics）建立瓦斯抽采数值模型,分析了单孔钻孔距回采工作面不同距离和多孔排布回采工作面不同推进距离下抽采瓦斯压力和消突区域分布。结果表明,抽采钻孔周边瓦斯压力逐渐降低,最终趋于稳定,钻孔距回采工作面越近,瓦斯压力下降速度越快,抽采效率越高,且消突区域随着开采推进距离增大而增大。研究结果为工作面瓦斯抽采钻孔参数的设计优化提供了有益的参考。     

加卸载条件下煤样能量与渗透特性试验研究

为了研究煤样在开采影响下的动态演化过程,基于含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行了常规三轴加载试验和加卸载试验,分析煤样的能量演化规律和渗透特性。研究结果表明,加卸载试验较加载试验下试样的扩容起始点发生提前。加卸载试验中总能量比加载试验中的总能量要大,耗散能演化更加剧烈,而弹性能可以更早达到储能极限;在加卸载试验中耗散能超越弹性能占比的特征点发生提前。渗透率均表现出先快速下降后缓慢下降的规律。该研究对煤与瓦斯共采具有重要指导意义。     

受压状态下块状煤体透气性试验研究

煤层渗透性是瓦斯流动理论重要的研究内容,含瓦斯煤渗透率是反映瓦斯气体于煤层中渗流难易程度的重要指标,是标志着煤层中瓦斯抽采抽放难易程度的关键参数,同时也是煤层瓦斯多场耦合的重要物性参数。以新安矿块状软煤煤样为研究对象,搭建了单轴煤层渗透性试验平台,对煤块渗透特性的固气耦合进行试验研究,旨在探索耦合作用下瓦斯气体的流动和煤岩体的固气耦合特性,以确保高瓦斯煤矿在服务年限内的正常使用。实验结果表明,煤体渗透率与垂直煤体裂隙节理面的轴压和进气压力呈反比关系,而与煤样的体积呈正比关系。     

极薄保护层开采的保护效果研究

为考察极薄保护层开采后对被保护层的保护效果,以平煤十二矿己15突出煤层为研究对象,拟将其上部9~12 m厚度0.3~1.1 m的己14极薄煤层作为保护层开采,以达到己15被保护层区域消突的目的。通过对被保护层区域防突效果检验指标的现场测试、被保护层工作面瓦斯抽采效果及其开采过程中瓦斯涌出规律分析3种方法,综合评价了保护层开采对被保护层的保护效果。被保护层瓦斯抽采效果表明,保护层工作面开采过程中,被保护区域最大日瓦斯抽采量增加17.61倍,月瓦斯抽采量增加了11.48倍,风排瓦斯量增加了2.74倍;区域防突效果检验效果表明,瓦斯残存量在1.91~7.37 m~3/t范围内;瓦斯涌出规律表明:被保护层充分卸压之后,己15开采过程中,测得瓦斯涌出量降为6.5 m~3/min。综合评价说明,己14煤层31010工作面开采对己15-31010被保护层工作面起到了区域消突的保护作用。     

贵州某煤矿瓦斯预抽效果分析

贵州省某煤矿开采薄及中厚近距离煤层群,该煤矿煤层瓦斯含量高,所属贵州省纳雍县是煤与瓦斯突出片区。矿井首采M2煤层工作面瓦斯涌出量大,瓦斯涌出来源广,工作面回采前主要采用的瓦斯治理措施有布置底板穿层钻孔和本煤层顺层钻孔预抽煤层瓦斯,掘进工作面主要采取边掘边抽的瓦斯抽采措施,确保达到消突效果。     

瓦斯对冲击倾向性能量指标影响的数值模拟

为探究瓦斯对煤冲击倾向性能量指标的影响,基于含瓦斯煤的受力特点,建立含瓦斯煤样气-固耦合控制方程,并植入COMSOL数值模拟软件,开展瓦斯对弹性能量指数和冲击能量指数的影响研究。结果表明:伴随瓦斯压力的增加,煤样中塑性应变区域扩大,且塑性应变程度有所增加,煤样储存弹性应变能的能力下降;煤样变形破坏过程中消耗能量增加,煤样完全破坏后盈余能量减少,导致冲击能量指数和弹性能量指数降低;瓦斯弱化了煤的冲击倾向性,在含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价过程中应充分考虑瓦斯对煤冲击特性的影响。     

采动影响下卸压瓦斯渗流规律物理相似模拟实验研究

 利用自主研发的固气耦合物理相似模拟实验平台，对开采过程中煤层底板应力分布特征及卸压瓦斯渗流速度随工作面推进的变化规律进行了实验分析，得出了采空区煤层底板支承压力分布规律及其影响区域的范围，分析了沿采空区上方横向方向瓦斯渗流速度变化形成的“三带”范围，总结了卸压瓦斯的渗流规律。研究结果为现场瓦斯抽采提供了技术支持。     

近距离突出煤层群首采面瓦斯综合治理技术应用

针对依兰三矿极复杂地质条件下近距离突出煤层群开采时面临的瓦斯突出和回采工作面瓦斯超限、自然发火等问题,从保护层开采影响范围、开采后的残余瓦斯压力、回采面瓦斯涌出量、煤层自然发火角度分析了各煤层开采顺序,确定了首采面布置在上1煤层,从上至下依次开采较为合理。回采前确定采用千米定向钻机预抽中煤层巷道区域瓦斯+中煤层穿层钻孔预抽上1煤层条带瓦斯的区域消突方法;回采期间工作面采用高位钻孔+顺层钻孔的瓦斯治理方法,从而实现卸压抽采、条带消突预抽、实施防灭火工程等。采用以上瓦斯治理方法能够有效解决工作面瓦斯超限,达到了区域消突的目的,千米钻机长钻孔钻孔抽放浓度维持在80%以上,回风流瓦斯体积分数基本稳定在0.4%以下。     

冲击地压煤层瓦斯异常涌出原因分析及控制

针对冲击地压煤层采掘过程中瓦斯异常涌出治理难题，采用理论分析结合现场考察的方法，分析了冲击地压煤层瓦斯异常涌出影响因素、发生原因及控制方法。研究结果表明，冲击地压煤层瓦斯异常涌出影响因素主要包括煤岩固有冲击属性因素、煤岩体结构因素、应力因素、瓦斯因素及开采因素五个方面。冲击地压煤层采掘过程中瓦斯异常涌出发生原因为受采动影响，煤岩体应力集中区突然卸荷，渗透率增加，瓦斯解吸膨胀，发生异常涌出。冲击地压煤层瓦斯异常涌出防治途径可采用超前切断顶板、大面积钻孔卸压、煤层爆破卸压、区域瓦斯预抽、强化局部瓦斯抽采等措施，以降低冲击地压煤层瓦斯异常涌出危险性。研究成果在某矿I010203工作面进行实践，治理效果良好，可为类似条件下瓦斯异常涌出防治提供借鉴。     

近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术研究

近距离突出煤层群条件下,进行有效的区域瓦斯治理措施,包括必要的瓦斯抽采和煤层消突措施,能够保障开采过程中的安全。本文针对原相矿近距离突出煤层群区域瓦斯治理中存在的问题,分析目标煤层瓦斯赋存及运移规律,提出适合原相矿采掘抽衔接的区域防突措施,优化原始煤层瓦斯预抽参数和被保护煤层卸压瓦斯抽采参数,最终形成原相煤矿区域瓦斯综合治理技术。该技术的使用有效的降低了突出煤层的瓦斯含量,消除了突出煤层的突出危险性,缓解了原相煤矿采掘抽接替紧张的矛盾,为矿井的安全高效开采提供了技术保障。     

综放技术在抚顺老虎台矿特厚煤层中的应用

近几年来,在复杂地质构造、高瓦斯、煤与瓦斯突出和强冲击地压的抚顺老虎台矿特厚煤层中,成功地实施综放开采技术,并做到了合理确定分层开采工作面参数和采放高度,解决了顶煤悬顶和大块问题,同时在瓦斯治理、防突、采区防灭火、综合防尘等技术方面有很大突破,且获得成功。     

保安煤业突出矿井瓦斯综合防治技术实践

保安煤业8#、9#煤层掘进过程中发生的瓦斯动力现象为压出型突出,经鉴定8#、9#煤层为煤与瓦斯突出煤层,保安煤矿为突出矿井。把15#煤层作为保护层开采(15#煤层经鉴定为非突出煤层),由下行开采变为上行开采,减少煤与瓦斯突出威胁;利用顶板走向高抽巷和穿层钻孔抽放上邻近层及采空区瓦斯,解放上部8#、9#煤层,实现区域消突,把8#、9#突出煤层变为不突出煤层;利用伪倾斜高抽巷、专用排瓦斯巷和穿层钻孔抽放初采瓦斯,解决15#煤层工作面上隅角瓦斯超限问题。     

煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出危险性研究

 通过分析含瓦斯煤体的力学性质及其破坏类型,说明了突出的发生是由于含瓦斯煤的Ⅱ类破坏和瓦斯高速渗流耦合作用的结果,为掘进工作面前方煤体的应力分布特点及防止突出的发生提供了理论依据。分析了煤巷掘进过程中卸压区宽度与突出危险性的关系,推导出煤巷巷帮在支护条件下的卸压区安全宽度公式,并针对某矿区的实际情况进行了验证。所得结论对预测预报掘进工作面突出、合理确定巷道支护形式具有重要的意义。     

顶板高位裂隙多层位全覆盖布孔在综采工作面的应用研究

鹤煤八矿3203综采工作面为突出煤层采煤工作面,在回采过程中采用顶板裂隙多层位全覆盖布孔抽采技术杜绝瓦斯超限问题。针对煤层大采高采煤的工作面,综合采用大直径顺层钻孔的瓦斯预抽消突、高位裂隙钻场采空区抽放瓦斯等技术方案,不仅实现了煤层工作面的迅速消突,而且还有效控制了工作面瓦斯涌出,控制了瓦斯超限及积聚,确保了综采面高效安全的生产。     

永盛煤矿南井主采煤层煤与瓦斯突出危险性评估

选用永盛煤矿南井主采2#和9#煤层作为研究对象,根据该煤层最大瓦斯压力和煤样瓦斯基本参数测试结果,评估其突出危险性。测试结果表明:永盛煤矿南井2#和9#煤层突出危险性单项指标和综合指标均超过了《防治煤与瓦斯突出规定》规定的临界值;该井田范围内无明显直达地面的断裂构造,瓦斯难以从构造带释放;煤层埋藏较深且上覆岩层大多为透气性差的岩层,瓦斯保存条件较好。分析确定永盛煤矿南井2#、9#煤层为具有煤与瓦斯突出危险性煤层。     

淮北矿区瓦斯突出煤层煤层气抽采技术

本文根据淮北矿区实际，提出并分析研究了淮北矿区突出煤层采掘工作面煤层气抽排技术。矿区主要选择了突出煤层巷帮“边掘边抽”与掘进工作面前方短孔排放相结合的抽排技术，双层钻孔与采煤工作面风巷布置抽排钻孔成“3高2低”，高层钻孔用于抽放拦截被保护层的高浓度瓦斯，低层钻孔用于抽放本煤层采空区的遗留瓦斯。结合地面钻孔及老塘埋孔抽排，达到消除突出煤层开采危险的目的。     

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。     

观文煤矿煤与瓦斯共采中瓦斯抽采前期研究

 摘要： 以低透气性、强突出危险煤层群矿井—观文煤矿为研究对象,深入研究该矿的瓦斯抽采方案设计。抽采方案主要包括：保护层回采区域顺层钻孔预抽、邻近层卸压瓦斯、采空区瓦斯抽采、底板穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯、煤巷掘进工作面边掘边抽。