穿层深孔水压控制爆破及其在防突工程中的应用

分析了国内外目前防突现状及技术措施,提出了整体卸压理念,开发了穿层深孔水压控制爆破技术并在煤层巷道掘进工作面进行了实际应用.穿层深孔水压控制爆破结合了爆破力和水力的双重作用,并发挥了两者的最佳优势.应用结果表明:该技术可用于具有突出或冲击危险的煤层,使钻孔之间互相连通、裂隙贯穿、煤层中的瓦斯得到排放、应力得到释放;同样条件下,卸压增透效果比普通的深孔控制爆破成倍提高.该技术实施后,己15-31010机巷掘进过程中安全性和工程进度明显提高,为高瓦斯、高应力、低透气性煤层的安全开采提供了一种新的技术措施,具有显著的经济和社会效益.     

采空区CO分布规律的数值分析及其应用

为研究煤矿采空区内CO的分布规律,以某煤矿为例构建计算流体力学模型,布置工作面、支架部分以及回风巷不同高度的监测点,利用Fluent模拟不同监测点的CO浓度百分比。研究结果表明,在距工作面较近的采空区内CO呈现向回风侧运移的趋势,从进风侧向回风侧CO浓度逐渐增大,在上隅角处达到最大;上隅角和回风巷是整个煤矿CO浓度较高的区域;在垂直方向上,CO浓度随高度的变化呈线性关系,但CO浓度整体变化较小;上隅角处产生的浮力、风流呈现涡流形式,造成上隅角CO积聚。     

受限空间内爆炸波的波形演化特征分析

为了分析研究瓦斯爆炸波在巷道内传播过程中的演化特征,运用AutoReaGas软件模拟了爆炸波沿开口平直巷道的传播演变规律。研究结果表明:爆炸波从波形上看大致分为前驱冲击波、热压缩波及稀疏波;在爆炸初期爆炸波以接近声速的速度稳定传播;爆炸超压峰值整体呈现出先减小后增大的趋势。根据分析结果,在超压较大的区域应加强相应的预防措施,以减少瓦斯爆炸带来的损失。     

超近距离保护层开采工作面瓦斯治理

随着矿井开采深度的逐步延伸,平煤五矿煤层瓦斯含量逐步加大,特别是己15煤层及其下面的被保护层己16-17煤层瓦斯含量更大。而且两层煤的层间距极近,平均为2.0~3.2 m,开采过程中己16-17煤层的大量卸压瓦斯不断涌入己15-23220工作面,导致工作面煤壁与落煤及采空区的瓦斯涌出量都很大,严重影响了工作面安全生产。针对这样的情况,平顶山煤业集团五矿先后采取上隅角抽放、采面浅孔抽放等措施,但仍未能有效解决工作面瓦斯超限问题。在分析了工作面瓦斯涌出源及涌出规律的基础上,提出了采用Y+Γ型通风方式来治理工作面瓦斯,采用该措施后工作面瓦斯浓度最高为0.86%,工作面上隅角瓦斯超限问题得到解决,进而提高了工作面产量。     

瓦斯爆炸冲击波在并联巷道中传播特性的数值模拟

运用AutoReaGas软件模拟了煤矿井下掘进工作面发生瓦斯爆炸时冲击波向临近采煤工作而的传播规律.研究结果表明：冲击波在巷道中传播时,超压峰值和最高温度不断减小,到回风巷交叉口时,两条相向传播的冲击波产生叠加效应,使超压和温度明显增大;最高温度沿着巷道的变化规律与超压峰值基本相同,两个并联采煤工作而对应测点的超压峰值...     

基于空气环境下的高压击穿电热致裂煤体实验研究

利用搭建的高压击穿电热致裂煤体试验系统,以贵州林华煤矿的无烟煤为研究对象,研究了在空气环境下高压击穿电热致裂煤体的可行性,并对高压击穿电热致裂煤体的宏观和微观特征进行了研究。实验结果表明,在针-针电极下,空气介质的击穿场强为18.0~18.3 k V/cm,煤体的击穿场强为0.3~0.8 k V/cm,无烟煤的击穿场强小于空气的击穿场强。在相同条件下,各个煤样的击穿电压和破坏特征均不相同,击穿电压在20~41 k V,煤样主要有3种破坏类型。高压击穿电热致裂煤体过程中,等离子体通道位置的煤样呈现出烧灼状态,形成了大量裂隙和孔隙。同时,等离子通道周围煤体在高温条件下发生氧化反应,形成了新的氧化产物。     

高温高压下瓦斯在煤体内表面吸附力变化研究

采用实验的方法研究了3种煤样在高温高压条件下瓦斯在煤体内表面的吸附规律。通过研究发现:在高温高压作用下,瓦斯的吸附过程仍可以用朗格缪尔模型准确描述,同等压力条件下,所有煤样的瓦斯吸附能力随温度升高而明显下降。瓦斯饱和吸附量总体上都随着温度的升高而降低,变质程度高的煤样的朗格缪尔吸附压力随着温度的升高其下降速率较另2个煤样更快。此外瓦斯在不同温度条件下的饱和吸附量随固定碳含量增加而增加,在25、40、80℃时,饱和吸附量随挥发分含量增高而降低,但是在120℃时,先降低后增加。     

超近距离保护层开采工作面瓦斯涌出规律探讨

己15-23220采面为平煤集团五矿超近距离开采保护层工作面,与被保护层己16-17煤层间距为2.0~3.2m,开采过程中工作面瓦斯超限现象严重,严重制约了工作面产量的提高。经过对瓦斯来源和影响因素的分析,确定采用单元法进行瓦斯测定,并对瓦斯涌出规律进行了详细分析。     

水力割缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律

水力割缝技术是实现煤层卸压增透的有效手段,目前由水力割缝技术形成的致裂裂缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律尚不明确。本文采用颗粒流模拟方法(PFC2D)对内含不同角度单缝及不同空间排布方式多缝的煤体开展了单轴压缩数值模拟试验,针对水力割缝周围微裂缝大量发育与连通促使煤层卸压增透的物理机制,提出了评价煤层割缝卸压增透效果的2个指标:加载过程中微裂缝显著产生时的单轴应力门限(σγ)与多条割缝的连通性。其中,σγ越低、多条割缝的连通性越强,割缝间的微裂缝越容易在低应力条件下形成并相互连通,割缝的卸压增透效果越好。模拟结果表明,单条割缝与煤体边界最大主应力方向夹角(α)呈90°时γ最小(3.2MPa);2条割缝(α为90°)排布方向与煤体边界最大主应力方向(割缝排布角β)呈45°时,水力割缝间具有最高的连通性与较低的应力门限(σγ为2.4 MPa);3条割缝(α为90°且β为45°)呈折线型交错排布模式时,割缝间的连通程度最高,且σγ较双割缝进一步降低了16.7%。通过上述模拟结果,确定了有利于煤层卸压增透的割缝最优空间分布模式,即α为90°的多条割缝以45°的排布角(β)交错分布。     

顺层钻孔瓦斯抽采半径的关键影响因素数值模拟研究

为考察顺层钻孔设计参数的差异对瓦斯抽采半径的影响,采用COMSOL数值模拟研究瓦斯抽采半径在不同钻孔布置方式和设计参数下的影响规律。研究发现,消突区域随着抽采钻孔间距的增大而增大,不同钻孔间隔下的布置方式对抽采效果有较大影响。另外,消突区域直径随着钻孔直径的增大也逐渐增大,相比单个顺层钻孔,钻孔耦合时,钻孔直径的变化对瓦斯抽采效果影响不大,因此在顺层多孔耦合的条件下,通过增大钻孔直径的方法来扩大消突区域是不可行的。随着抽采时间的延长,顺层、多孔耦合钻孔的消突区域逐渐增大,其消突区域有一个阈值,一段时间后,再继续抽采瓦斯已经没有效果。随着抽采负压的增大,钻孔抽采影响半径有小范围增大,但增大的幅度远远小于抽采负压的增大幅度,直到稳定在某个定值上。随着抽采时间的增加,顺层钻孔单孔的抽采瓦斯流量逐渐降低,且降低的幅度逐渐减弱,最终逐渐靠近于某一个定值。单孔瓦斯流量与抽采时间之间呈现指数关系,并对此结论进行现场验证,研究结果对煤矿顺层瓦斯抽采钻孔设计具有一定指导意义。