CO_2深孔控制预裂加快工作面巷道掘进试验研究

为了缓解煤矿生产过程中的采掘接替紧张的问题及应对新的《煤矿安全规程》中工作面巷道掘进安全距离更为严格的要求,通过分析CO_2深孔控制预裂技术提高工作面巷道掘进速度的原理,并在余吾煤业N1101工作面的巷道进行工程实验,从CO_2预裂对静态下的煤体参数的影响和采动态变化的巷道掘进过程中煤体参数的变化两方面进行试验,并对预裂前后的日进尺量及回风巷的瓦斯浓度进行了统计。研究结果表明,预裂之后煤体K_1值和S值变化明显,日进尺量提高幅度为30%~100%,回风巷瓦斯浓度降低幅度为16.7%。证明了此技术在降低掘进工作面煤与瓦斯突出风险的前提下,加快了煤体瓦斯解吸速率,提高了工作面巷道掘进速度,缓解了采掘接替紧张的难题。     

初采期工作面推进速度对近距离煤层的影响

为了研究初采期工作面推进速度对近距离煤层的影响,运用3DEC离散元数值模拟软件模拟分析初采期不同推进速度下近距离煤层的沉降特征、离层特征以及应力分布特征。结果表明:推进速度越快,初次来压步距越大;推进速度越快,采空区离层区扩张越快,扩张范围越大,而稳定的速度越慢;快速推进对近距离煤层超前工作面区域扰动较大,但不能满足离层的时效性,因而在中速推进条件下,超前工作面区域离层范围最大;顶板初次垮落后,采空区上方近距离煤层应力区主要由拉应力区、压实区、卸压区组成;推进速度越快,回采工作面附近的拉应力区出现位置离回采位置越远,范围越小。推进速度越快,压实区范围越小,卸压区范围越大。     

温度场变化对高压注水煤体瓦斯解吸量影响规律研究

通过不同温度条件下煤与瓦斯吸附、解吸实验,研究了煤与瓦斯吸附、解吸的微观机理,重点分析了高压注水对煤体瓦斯吸附、解吸的影响规律.利用具有压力控制单元和温度控制单元的煤样吸附解吸实验系统,测定煤样在不同温度下瓦斯的解吸量,通过吸附压力降低曲线计算出了吸附速率.     

煤系地层注入CO2开采煤层气质交换的机理

论述了注CO2开采煤层气质交换机理和煤系地层封存CO2意义,建立了注CO2开采煤层气的物理数学模型。采用饱和食盐水集气方法测定了表征解吸阻力大小的综合参数--综合传质系数α随浓度、煤变质程度、放散时间的变化规律。试验结果表明：α随煤粒吸附基质浓度的增大而增大;变质程度相同时,CH4的α随时间的衰减较CO2的α随时间的衰减慢;基质浓度相同时,煤变质程度越高,α越小,且对不同变质程度的煤岩,CH4的α大于CO2的α,即不同变质程度的煤岩对CO2的吸附能力都大于CH4。说明注气增加储层压力促进气体解吸置换,各种煤岩对CH4的解吸量大于对CO2的解吸量这一现象与煤的变质程度无关。因此,在不同变质程度煤层,甚至煤系地层中,注气开采煤层气与储存CO2技术在理论上都是可行的。     

近距离煤层群初采阶段应力场分布与煤岩运移规律模拟分析

为探讨近距离煤层群开采情况下初采阶段的应力场分布与煤岩移动规律特征,以沙曲矿24207工作面为研究对象,结合FLAC3D仿真软件和Tecplot后处理程序进行了仿真研究。模拟结果表明,3~4#近距离煤层初采期进尺范围达70m;在初采阶段,随着回采工作面的推进,采场上下煤岩体中部存在明显的应力泄放过程,载荷向采场两端煤柱转移,上覆和下伏煤岩层均呈现出压力拱效应,应力释放区也逐渐演变为瓦斯富集区;同时,邻近煤岩体整体向采出空间运移,位移等值线由水平向竖向转化且梯度逐渐增大,表明采场上下煤岩体由初始离层裂隙发育向竖向裂隙发育演化,最后形成贯通裂隙,从而为邻近层瓦斯运移提供了有效通道。     

高压液态CO_2预裂煤层抽采瓦斯技术应用

针对西山煤电官地矿2#煤层的高瓦斯低透气性现状,采用了液态CO_2预裂技术预裂煤层进行强化抽采,详细分析了液态CO_2预裂煤层机理,并在22613工作面进行了工业试验。结果显示:采用液态CO_2预裂增透技术后,单孔瓦斯平均抽采体积分数由23.1%增至46.8%,增加了1.03倍,单孔瓦斯平均抽采纯量由0.003 m3/min增至0.008 m3/min,增加了1.67倍,在很大程度上缩短了瓦斯预抽时间,节约了瓦斯治理费用,为矿井的安全生产提供了保障。     

大采高工作面顶板破坏规律的推进速度效应

为研究工作面推进速度加快后,顶板岩层破坏规律,依据神东矿区上湾煤矿地质赋存条件,采用相似模拟试验及现场实测的方法,通过对比分析不同推进速度条件下工作面直接顶、基本顶及其上覆岩层变形、下沉、垮落规律,定量地表征了大采高工作面顶板破坏规律的推进速度效应。研究结果表明:不同推进速度条件下,直接顶、基本顶岩层变形、下沉垮落演化规律保持一致;基本顶岩层周期来压步距随工作面推进速度加快而显著增大;直接顶、基本顶及其上覆岩层下沉量随工作面推进速度加快而呈不同程度的减小;工作面来压持续距离随工作面推进速度加快而明显延长,来压强度和动载系数呈不同程度增大。     

近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究

针对山西焦煤集团屯兰矿近距离煤层群开采过程中,采煤工作面底板瓦斯超限的问题,通过对近距离煤层群采掘工作面底板煤岩增透机理分析及回采工作面邻近层瓦斯涌出量计算,得出18205工作面底板瓦斯涌出量增大原因:18205工作面底板受采动影响,煤岩体形成裂隙带和卸压带,煤岩透气性系数成百倍增加,渗透率增大,为下邻近层瓦斯涌出提供了通道;下邻近层9#煤层瓦斯涌出量占18205工作面瓦斯涌出量的比例高达11.4﹪。结合理论分析、计算及开采条件,进行了底抽巷瓦斯抽采实验研究。结果表明:底板瓦斯浓度由0.46%降至0.1%,瓦斯抽放率提高了17%,矿井通风能力得到了提升。     

高强度开采工作面超前支承压力的推进速度效应

工作面快速推进是实现煤矿高产高效的重要途径,但是工作面推进速度加快,将导致顶板来压强烈、超前支承压力增大等诸多问题,通过理论分析、相似模拟试验、数值模拟计算等手段,针对大采高综采工作面推进速度对超前支承压力规律的影响进行研究,结果表明：（1）推进速度对超前支承压力峰值大小、位置及范围均产生影响,推进速度加快,超前支承压力峰值增大,位置向工作面煤壁靠近,影响范围有缩小趋势;（2）通过理论分析计算表明,推进速度增大时,工作面周期来压液压支架载荷增大,通过插值法计算该工作面极限推进速度为13.4 m/d。