煤体结构在煤与瓦斯突出预测中的应用研究

介绍了煤体结构的地质意义和物理力学内涵,分析了煤体结构在煤与瓦斯突出中的控制作用,一定厚度的构造煤的存在是煤与瓦斯突出发生的必要条件,论述了煤体结构指标在煤与瓦斯突出预测中的应用。     

煤体结构在煤与瓦斯突出预测中的应用研究

介绍了煤体结构的地质意义和物理力学内涵,分析了煤体结构在煤与瓦斯突出中的控制作用,一定厚度的构造煤的存在是煤与瓦斯突出发生的必要条件,论述了煤体结构指标在煤与瓦斯突出预测中的应用。     

煤体结构研究在煤与瓦斯突出预测实践中的应用

分析了煤体结构的地质意义和物理力学内涵 ,评价了煤体结构类型的不同划分方法 ,探讨了以煤体结构为主的研究方法在认识煤与瓦斯突出机理和进行煤与瓦斯突出预测工作中的应用。     

浅析煤体透气性与煤和瓦斯突出的关系

在瓦斯压力不变时，随着地应力的增加，煤的透气性系数开始下降很快；当地应力增至6～7MPa时，煤的透气性系数值开始变缓；当地应力增至IOMPa时，煤的透气性系数值几近为零。这说明，地应力对煤的透气性起着决定性的作用。     

不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力

基于能量理论,分析了瓦斯突出瞬间能量的变化,构建了包括煤岩弹性能、瓦斯膨胀能在内的煤与瓦斯突出的正效应数理模型及煤岩抵抗瓦斯突出能量的负效应模型。根据煤岩应力应变试验,拟合得出了煤岩不同变形阶段力与变形量之间的关系,结合正、负效应耦合模型,计算出了寺河矿不同煤体结构组合下煤与瓦斯突出发生的临界瓦斯压力值。结果表明：在其他条件相似的情况下,随着软煤比例的增加,临界瓦斯压力值呈指数减小,煤与瓦斯突出的可能性大幅增加。利用该方法可以对煤与瓦斯突出临界值进行快速判断,从而采取有效措施。     

浅析煤体透气性与煤和瓦斯突出的关系

在瓦斯压力不变时,随着地应力的增加,煤的透气性系数开始下降很快;当地应力增至6～7 MPa时,煤的透气性系数值开始变缓;当地应力增至10MPa时,煤的透气性系数值几近为零.这说明,地应力对煤的透气性起着决定性的作用.     

超声波探测瓦斯突出煤体

瓦斯突出煤体的是发生煤与瓦斯突出的必要条件，探测瓦斯突出煤体是预测瓦斯突了的一种新方法，文内讨论了用超声波探测瓦斯突出的煤体的基础和条件，并对现场探测结果进行了分析研究。     

煤与瓦斯突出后煤体高温的原因分析及防治措施

安阳矿务局龙山煤矿13061下顺槽于1991年11月25日9时30分,在403.5米处,放炮引起煤与瓦斯突出。突出煤量82吨,瓦斯涌出量15525米~3,在清理突出煤的过程中,发现煤体高温(85℃),此现象国内罕见。该工作面突出前执行超前密集钻孔防突措施。在超前密集钻孔控制范围内进行煤巷掘进时,瓦斯忽大忽小,偶尔听到煤炮声响,有时煤壁向外鼓等。工作面煤的结构也发生变化,软分层增厚,煤质松软,光泽暗淡。在工作面取煤样进行分析。分析结果是:△P为28.1,f值为0.77,K值为35.8,C值为16.1％。根据上述指标该地点预测预报为有突出危险。     

煤体结构与瓦斯突出关系浅析

详细分析了瓦斯的成因、赋存状态以及煤体原生结构和煤中水分、灰分、挥发分对瓦斯赋存量的控制;通过对构造煤的宏观结构特征和微观结构描述研究,指出建立一个能够将煤体结构各项性质与煤体结构参数指标(包括瓦斯涌出量、瓦斯含量、K、Δp、f、R等)内涵统一起来的综合指标评判模式,能够合理圈定瓦斯突出危险带,是今后煤体结构研究的主要方向。     

煤与瓦斯突出机理研究进展

随着煤矿开采深度的加大,煤与瓦斯突出这一灾害日益严重,因此需对突出机理作深入研究。本文综述了瓦斯作用说,化学本质说,地应力作用说和综合假说。指出进一步的研究应把瓦斯因素、煤的物理力学性质和结构特性的影响结合起来,从时间和空间上分析含瓦斯煤岩的强度、形变、流变、集气性和物理化学性等变化规律,最终解决煤与瓦斯突出机理问题,尤其是煤与瓦斯延迟突出机理问题。     

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）.     

地质动力区划在煤与瓦斯突出防治中的应用

介绍了地质动力区划方法的基本原理及其在研究活动构造方面的新见解,利用此方法研究淮南煤田活动构造对煤与瓦斯突出的影响,指出了祁东矿所处的构造环境及其突出危险区,为区域预测和实施解危措施提出了可信的依据.     

煤与瓦斯突出过程中层裂煤体的结构演化及破坏规律

通过对煤与瓦斯突出物理模拟实验残留煤样的研究而发现,在突出过程中一般会依次产生三种结构的层裂体:")"型的凹面体、"I"型的平面体与"("型凸面体。经分析,层裂煤体的结构演化是地应力、瓦斯压力、煤体的物理力学性质以及缸体壁面的约束等因素共同作用的结果。根据这三种层裂体的结构形状,分别建立了相应的板壳力学模型,通过计算确立了它们破坏临界值的大小关系:凹面体最大,平面体次之,凸面体最小;据此结果进一步推论得出:随着层裂煤体的演化,所需破坏而发生突出的动力随之减小,突出将变得更加容易。     

煤与瓦斯突出过程煤体破裂演化规律

研制了一套煤与瓦斯突出模拟实验装置,通过高速摄像对突出全过程进行实时观测,从而实现对突出过程中煤体破裂演化规律进行了分析。通过对12次试验结果的分析发现,煤与瓦斯突出是个力学发展过程,它经历了孕育、启动、发展和停止4个阶段,受瓦斯压力和孔洞壁的径向应力大小影响,煤与瓦斯突出多次间歇式发展;实验条件下,煤与瓦斯突出启动后,从发展到结束过程耗时不足0.1 s;位于试验装置不同部位的煤体,突出瞬间煤体运动轨迹各不相同;通过对突出后煤体的裂纹分布规律进行分析,发现裂纹几乎平行出现,且裂纹的倾斜角度处在65°~70°,裂纹近似圆弧,圆心位置在突出口;试验还发现在0.481~0.764 MPa存在一个临界瓦斯压力值,可以使突出连续发生,从而具备了发生大型突出的瓦斯压力条件。     

突出口径对煤与瓦斯突出强度影响研究

改进大型煤与瓦斯突出模拟试验装置,增加两个气体压力传感器和两个温度传感器,进行突出口径分别为10mm,30mm,50mm的煤与瓦斯突出模拟试验。试验结果表明:在0.75 MPa瓦斯压力条件下,突出口径为10mm时没有发生煤与瓦斯突出,突出口径为50mm和30mm时发生煤与瓦斯突出,突出煤体质量分别为25.40kg和15.05kg。随着突出口径的减小煤与瓦斯突出的煤量减少,突出强度降低。突出口径的大小影响煤体突出的状态,突出口径越大,煤体突出的距离越远,破坏性也越高。突出后煤样中粒径在1.6~5.0mm范围内的煤颗粒比例减小,而粒径小于0.75mm的煤颗粒比例增加,体现了突出过程中的破碎功,具有较强的粉碎性。突出口径越大,煤体越易于破裂失稳并发生煤与瓦斯突出,煤体中瓦斯的放散受突出口径的影响,使煤体中瓦斯压力梯度变化趋势不同。突出口径越大,瓦斯压力降低越快,瓦斯对煤体的粉碎性越明显,突出强度也越大,突出过程中煤体温度也发生变化,说明突出口径影响含瓦斯煤的破断失稳和突出特性。     

构造煤变形能及在煤与瓦斯突出中的作用

煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害,尽管突出的综合作用假说已被广泛认可,相比于瓦斯膨胀能,煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略,对霍多特和郑哲敏的研究(突出能量领域的代表性成果)开展了系统回顾与讨论,认为霍多特提出的突出激发能量判据以煤体变形能为核心,而郑哲敏的数量级对比结果不能作为变形能可以被忽视的证据。大部分煤与瓦斯突出事故发生在构造煤层中,为揭示构造煤变形能在突出中的贡献,开展了煤体循环载荷实验与三轴破坏同步声发射监测实验,实验结果表明：与原生煤的线性、小变形特征不同,构造煤的加卸载曲线具有非线性、大变形的特征,构造煤的变形能与应力不再符合平方关系。基于土力学临界状态模型,构建了适用于构造煤非线性特征的变形能理论计算模型,该模型反映了煤体变形能与应力间的幂函数关系,确定了构造煤的幂指数主要为1.1～1.3,原生煤的幂指数主要为1.7～1.9,进一步表明构造煤的性质与土体更相似,而原生煤的性质更接近理想弹性体。尽管在相同应力水平下,构造煤的变形能更大,但构造煤在失稳后的对外释放能量很低,表现为损伤破碎时几乎不产生声...     

构造煤分布规律及对煤与瓦斯突出的影响

通过对四川省主要矿区内晚二叠世和晚三叠世2个含煤地层中的构造煤进行研究,认为构造煤在不同构造位置、不同时代及不同煤层的分布有很大差别,构造煤的分布总体表现出分区性和选层发育的特点:盆地内部受构造应力作用较弱,是煤体结构破坏程度较弱的区域,挤压构造带内最厚的煤层构造煤最为发育.分析四川省煤与瓦斯突出资料,得出构造煤最发育的区域和层位,也是煤与瓦斯突出最严重的区域和层位.煤体结构及构造煤的发育程度对煤与瓦斯突出起着重要的控制作用.     

岩浆侵入对煤与瓦斯突出的控制作用研究

从祁东矿岩浆侵入的形成机制入手,分析了岩浆侵入分布特征,岩浆岩侵入对煤体结构、构造煤的成因及分布、瓦斯异常赋存的影响,阐明了岩浆侵入对煤与瓦斯突出的控制作用。研究结果表明:岩浆以顺煤层上部侵入为主,改变局部煤层的顶板岩性,形成致密的隔气层;导致煤层、煤质在垂向上煤级分带异常显著,二次生烃含气量增加显著,二者控制着瓦斯异常富集赋存;构造运动伴随岩浆活动,形成构造煤和局部应力集中区,应力分析得出,中央回风下山巷道走向为近SN向,与最大主应力方向夹角大,巷道在掘进过程中煤体承受应力较大,产生构造煤,同时,构造煤特性决定其抵抗外来破坏的能力小,造成了该区域频繁发生动力现象。     

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。