水力造穴技术在增加高瓦斯煤层透气性方面的研究应用

水力造穴技术是指采用高压水射流冲出煤层中大量煤炭及瓦斯,形成若干较大的洞穴,使得洞穴周围煤层透气性增加,从而大大提高煤层瓦斯抽采效果。影响水力造穴技术应用效果的主要因素有造穴尺寸(包括造穴长度、直径、造穴间距)、施工工艺(包括前进式造穴和后退式造穴)和技术参数(包括造穴水压、造穴时间、出煤量)。同时,分析了该技术在各矿井的应用推广效果,发现不同矿井之间的应用效果存在较大差异,甚至同一矿井不同地点的应用效果也存在较大差异,说明水力造穴技术应用效果与很多因素有关,需要进一步研究。     

等离子体对煤体选择性破碎的实验与数值模拟分析

为了研究等离子体冲击作用下煤体内部的裂隙扩展规律,利用自主搭建的等离子体冲击实验平台,并通过实验和数值模拟相结合的方法对等离子体冲击作用下煤体的破碎规律进行了研究。实验中以等离子体破碎的煤体为对象,并结合三维可视化软件Dragonfly提取了红柳烟煤在等离子体作用下的裂隙相、矿物相,深入分析了等离子体冲击后煤体内部裂隙沿着不同方向的扩展规律。并以数值模拟软件Comsol Multiphysics为基础分析了等离子体冲击作用下含矿物煤体内部的电场强度分布规律。实验结果表明,等离子体冲击作用下在煤体内部形成相互贯通的空间裂隙网络,且裂纹呈现出由电极中心向四周发散的状态,在靠近电极的两端破碎效果较好,表明煤体的破碎效果与电场的集中程度正相关,电场越集中,能量越大,破碎效果越好。此外,裂隙在轴向和平面上均具有沿着矿物分布的特征,说明在等离子体作用下矿物与煤体分界面处产生了电场的畸变,引发了应力的集中,矿物的分布对裂隙存在着诱导作用。通过数值模拟验证了煤体中矿物和孔隙的存在对电场存在的影响规律,结果表明电场强度会在介电常数不同的介质中发生畸变,当电场穿过高介电常数的介质时会在介质内部形成较低的场强,当电场穿过低介电常数的介质时会在介质内部形成较高的场强。数值模拟得到的电场畸变的结果是对实验结果补充说明,实验所得到的结论是数值模拟宏观结果的体现与验证。     

单一高瓦斯低透气性煤层“压封”一体化卸压增透技术

为提高单一高瓦斯低透气性松软煤层的瓦斯抽采能力,开发了一种利用静态破碎技术来压裂煤体、"强弱强"带压密封技术密封钻孔的"压封"一体化方法,并在常村矿2101采区进行了应用。结果表明:钻孔平均瓦斯抽采浓度由措施前的29.5%增加到措施后的62.5%,,掘进速度由措施前的56 m/月提高到了措施后的104 m/月,百米钻孔瓦斯涌出量和煤层透气性系数也分别提高近1倍。     

深部大倾角综放面瓦斯与火灾共存防治技术研究

为解决赵各庄3237工作面瓦斯与自燃火灾共存的难题,采用数值模拟的方法探究了12#煤层上覆岩层垮落三带分布特征,确定了抽放的最佳位置.以CO与O2浓度为主要指标,以遗煤温度为辅助指标,对采空区自燃三带进行了划分,得出灌浆的最佳位置在采空区距工作面19.7m处.最后,提出利用增稠粉煤灰二氧化碳泡沫材料进行采空区堵漏和防火抑爆,利用高位巷和高位钻孔进行瓦斯抽采,降低工作面瓦斯浓度.     

基于水力割缝的高瓦斯厚煤层快速掘进保障技术研究

针对山西潞安集团余吾煤矿3煤掘进期间瓦斯涌出高,造成巷道掘进速度难以提升的问题,采用高压水射流割缝技术进行快速卸压增透,现场试验发现,割缝孔抽采瓦斯浓度最低达到71. 2%,最高达到93%左右,割缝孔的瓦斯浓度大部分时间高于同组对比的普通钻孔,提高了煤体中瓦斯的抽采效率,为高瓦斯厚煤层巷道的快速掘进提供了技术保障。     

煤矿瓦斯爆炸重大危险源辨识与风险评价

煤矿瓦斯爆炸事故的社会影响是非常大的,它往往会造成巨大的经济损失及大量的人员伤亡。因此,必须采取有效的措施来预防瓦斯爆炸事故的发生。要预防事故的发生则应先对瓦斯爆炸重大危险源进行辨识评价,从而得出事故发生的可能性及危险源的危险程度,为进一步提出整改措施提供参考。然而,目前采用的评价方法多为定性方法,如安全检查表法,它只能查处事故隐患,而不能对危险源的危险程度作定量化的描述。为此,作者结合瓦斯爆炸重大危险源多因素、多层次性的特点,采用了模糊综合评判的方法,对导致事故发生的各个因素进行筛选并作定量化的分析,最后利用等级参数评判法得出系统危险性的大小,并给出了相应的实例。     

杨柳煤矿割缝预抽后煤体孔隙结构变化特征

为了系统分析割缝预抽后钻孔周围煤体孔隙结构变化特征,基于孔隙结构测试方法的敏感性和精确性及液氮吸附法和压汞法测定原理,提出将液氮吸附法和压汞法有机结合来表征煤体孔隙结构。结果表明：①二者的有机结合应满足填充临界孔径所需的实验介质体积相等且结合点平滑过渡;②随取样点与割缝孔距离的减小,小孔(10~100nm)所占比例显著降低,大孔(>1 000nm)所占比例逐渐提高,中孔(100~1 000nm)和微孔(<10nm)所占比例变化较小;③割缝预抽后煤体瓦斯放散初速度ΔP受取样点与割缝孔距离的影响。水力割缝与瓦斯抽采协同作用能够弱化煤体对瓦斯的吸附能力并显著提高瓦斯在煤体中的渗流能力。研究结果对于指导高压水射流割缝瓦斯预抽具有重要意义。     

采空区自燃火灾防治技术

为解决采空区自燃火灾的难题,以某煤矿为例构建计算流体力学模型,利用Fluent模拟不同监测面的CO浓度百分比,提出利用增稠粉煤灰二氧化碳泡沫材料进行采空区堵漏和防火抑爆。研究结果表明,采空区CO浓度最高的位置在其距工作面20～30 m处,得出灌浆的最佳位置应在采空区距工作面20 m处;利用增稠粉煤灰二氧化碳泡沫材料可以使采空区煤炭自燃得到有效控制。研究结果可为煤矿采空区防灭火提供指导。     

基于底板高渗砂岩的裂隙瓦斯截流抽采技术

针对唐家河煤矿384采区底板砂岩中的裂隙瓦斯在底板裂隙水疏排之后上溢造成31847工作面和巷道瓦斯超限的实际问题,提出了截流抽采采区底板砂岩裂隙瓦斯的治理技术。通过在31847机巷施工63°大俯角下行穿层钻孔,对穿透384采区底板砂岩上溢的裂隙瓦斯进行截流抽采,并通过数值模拟确定了截流钻孔的合理间距为8 m。应用结果表明,施工截流钻孔后,工作面回风瓦斯浓度始终控制在0.8%以内,同时在瓦斯治理过程中截流抽采了约69.12万m³的裂隙瓦斯,彻底消除了31847工作面瓦斯超限的隐患。     

爆炸冲击波扬尘过程中的颗粒动力学特征研究

为研究爆炸扬尘过程中粉尘颗粒的运动特征，通过纹影仪以及高速摄像机，对粉尘的运动轨迹及其水平、纵向速度进行了分析。结果表明：粉尘颗粒的运动轨迹大体呈抛物线型，其上升过程中受到重力、气流曳引阻力等的作用，速度逐渐降低直至峰值高度，随后在重力作用下沉于管道底部；水平速度vx和纵向速度vy的发展趋势都可用指数函数描述；一定压力下，颗粒的初始位置对其轨迹有影响；冲击波前方的颗粒，受前方粉尘层的阻碍以及冲击波压力损失的影响，上扬过程较缓慢，最大扬尘高度减小，扬尘距离增大；此外，扬尘距离、vx和vy随压力的增大而增大，而最大扬尘高度减小。