基于地质构造角度的煤与瓦斯突出机理研究进展

针对我国煤矿开采过程中面临的煤与瓦斯突出问题,总结了煤与瓦斯突出机理的研究进展,通过总结现有理论模型的不足,指出构造带突出机理研究工作具有重要意义;分析了地质构造对煤与瓦斯突出3大关键因素的影响,即地质构造对煤层地应力分布和瓦斯赋存分布具有控制作用,构造运动可以改变煤的微观结构,从而改变煤的物理力学性质;总结了构造带煤与瓦斯突出过程,将其划分为准备、发动、发展和终止4个阶段,其中准备阶段包括构造运动和采掘作业2部分;基于现有研究成果的不足,从地质构造角度提出了煤与瓦斯突出有待深入研究的方向。     

能量转移论在预防瓦斯突出分析中的应用

根据事故致因理论的能量意外释放论,结合煤与瓦斯突出假说中的瓦斯作用说及瓦斯突出综合能量假说理论,从系统安全科学的角度对煤与瓦斯突出的原因进行了分析;有利于对煤与瓦斯突出机理的进一步认识;笔者运用系统安全科学的观点提出了防治煤与瓦斯突出的对策。     

煤与瓦斯突出研究现状及分析

阐述了煤与瓦斯突出机理的研究现状和基本特征,分析了煤与瓦斯突出机理研究中存在的问题。研究表明,煤与瓦斯突出机理的影响因素已经从单因素向多因素发展,综合作用假说得到了普遍认可,这为防突工作提供了理论依据。煤与瓦斯突出特征、物理模型的近似定量化及数值模拟、现场防突测评等方面还需要进一步深入研究。     

煤与瓦斯突出的影响因素及其预防措施

根据煤矿煤与瓦斯突出的机理和突出的一般规律,提出预防和控制煤与瓦斯突出的技术措施,对保证煤矿正常的安全生产起到了一定的参考作用。     

煤与瓦斯突出的预测及防治措施

在总结分析了国内外煤与瓦斯突出机理、突出类型、突出条件、突出一般规律和影响因素的基础上，重点比较分析了煤与瓦斯突出预测的各种方法及针对性防治措施，指出神经网络是预测煤与瓦斯突出非线性问题的最有前景的方法。     

煤与瓦斯突出粘滑机理研究

根据煤与瓦斯突出的地质力学模型,设计了煤与瓦斯突出过程摩擦滑动模拟实验系统,对地应力、瓦斯、煤体结构等因素的作用机理进行模拟研究,发现在煤与瓦斯突出过程中存在粘滑失稳现象,其特征受多种因素影响;提出了煤与瓦斯突出的粘滑失稳机理;对煤与瓦斯突出中的振动波动、延期突出及突出间歇等现象进行了新的理论解释,指出煤与瓦斯突出粘滑失稳伴生的AE等物理现象对瓦斯突出非接触式连续预报有重要理论意义。     

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。     

一起综掘机割岩诱导瓦斯动力现象分析及防治对策

依据煤与瓦斯突出的基本原理,通过地应力、外载扰动及瓦斯内能等激发煤与瓦斯突出的3个因素,对一起综掘机割岩震动诱导的瓦斯动力现象进行分析,结果表明,执行了区域防突措施后残存瓦斯压力已不具备发动突出动能的煤体,在地应力和外力作用下仍然能够发生煤与瓦斯突出。对深部开采煤与瓦斯突出机理和突出指标临界值问题进行了探讨,指出应注重预防综掘机割岩震动诱导作用,并给出了同类条件下防治煤与瓦斯突出事故的对策。     

煤与瓦斯突出地质控制机理探讨

在综合考察国内外煤与瓦斯突出研究基础上,从瓦斯地质角度深入分析构造煤体、高压瓦斯和构造作用等影响突出发生的关键因素,初步提出以瓦斯突出煤体为核心的煤与瓦斯突出地质控制机理。认为地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度以及厚度分布,控制着煤与瓦斯突出;煤与瓦斯突出动力现象是一定规模的瓦斯突出煤体在临近采掘工作面煤壁时,卸载引起煤体拉张向深部扩展破坏,煤层透气性高倍增加,同时煤体内大量瓦斯因降压而快速解吸,靠近煤壁的煤体内瞬间形成高动能的气、煤颗粒混合体,类似点爆炸药包,造成煤层严重崩塌破坏,发生煤与瓦斯突出。以郑煤集团大平煤矿“10·20”特大型煤与瓦斯突出为基础,进行地质控制煤与瓦斯突出实例分析,结合新疆自治区煤矿瓦斯地质特征揭示了瓦斯突出煤体发育和分布规律。     

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。     

煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理

由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。     

我国煤与瓦斯突出防治理论技术研究进展与展望

我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最为严重的国家,在突出预防方面进行了大量深入的研究和实践,突出防治取得了较为显著的效果,但近年来突出灾害事故仍时有发生.为了进一步提高深部矿井煤与瓦斯突出防控技术,提升煤矿安全、智能化水平和煤炭安全保障能力,分析了突出发生机理研究进展及现状,阐述了我国煤与瓦斯突出预测及监测预警手段的关键技术...     

关于煤与瓦斯突出的数值模拟

根据煤岩体介质变形与瓦斯渗流的基本理论,建立了煤岩破裂过程气固耦合作用的RF-PA2D-GasFlow模型,应用该模型对煤与瓦斯突出进行数值模拟,再现含瓦斯煤岩在瓦斯压力、地应力及煤岩力学性质共同作用下煤岩损伤破裂并诱致突出的全过程,这为进一步深入理解煤与瓦斯突出机理及瓦斯抽放防治突出等提供理论基础和科学依据。     

煤与瓦斯突出的突变规律的参数研究

把煤与瓦斯突出看作是一个复杂的系统,利用系统论中的突变模型分析研究煤与瓦斯突出机理。围岩应力与应变作为控制参数,采矿活动作为状态参数,分析研究煤与瓦斯突出参数的变化规律,为煤与瓦斯突出的理论研究和实验方案的确定提供了参数计算基础。     

基于气体驱动煤与瓦斯突出试验系统的研制与应用

为进一步研究气体驱动对构造带发生煤与瓦斯突出的影响规律及其孕灾机理,自主研发了“基于气体驱动的多场煤与瓦斯突出试验系统”,其主要由加载系统、三轴压力室、快速泄压系统、温控系统、数据采集系统、声发射监测系统、辅助系统等组成。该试验系统主要功能:① 可进行不同温度、不同瓦斯压力下标准型煤和原煤试样的煤与瓦斯突出试验;② 能进行不同尺寸煤样的突出试验,并能采用不同尺寸的突出口,控制突出强度;③ 将声发射探头安装在三轴室的压头内,使探头与试验系统一体化;④ 可通过次压力室的透明结构观察突出全过程;⑤ 试验系统含有多级压力室,改变突出口外部的气体压力,诱发延时突出。试验结果表明:气体压力对煤样有较明显的粉化作用,原煤煤样的突出现象更接近现场实际,突出后不仅存在粉化的煤粉,还有大量的大颗粒煤粉和小煤块,从而出现封堵突出口、抑制突出的现象。     

煤与瓦斯突出的渗透失稳机理分析

为探索煤与瓦斯突出机理,基于流固耦合理论,对地面煤田钻井、实验室巷道增压试验及金属栅栏的抑突效应进行了分析,提出了煤与瓦斯突出属渗透性失稳的观点,其主要内容是:煤层瓦斯压力梯度是反映地应力、瓦斯压力和煤层渗透性相互影响的一种综合性指标。突出分为2个阶段:第1阶段是煤体失稳阶段,产生失稳的动力是瓦斯的渗透力;第2阶段是煤与瓦斯突出的运移阶段,其主要动力是瓦斯的膨胀压力。瓦斯的渗透力取决于瓦斯压力梯度,而瓦斯膨胀压力取决于瓦斯绝对压力。降低煤层瓦斯压力、增加巷道气压背景值及延长渗流途径是降低煤层瓦斯压力梯度的3种途径。     

煤层瓦斯非线性流动理论研究现状与展望

研究煤层瓦斯非线性流动理论有助于进一步认识煤与瓦斯突出机理,揭示煤层瓦斯非线性流动的致因是研究煤层瓦斯运移机理的关键。基于前期研究及文献调研,总结了国内外在煤层瓦斯非线性流动理论研究方面所取得的重要进展,展望了该领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势,认为煤层瓦斯非线性流动理论研究正朝着精细化、多因素多条件耦合的方向发展,加强多因素影响下煤层瓦斯非线性流动致因与非线性流动—多物理场耦合理论等方面的研究是未来主要发展方向。     

水射流切槽诱导高瓦斯煤体失稳喷出机制与应用

针对钻孔内水射流切槽诱发煤体失稳喷出问题,探讨了在水射流破煤与瓦斯压力作用下的煤体切槽诱导失稳喷出机制,并推导了诱导失稳发生的判据公式。基于古汉山矿10631运输巷二1煤层,采用ANSYS软件数值模拟分析了切槽煤体应力分布及演化特征;并基于裂纹扩展试验分析了水射流冲击煤岩断裂特性;最后,进行了现场试验与应用。数值模拟和实验室试验结果表明：围压条件下,切槽煤体周围会形成应力显著变化区,且随切槽深度的增加而扩大和增强;大直径水射流冲击破断煤岩分为初期响应、稳定破坏和断裂突变3个阶段,煤岩破裂具有瞬时性。现场试验应用表明,水射流切槽会诱发煤体失稳移动,失稳喷出现象与理论分析较吻合,切槽诱导失稳钻孔的累计和瞬时瓦斯排放量是常规钻孔的3~4倍,有利于提高钻孔瓦斯抽采能力和防治矿井煤与瓦斯突出。     

Study on the formation mechanism of shock wave in process of coal and gas outburst

According to the research results of motion parameters of coal-gas flow, analyzed the formation mechanism of shock waves at different states of coal-gas flow in the process of coal and gas outburst, and briefly described the two possible cases of outburst shock wave formation and their formation conditions in the process of coal and gas outburst, and then pointed out that a high degree of under-expanded coal-gas flow was the main reason for the formation of a highly destructive shock wave. The research results improved the shock wave theory in coal and gas outburst. Supported by the Key Program of National Basic Research Program of China (973) (2005CB221504); the Key Program of National Natural Science Foundation of China (50534080)