煤层温度与瓦斯赋存状态和抽采率关系的实验研究

为了探索温度对瓦斯赋存状态与抽采效果的影响,实验研究了煤样在不同温度下的吸附解吸变化规律。根据实验数据,给出Langmuir吸附常数a和b值随温度变化的回归方程及扩散速度随温度、时间的回归方程。实验结果表明:吸附常数a和b值都随温度的升高而降低,a随温度变化符合二次函数关系,b则符合线性函数关系;相同压力作用下,解吸量、扩散速度和总扩散量随温度的升高而增大;温度越高,扩散初速度越大;温度不变时,扩散速度随时间延长呈负指数迅速衰减。根据实验结论和相关物理学原理,煤层外加的电场、交变电磁场、功率超声波等方法能提高煤层温度,具有促进瓦斯解吸和增大扩散速率的作用,能提高瓦斯抽采率;瓦斯扩散初速度越大,煤层突出危险性越高,所以降低煤层温度,可以减小煤层的突出危险性。     

近距离高瓦斯煤层群底抽巷煤与瓦斯共采实践

针对近距离煤层群高瓦斯工作面的地质及回采条件,建立采场底板卸压数值分析模型,选取膨胀量和卸压系数两个指标分析了底板煤岩层运移和应力变化特征,指出作用于底板煤岩层应力的急剧增大与减小导致出现卸压膨胀现象,随工作面推进范围扩大,最终膨胀量和卸压系数大小分布呈现马鞍型。为减少底板煤岩体内卸压瓦斯涌入工作面,采用底抽巷治理瓦斯的方案,提出了底抽巷的布置原则。工程试验中,底抽巷顺层钻孔抽采瓦斯纯量及浓度逐渐稳定在最高值7 m~3/min和50%,工作面回风流及尾巷风流瓦斯浓度稳定在0.55%及0.6%以下,实现了煤与瓦斯共采。     

数值模拟在瓦斯抽放钻孔布置中的应用

为了获取合理的瓦斯抽放钻孔布置参数,以瓦斯渗流理论为基础,抽放钻孔周围径向流场为研究对象,建立了抽放钻孔周围瓦斯流动的数学模型。结合鹤煤九矿3104工作面具体开采条件,采用COMOSOL Multiphysics软件对钻孔瓦斯流场进行了数值模拟。实践表明:在该矿具体抽采条件下的瓦斯抽放钻孔布置参数是合理的。经抽放后效果检验,3104工作面消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

穿层钻孔直接测定煤层瓦斯含量取样工艺研究

煤层取样是直接法测定煤层瓦斯含量的重要环节。目前穿层钻孔直接测定煤层瓦斯含量,采用取心法进行取样,取样过程存在操作时间过长、瓦斯损失量大的缺点,导致测定煤层瓦斯含量值不准确。现场试验表明,孔口直接取煤样,并将煤样进行筛分,选取1~2 mm粒度的煤样测定煤层瓦斯含量更为准确。     

含瓦斯煤剪切破裂过程细观演化

运用自主研发的煤岩细观剪切实验装置,开展了不同成型压力条件下含瓦斯煤剪切破裂过程研究。研究含瓦斯煤剪切破裂过程中微细观裂纹的开裂、扩展、贯通演化规律,对比分析成型压力对含瓦斯煤抗剪强度及剪切破裂最终形态的影响。研究发现:随成型压力增加含瓦斯煤密实度增大,抗剪强度增大;剪切破裂过程裂纹扩展速率与开裂位置偏离预定剪切面距离有关,预定剪切面上剪应力大扩展速率快,偏离预定剪切面扩展裂纹受力减小,扩展速率低,甚至会终止扩展而不能贯通;裂纹扩展形态与成型压力有关,成型压力小,密实度低,抗剪强度低,裂纹容易扩展,剪切带范围小,成型压力大,密实度高,抗剪强度高,裂纹不容易扩展,剪切带范围大;含瓦斯煤剪切破裂过程左侧固定右侧受剪切荷载作用,容易形成雁行排列,为实现最终贯通,破坏雁行排列之间会有张拉牵引裂纹产生。     

瓦斯压力对超前钻孔有效排放半径影响数值模拟研究

依据煤层瓦斯压力对瓦斯流动影响规律,应用数值模拟软件FLUENT建立煤层瓦斯压力对超前钻孔影响的数值模型,模拟分析了煤层瓦斯压力分别为0.85、0.95、1.05 MPa,超前钻孔排放直径为110 mm,煤层渗透率为4.0×10-14 m2条件下瓦斯压力对超前钻孔有效排放半径的影响。     

饱和水含瓦斯煤气水两相渗流特性试验研究

通过恒温条件下饱和水煤样气水两相渗透率的测定试验,研究了含瓦斯煤样气水两相渗透特性规律。利用自主研发的三轴瓦斯渗流试验系统,测定随着含水饱和度变化,煤样在围压和瓦斯压力的不同组合情况下的渗流量,得到气水两相渗透率与含瓦斯煤含水饱和度之间的关系,揭示了饱和水含瓦斯煤气水两相渗透特性的一些新的认识:1随着含水饱和度的减小,水的渗透率不是一直减小的,而是整体呈现出随着煤样含水饱和度的减小而减小的趋势,但在开始阶段有一段比较大的波动,渗透率先减小后增大,出现一个波峰,然后再逐渐减小,且很快减到极小的程度;2水对瓦斯的渗透性有较大的抑制作用,在饱和水状态下瓦斯气体几乎不能通过煤样,但在高含水饱和度条件下,瓦斯的渗透率不一定接近于0;3随着瓦斯压力的增大,气水等渗点右移。     

低浓度瓦斯安全直接燃烧技术研究

煤矿抽采的低浓度特别是爆炸浓度范围内的瓦斯直接利用存在诸多技术难题,直接排空时也存在安全风险。通过对金属纤维燃烧器和阻火器的阻火阻爆机理研究、实验研究、设计和现场试验,证明在合理的设计参数下,金属纤维燃烧器能够有效阻火、隔热,可将瓦斯爆炸转变为安全燃烧;金属纤维阻火器能够有效实现管道的阻火、阻爆,隔断瓦斯爆炸的传播。在此基础上研发出处理能力为2 000 m3/h、甲烷体积分数为10%的低浓度瓦斯安全燃烧系统,通过安全分析和工业性试验,证明了该系统的安全性和可靠性,能满足煤矿低浓度瓦斯的处理要求,为爆炸浓度范围内的瓦斯安全排空、减少甲烷排放和瓦斯利用提供了新的技术途径。     

寺河矿瓦斯富集区内井间含气量差异研究

以沁水盆地南部寺河矿区3#煤层为研究对象,对研究工区内的井间瓦斯含气量差异及影响因素进行了分析。结果表明,造成井间含气量差异的主要因素有构造发育、煤层厚度、埋深及煤岩结构。埋深与煤岩结构是造成单井含气量差异的最直接影响因素,共同决定了煤层的含气性。地层压力越大,煤层密度越低,煤层气含量越高。     

基于封孔前瓦斯损失量的测压结果修正分析

首先确定了孔壁周围瓦斯的流动模型及瓦斯压力表达式，进而根据瓦斯含量与瓦斯压力的关系，推导出了瓦斯损失量的理论计算公式，最后提出了瓦斯压力的修正方法.从实际应用来看，修正后的瓦斯压力要高出实测压力几个百分点，采用胶囊黏液封孔所测的瓦斯压力相对误差较小.