向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨

为了确定向斜构造煤与瓦斯突出机理,从应力、煤体结构特征和瓦斯压力及含量等方面对向斜构造进行了分析.利用弹性梁的应力、应变理论,分析了煤层与围岩组成的软硬互层系统的层间滑动特征和应力-应变特征、煤体宏观与微观结构特征、瓦斯压力与瓦斯含量分布特征.研究表明,向斜构造的两翼与轴部中性层以上为高压区,中性层以下为相对低压区,距离向斜轴部越近,主应力及其梯度越大.向斜构造形成过程中的层间滑动造成煤体原生结构遭到破坏,煤体强度降低,煤层增厚.向斜构造部位瓦斯生成量亦相对较高,同时中性层以上煤(岩)体中的裂隙和孔隙被压密、压实而闭合,阻止了下部瓦斯的向上逸散,中性层以下的张性作用下的断裂或折裂面、煤体中的割理、节理等降低了解吸压力,形成良好的瓦斯聚集空间,也有助于煤层中吸附瓦斯的解吸,使得向斜轴部瓦斯含量较高.向斜构造同时具备的高地应力、高瓦斯压力(含量)和构造煤发育等3个因素是其发生煤与瓦斯突出的主要原因.     

煤与瓦斯突出机理的探讨

认为突出危险源是存在于采矿活动中的具备发动煤与瓦斯突出的高势能瓦斯与破碎煤体混合的瓦斯富积区。研究了突出危险源的形成、突出发动的条件，提出了预防煤与瓦斯突出需要重视的几个问题。     

煤与瓦斯突出的流变电磁辐射机理探讨

针对当前尚未彻底弄清煤与瓦斯突出的本质,对其发生、发展过程中各主要影响因素的相互关系知之甚少,在前人研究基础上,采用新兴交叉学科理论,建立煤与瓦斯模型,较为详细地论述了地应力、瓦斯、含煤瓦斯和时间等在突出发展过程中相互作用。从而可以考虑用电的方法抑制含瓦斯煤在自然破坏过程中产生的电磁辐射对煤-瓦斯体系的影响来达到防治突出的目的,并利用各阶段的电磁辐射特点来预测、监测煤与瓦斯突出。     

瓦斯地质法在煤与瓦斯突出预测中的应用

介绍了中马村煤矿的基本情况。运用瓦斯学的一般原理,对该矿的瓦斯地质进行分析和整理,建立了适合该矿的煤与瓦斯突出预测瓦斯地质法,通过比较证实了瓦斯地质法比其它预测方法安全经济。     

煤与瓦斯突出的扩容突变机理

煤与瓦斯突出机理作为百年世界性难题,其防治在现阶段已进入瓶颈期。面对突出事故的不间断发生,其背后所涉及的众多科学问题仍难以解答,如地应力与瓦斯压力及煤体力学强度在突出孕育过程中的耦合作用和主控阶段性特征尚未能明晰。为此,基于典型突出事故所被触发的力学背景,从采动煤体力学损伤动态响应规律入手,揭示了多变力学行为下含瓦斯煤体损伤过程中的扩容特征,明晰了采动应力与瓦斯压力互馈响应规律,阐明了孕突过程中煤体初始破坏主控机制,进而提出了煤与瓦斯突出的扩容突变机理。结果表明：含瓦斯煤体损伤失稳过程所凸显的扩容特征分为扩容缓增、扩容快增、扩容突增及扩容骤增4个阶段,期间瓦斯压力因地应力作用先后经历作用能力强化增强阶段(扩容缓增阶段)、作用能力强化减弱阶段(扩容快增阶段和扩容突增阶段)及作用能力弱化阶段(扩容快增阶段后或扩容突增阶段后或扩容骤增阶段后)。而煤体原始强度并不能决定实际煤体破坏程度,甚至破坏的难易程度,关键在于应力加卸载路径。突出的本质则是含瓦斯煤岩体在地应力与瓦斯压力主控作用阶段性转变过程中,由煤体发生扩容突变现象引发结构失稳并被抛出的一个具有典型时间属性的突变动力过程(称为突出的“扩容突变机理”)。一次突出的孕育过程可分为3个阶段：首先煤体在以地应力为主导、瓦斯压力协同作用下发生初始损伤(扩容缓增阶段与扩容快增阶段),称为突出孕育的第1阶段;而后煤体在以瓦斯压力为主导、地应力协同作用下发生结构分区层裂化,并产生进一步碎裂(扩容突增阶段和扩容骤增阶段),称为突出孕育的第2阶段;最后层裂煤体在瓦斯压力的作用下发生破碎及粉化(即扩容突变),称为突出孕育的第3阶段。进而破碎煤体在瓦斯压力的作用下被抛出,激发突出。研究成果为煤与瓦斯突出机理认识的深化提供了新的视野,同时可为突出防治技术革新奠定理论基础。     

十二矿煤与瓦斯突出的地质因素分析

本文对十二矿煤与瓦斯突出的地质因素：地质构造、煤体结构、煤厚及其变化和煤层围岩等进行了分析，剖析了煤与瓦斯突出与上述地质因素之间的密切关系。     

八矿瓦斯地质与煤和瓦斯突出的因素分析

本文运用瓦斯地质观点，分析研究了八矿的构造特征和展布规律及煤的围岩性质至瓦斯贮存的影响。     

小屯煤矿煤与瓦斯突出地质因素探究

通过对小屯煤矿6中煤层3次煤与瓦斯突出事故的分析,认为煤与瓦斯突出与构造煤分层、地质构造、煤层变化关系密切,分析了地质因素对瓦斯治理和抽采效果的影响,提出了防治瓦斯事故的具体建议。     

大平煤矿特大型煤与瓦斯突出瓦斯地质分析

以瓦斯地质理论为基础,运用区域构造演化理论,分析了矿区、矿井瓦斯地质规律,调研了大平煤矿“10·20”矿难发生特大型煤与瓦斯突出的地质原因,即新密矿区中三叠世受构造强烈挤压作用,晚侏罗世至早白垩世、晚白垩世至第三纪受构造拉张和重力滑动作用.大平煤矿垂深450 m以浅,以低瓦斯为主;深部瓦斯地质条件复杂,存在着煤与瓦斯突出危险的分区、分带特征,并受地质构造的控制.“10·20”煤与瓦斯突出发生在构造复合部位,应力集中、构造煤发育,是岩石掘进工作面遇一逆断层而引起的.     

防治煤与瓦斯突出原理及应用

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中常发生的严重自然灾害之一。通过分析近距离保护层开采、水力掏槽法及边抽边掘技术防治煤与瓦斯突出原理及实践应用,从而有利于煤与瓦斯突出矿井选择合理有效的防突技术。     

构造煤结构与瓦斯突出

采用有机溶剂萃取和煤成烃热模拟实验,对煤层受构造应力作用时的煤结构变化及构造煤的生烃特征进行研究.结果表明：构造煤的正己烷、苯萃取率与原生结构煤基本相近,而氯仿萃取率是原生结构煤的2倍多,构造煤含有很高的氯仿可溶低分子化合物;构造煤分子间的作用力小,决定了构造煤强度低和吸附性能高,从而控制了煤与瓦斯突出灾害的发生;煤的氯仿萃取率可以作为预测煤与瓦斯突出的指标.构造煤生烃潜力小,反映在构造应力作用下,曾经生过烃（瓦斯）.在构造应力作用下,煤中的有机质超前向两个方向演化,一方面聚合形成更大的高芳构化的大分子结构,另一方面则形成低分子化合物和气态烃（瓦斯）.     

乌兰煤矿2号煤层瓦斯地质规律分析及区域预测研究

在收集整理乌兰煤矿地质资料和瓦斯资料的基础上,运用瓦斯地质理论和构造演化理论,分析井田地质构造演化及分布特征,研究地质构造、顶底板岩性、煤层赋存状态等地质因素对瓦斯赋存的影响。在此基础上,结合现场测定2号煤层瓦斯压力和瓦斯含量等参数,得出了矿井2号瓦斯地质规律;同时,对矿井2号煤层突出危险性进行了区域预测。研究表明,断裂构造引起的构造煤变化和煤层埋藏深度是影响乌兰煤矿2号煤层瓦斯赋存和引起煤与瓦斯突出的主控因素。研究成果为矿井煤与瓦斯突出防治工作提供了理论指导。     

基于综合假说的淮南煤田潘一矿煤与瓦斯突出控制因素分析（增刊）

煤与瓦斯突出是煤矿重要灾害之一,构造因素是控制煤与瓦斯突出的主要因素。淮南煤田煤层形成后,先后经历的印支、燕山和喜马拉雅等多期构造运动作用使煤层内部地质构造发生叠加、变形、破坏,叠加后形成的地质构造在很大程度上决定了其瓦斯地质特征,也决定了煤与瓦斯突出危险性程度。本文通过对淮南煤田潘一矿地质构造特征、瓦斯地质特征分析认为,在构造演化过程中,矿井内不同区域瓦斯地质特征受不同地质时期构造作用而产生了不同程度的响应,因而造成矿井瓦斯含量、瓦斯压力和构造煤在不同区域具体不同的分布特征,从而造成矿井煤与瓦斯突出分布具有分区性。     

新建矿井煤层突出危险性预评估

新建矿井的煤与瓦斯突出危险性评估是矿井初步设计的重要依据,同时对于今后矿井建设期间井筒、井底车场揭煤具有重要的指导意义。文章以新建矿井信湖煤矿为研究实例,分析了井田地质构造、岩浆岩侵蚀、煤层顶底板岩性及瓦斯风化带对煤层突出危险性的控制影响,利用矿井勘探期间瓦斯数据及邻近矿井瓦斯赋存规律研究结果预测了新建矿井煤层瓦斯参数,并对新建矿井煤层突出危险性进行了评估。     

Influence of gas pressure state on the motion parameters of coal-gas flow in the outburst hole

Carried on the one-dimensional analysis to the motion state of coal-gas flow in the outburst hole, and deduced the relational expression between the motion parameters （containing of velocity, flow rate and density etc.） of bursting coal-gas flow and gas pressure in the hole, then pointed out the critical state change of coal-gas flow under different pressure conditions which had the very tremendous influence on both stability and destructiveness of the entire coal and gas outburst system. The mathematical processing and results of one-dimensional flow under the perfect condition are simple and explicit in this paper, which has the certain practical significance.     

煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流的运动状态

运用经典气体动力学理论,对突出孔洞内煤-瓦斯两相流的运动参数进行了一维讨论,推导了压力、密度、速度及流量等参数之间的数学函数关系,分析了突出过程中煤-瓦斯两相流流动的临界状态以及与其相关的两相流声速理论,并通过数值模拟和现场实例对临界流动理论进行了直观描述。在煤与瓦斯突出过程中,煤-瓦斯两相流的出口流动状态与孔洞形态、瓦斯压力、煤体破坏速度、瓦斯含量等因素密切相关。当两相流在孔口达到并超过临界状态时,由于突出孔洞口小腔大的形状限制了瓦斯流的完全膨胀,此时喷出的瓦斯流处于未完全膨胀状态。大量未完全膨胀状态的瓦斯流在巷道空间的瞬间膨胀可产生巨大的动力效应,从而严重破坏矿井生产设备和通风设施。临界运动状态是影响煤与瓦斯突出动力效应的关键因素之一,它对煤与瓦斯突出灾害的预警和防护都有重要意义。     

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)     

煤与瓦斯突出强度预测的BP神经网络模型

煤与瓦斯突出是危害煤矿安全生产的主要因素,因此做好煤与瓦斯突出特别是突出强度的预测,为针对性的采取防突措施,防止突出事故的发生,减小突出所造成的危害具有重要的指导作用。通过对新安煤田二1煤层突出特征的统计分析和瓦斯地质规律的研究,找出了煤与瓦斯突出强度预测的主要影响因素。应用人工神经网络的有关知识,结合其主要影响因素建立适合于新安煤田煤与瓦斯突出强度预测的BP人工神经网络预测模型。并通过误差分析验证了该模型的正确性。