金岩煤矿回采工作面瓦斯分布及涌出规律研究

针对金岩煤矿13411工作面回采过程中出现的瓦斯涌出异常、瓦斯来源不明等问题,采用工作面瓦斯浓度现场测定法、理论计算、巷道测定法、采空区埋管等方法,对主要瓦斯来源包括落煤瓦斯涌出量、煤壁瓦斯涌出量及采空区瓦斯涌出量进行了测定计算及理论分析。得出金岩煤矿13411工作面瓦斯总涌出量60.5 m3/min,其中落煤瓦斯涌出量27.64 m3/min,占比45.69%;煤壁瓦斯涌出量23.74 m3/min,占比39.24%;采空区瓦斯涌出量9.12 m3/min,占比15.07%。并提出了本煤层扇形布孔预抽及回风巷高位岩石钻孔对采空区进行瓦斯抽采,为13411工作面瓦斯治理提供了指导依据。     

突出时沼气涌出动态分析和求定沼气涌出量的方法

文章对发生突出时瓦斯涌出动态的研究结果做了分析。分析表明,沼气浓度时间变化曲线可以划分成两段各具特色的线段。有两个沼气涌出源起作用:一个是从突出煤中涌出瓦斯;另一个是从工作面新暴露面涌出瓦斯。提出了计算突出时涌出瓦斯量的公式和在这两段上确定瓦斯浓度变化系数的方法。     

高位钻孔抽采技术在工作面瓦斯治理中的应用

上良煤业工作面瓦斯涌出量大,已成为制约生产及安全的主要因素。测定了煤层瓦斯含量,根据分源预测法计算工作面瓦斯涌出量,分析工作面瓦斯涌出来源及构成;针对邻近层瓦斯涌出量占3303工作面瓦斯涌出量比例较大的特点,设计钻孔参数及抽采工艺,采用高位钻孔抽采技术抽采邻近层瓦斯,为工作面瓦斯治理提供技术保证。     

工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析

煤层瓦斯赋存状态是研究矿井瓦斯涌出规律和瓦斯灾害防治的技术基础。某矿5煤层局部瓦斯异常涌出，已经开始对煤矿的安全生产有所影响和制约。于此，笔者采用统计分析和分源计算两种方法，对采掘工作面瓦斯涌出量进行了预测，分析了采掘工作面瓦斯涌出影响因素和涌出来源，得出了煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层残余瓦斯含量、钻孔瓦斯涌出量等参数，随采深增加而变化的规律，并提出了针对性的防治措施。     

煤与瓦斯突出的钻孔法预报机理及预测指标探析

根据钻孔法预报煤与瓦斯突出的模型试验，论述了煤体孔周的应力分布规律以及突出的钻孔法预报机理，针对钻屑量和钻孔瓦斯涌出量等预测指标，着重分析了它们与影响突出的诸因素之间的关系以及在实际测试中存在的问题。     

高瓦斯突出矿井卸压开采瓦斯综合治理实践

朱集东煤矿为“三高一深”（高地压、高瓦斯强突出、高地温、千米埋深）矿井,采掘工作面煤与瓦斯突出危险性极大,开采此类煤层最经济有效的办法是开采保护层。为抽采保护层11-2煤层开采过程中本煤层及邻近层大量卸压瓦斯,采用分源法计算瓦斯涌出量,结合工程类比取大值。根据瓦斯涌出量预测结果,选用Y型通风方式,辅以顺层钻孔、地面钻井、顶板巷大直径筛管平钻孔、留巷埋管及穿层钻孔等抽采方式,使工作面回采期间瓦斯抽采率达到84.8%,实现了深井高瓦斯工作面煤与瓦斯安全高效共采。     

利用射孔法强化钻孔的煤层瓦斯涌出

煤层透气性在开采深度增加后会明显降低，其后果是钻孔的煤层瓦斯涌出量显著减少，开采煤层向巷道涌出的瓦斯量增加。各国的采煤工作实践已经证明，现行的开采煤层排放瓦斯方法不能解决这一问题。必须寻找一种提高钻孔的煤层瓦斯涌出量的特殊措施。射孔法这种特殊措施，现正在进行实验。射孔法是在煤层中形成补充裂摇，其最初实验是在50年代末已经开始，不过那时是为了降低突出危险，而不是为了强化瓦斯排放。所以实验断断续续。直到1988年年中才在卡拉甘达专为强化钻孔的煤层瓦斯涌出量，对预然用的钻孔作了射｛L。射孔，是用＊＊r型钻机…     

打钻过程中瓦斯涌出的数值模拟研究

为了解钻孔过程中瓦斯涌出的规律,利用ANSYS软件进行数值模拟,得到在打钻过程中瓦斯涌出速度和涌出量的规律及特点,并且分析可能产生这种规律的原因,通过研究其规律和原因,将有助于提高预测突出的准确率,避免在打钻过程中瓦斯突出等事故的发生以保证井下工作人员的生命安全。     

钻孔初始瓦斯流量规律研究

为获得钻孔初始瓦斯流量解吸规律,理论分析发现,钻孔初始瓦斯流量与钻孔半径、钻进深度、钻进时间、地应力、煤体强度和瓦斯压力有关。运用自行研制的钻孔初始瓦斯流量实验室测定装置,采集5组有代表的煤样,固定其他5个变量,在不同瓦斯压力下进行50次测定试验(其中48组数据有效)。研究表明:单位长度钻孔中涌出的钻孔初始瓦斯流量之和,即钻孔初始瓦斯涌出量与瓦斯压力近似成正比关系,瓦斯压力越高,钻孔初始瓦斯涌出量越大。对同一煤样,在气体压力相同条件下,充入CO_2时打钻测得的钻孔初始瓦斯涌出量远比充入N2时大的多。钻孔初始瓦斯涌出量的变化能较好的体现煤层突出危险性的变化。     

钻孔瓦斯涌出初速度指标的影响因素分析

为了完善工作面突出预测的钻孔瓦斯涌出初速度指标,减少误报、漏报现象,进一步提高工作面突出预测的准确性。通过瓦斯压力与钻孔瓦斯初速度的关系以及钻孔瓦斯涌出速度与时间的关系,研究瓦斯对钻孔瓦斯涌出初速度指标的影响;通过煤层透气性系数、地应力、煤体强度与钻孔瓦斯涌出初速度之间的数学关系分析,研究物理力学性质对钻孔瓦斯涌出初速度指标的影响。结果表明,钻孔瓦斯涌出初速度在透气性较好时会发生超限不突出、透气性差时的低指标突出现象;钻孔瓦斯涌出初速度指标不能区分卸压区或透气性好的非危险区。     

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。     

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。     

深部应力主导型突出精准防控技术实践

以千米深井朱集西矿11-2煤层11501工作面为工程背景,进行了应力主导型突出精准防控技术应用研究,测试了煤层及其顶板厚硬岩层瓦斯力学参数,评价了煤层突出危险性及煤岩层冲击倾向性,分析了11501工作面回采动力灾害属性,研究了动力危险区划分方法并进行了区域预测,制定了针对高应力危险的大直径钻孔、顶板深孔预裂爆破、煤层注水区域卸压措施及顺层钻孔预抽区域防突措施,配套了工作面回采邻近层瓦斯涌出治理技术,考察了动力危险防控及瓦斯治理效果。结果表明:回采期间局部预测最大钻屑量为3.9 kg/m、最大残余瓦斯含量为5.14 m^3/t、回风流瓦斯浓度维持在0.45%以下,未出现预测指标超标及瓦斯超限事故,实现了应力主导型突出动力灾害分区、分级的精准防控。     

坪上煤矿不同孔径超前钻孔有效排放半径的测定

介绍了超前排放钻孔的防突原理,并详细阐述了有效半径的测定方法及适用条件,针对坪上煤矿3#煤层硬、煤层厚等特点,对现有的钻孔瓦斯流量测定排放钻孔方法进行创新,并利用该方法测得了3#煤层不同孔径的超前钻孔有效排放半径,为矿井局部防突排放钻孔的设计提供了依据,提高了防突措施效果。     

低透气性突出煤层巷道快速掘进的试验研究

针对在低透气性突出煤层巷道掘进过程中,煤与瓦斯突出综合检测指标经常超限,掘进速度缓慢等问题,提出了深孔预裂控制爆破和巷帮钻孔边抽边掘相结合的综合防突技术,研究了深孔预裂控制爆破技术的作用机理,阐述了深孔预裂控制爆破技术的工艺流程和巷帮钻孔的布置参数.研究表明：在低透气性突出煤层中采用深孔预裂控制爆破和巷帮钻孔边抽边掘相结合的防突措施,可有效地消除激发突出的应力和煤体结构的不均匀性,提高煤体强度和煤层透气性,使巷帮钻孔瓦斯抽放量大幅度地提高,增大了煤体抑制突出的阻力,能有效地预防和消除在掘进过程中煤与瓦斯突出的危险性,且提高巷道掘进速度3～4倍.     

构造带石门揭煤诱导突出的力学特性模拟及声发射响应

为揭示地质构造区域石门揭煤诱导突出的机理,运用自行研发的大型三维煤与瓦斯突出模拟试验系统,对石门揭露断层构造带煤层的过程进行了相似模拟,同步采集分析了突出全过程的应力变化规律及揭煤过程的声发射响应规律,并对构造带揭煤突出过程的能量耦合跃迁失稳过程进行了理论分析。结果表明:在构造带掘进巷道的推进过程中,巷道上方的岩层和煤层均会经历应力增大和减小的过程,但构造区域煤层的应力集中系数大于岩层区域,呈现较强的应力敏感性;在开挖时和突出的过程中,声发射信号能较好地反映煤岩动态变化;在巷道掘进过程中,构造区域煤层不断积聚弹性能和瓦斯内能,并相互耦合逐步达到能量的极限平衡状态,一旦揭煤扰动到该系统,就会引起能量的耦合跃迁失稳,从而诱发突出。     

深部煤层低瓦斯耦合灾变机制

为探索深部开采中消突并达到安全开采条件煤层发生瓦斯异常涌出或煤与瓦斯突出的成因,通过文献调研和现场调查,确认含瓦斯煤层低压灾变的存在;通过现场瓦斯监测、微震观测、实证分析,认识消突煤层低瓦斯灾变的过程与成因;通过含低气压大煤样气-固耦合物理试验和理论分析,研究承压煤样低气压应力-应变-渗流场演化路径和气-固耦合物理灾变机制。结果显示,进入深部开采后陆续有消突达到安全开采条件煤层发生低瓦斯灾变现象的报道;现场观测和分析揭示出顶板来压、顶板来压破断冲击和底板来压起臌冲击作用下煤层低瓦斯灾变的模式;模拟采、掘工作面边界条件,0.4 MPa气压条件下的气-固耦合物理试验观察到了低气压灾变过程的3个阶段:弹性压密——气体常速与减速稳态渗流、塑性扩容——气体增速非稳态渗流、破裂失稳——气体非稳态渗流灾变。得到:在防突措施扰动下,稳压区煤层已不再是原生状态裂隙,而有大量新生裂隙产生,为瓦斯解吸游离创造条件,可形成局部富集区,是瓦斯低压灾变的发动区;分析得出采动超前区段瓦斯赋存状态"三带"动态演化规律,根据峰值应力,定量划分出40%极限弹性、极限弹性和极限破坏载荷所对应的"三带"动态演化特征;采动瓦斯赋存"三带"动态演化是导致低压瓦斯灾变的主要原因;提出了瓦斯普通涌出-低值异常涌出-高值异常涌出的灾变过程和条件;顶、底板破断冲击动压叠加作用下,可导致含瓦斯煤层低压灾变提前发动。     

容光矿回风斜井井筒揭煤工程实践

容光矿11#煤层是煤与瓦斯突出煤层,回风斜井在穿过11#煤层的过程中,为防止该危险的发生,在回风斜井揭开煤层前通过设计的超前排放孔排放瓦斯。在井筒工作面施工过程中,按照突出指标预测、施工排放钻孔、效果检验的步骤进行掘进,并根据检验的结果进行瓦斯排放。在排放工作完成后,根据煤层残余瓦斯含量的大小检验消突措施是否有效。当煤层的残余瓦斯含量降到了国家规定的临界值以下,证明所采取的消突措施有效。     

成庄煤矿区域瓦斯地质及瓦斯涌出特征与突出危险关系研究

为深入研究区域瓦斯地质背景条件下瓦斯涌出特征与突出危险之间的关系,采用定性分析、实验分析、数值模拟的手段,本着瓦斯涌出特征在井下采掘空间、实验室环境下、数值模拟等工况下的相似表征,在宏观层面上统计分析成庄煤矿区域瓦斯动力灾害特征,分析区域瓦斯地质规律,得到了影响成庄煤矿区区域瓦斯动力灾害的两个主控因素是煤体结构和瓦斯赋存,然后通过现场采取煤样实验分析的手段研究了煤体结构、吸附平衡压力对瓦斯解吸特征的影响,最后通过改变软分层厚度、瓦斯压力模拟分析了其余瓦斯涌出量特征之间的关系,进而得到了与突出危险之间的关系。研究思路与结果能够对成庄煤矿井下日常瓦斯灾害隐患及灾害防控起到积极作用,更能够对采用瓦斯涌出特征进行突出危险性预测预报的研究起到指导作用。     

突出预测敏感指标研究及其应用

采用模糊数学和多元统计分析理论建立了煤与瓦斯突出预测敏感指标数学模型,定量研究了突出预测敏感指标的敏感度,并对各个指标敏感性进行排序。确定了钻屑瓦斯解吸指标Δh2与钻屑量指标S为主要预测指标,钻孔瓦斯涌出初速度指标q为辅助预测指标。利用此方法在某矿煤巷掘进工作面进行了应用。实践证明,选择的预测指标对突出危险性较敏感,保证了煤巷掘进的顺利进行。