龙山矿突出区域预测的瓦斯含量临界值

准确确定瓦斯突出区域预测的瓦斯含量临界值,对提高防突措施的针对性和降低防突成本均具有重要的指导作用。以河南安鹤煤田龙山矿二₁煤层为例,在大量测试瓦斯基础参数的基础上,分析了该矿的瓦斯突出特征,研究了二₁煤层的吸附特征,对该矿瓦斯含量和工作面预测指标进行了跟踪测试,并研究了其相互关系。结果表明,龙山矿二₁煤层变质程度高,在同等瓦斯压力条件下,具有较强的吸附能力,最终确定二₁煤层的突出区域预测瓦斯含量临界值为10.0 m3/t。      

川达煤矿4号煤层＋1195m标高以上瓦斯突出危险性评价

通过测压孔现场实测4号煤层的原始瓦斯压力、钻孔瓦斯自然涌出量,并用刻槽法在测压点附近取样,实验室测定瓦斯吸附常数、煤的孔隙率及煤的坚固性系数f、瓦斯放散初速度ΔP等参数。依据煤层突出危险性单项指标和综合指标评价,认为川达煤矿4号煤层目前采区＋1 195m标高以上不具有煤与瓦斯突出危险性。     

淮南潘一煤矿未开拓区煤与瓦斯突出预测

淮南矿区是瓦斯事故重灾区,潘一矿进入-400m水平开采以来,共发生25次煤与瓦斯突出,严重制约了该矿的生产安全。利用已采区瓦斯地质实测成果,结合未开拓区煤田地质勘查资料,对该矿13-1煤层瓦斯压力和含量、煤的力学性质、煤层受力状态进行了分析,提出了13-1煤层未开拓区煤与瓦斯突出预测指标,并对未开拓区煤与瓦斯突出危险区进行了预测。结果表明煤与瓦斯突出危险区主要分布在位于F34断层附近、F38断层-钻孔V-3一带、F125-Fs107-Fs106附近、Fe7-Fe1之间的部分区域及F4断层西南端部分区域。     

下伏煤层瓦斯压力消散数值模拟

平煤五矿己15煤层为低瓦斯煤层,下伏己16-17煤层为高瓦斯煤层,相对层间距比例1.0-4。己16-17煤层煤厚3.5m,为主采煤层。为降低己16-17煤层的瓦斯压力,实现安全高效生产,该矿以已15煤层为保护层,采用上保护层开采技术改变具有突出危险的煤层瓦斯赋存状态,降低被保护层的瓦斯压力。基于多孔介质流体流动理论,利用有限元数值模拟技术,模拟平顶山五矿超近上保护层的开挖过程,分析被保护煤层的瓦斯流动过程和煤层瓦斯压力的变化规律,论证保护层开采技术可以改变高突、高瓦斯煤层瓦斯赋存状态的可行性。     

顺煤层剪切带煤与瓦斯突出机理分析

为了确定顺煤层剪切带的煤与瓦斯突出机理,在对顺煤层剪切带的受力状态进行分析的基础上,应用Mohr-Coulomb理论研究了顺煤层剪切带的形成机制,并探讨了顺煤层剪切带内的煤层变化特征、瓦斯含量和瓦斯压力特征及地应力对煤与瓦斯突出的影响。结果表明:当煤层倾角接近剪切滑动的临界角时,易产生薄煤区,而远离临界角时,煤层厚度增加,煤层厚度剧烈变化部位为应力集中区并具有较高的应力梯度;顺煤层剪切带内的压应力、煤层的面理化结构和煤层厚度的剧烈变化使其在宏观上形成了高瓦斯含量和高瓦斯压力特征,微观上糜棱煤细颈瓶型的孔隙形态为发生煤与瓦斯突出提供了必要的介质条件;在紧闭褶皱区,煤与瓦斯突出类型以突出为主,在宽缓褶皱区和伸展型顺煤层剪切带内,煤与瓦斯突出类型以压出和倾出为主。顺煤层剪切带内的高地应力、高瓦斯压力和发育的构造煤等3个因素是煤与瓦斯突出发生的主要原因。      

地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用

为减轻和防治煤与瓦斯突出灾害,对红菱煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试和瓦斯气体压力量测,以及地质构造分析。在此基础上,应用突出破坏判断准则,提出了煤层稳定性评价的定量指标,从区域上预测了煤与瓦斯突出的潜在危险区,与现场实际情况吻合较好。提出了区域性与局部相结合的防突措施,取得了良好效果,表明区域煤与瓦斯突出潜在危险区预测对区域性防突措施的选择具有一定指导意义。     

地应力和瓦斯压力作用下深部煤与瓦斯突出试验

基于目前煤与瓦斯突出模拟试验均为人为控制突出口打开的实际情况,自主研制了可改变轴压、围压和孔隙压,实现突出口自行打开的煤与瓦斯突出模拟仪。以典型高瓦斯矿井-阜新孙家湾矿为例,试验模拟了煤层开采深度分别为900、 1 100、1 300 m时,突出煤层临近工作面区域在地应力和瓦斯压力共同作用下诱导发生煤与瓦斯突出全过程。试验利用轴压、围压模拟地应力作用,孔隙压模拟瓦斯压力作用。经相似理论计算确定了3种开采深度下轴压和围压值、孔隙压逐级增加得到了突出时瓦斯压力,并拟合了关系曲线。研究结果表明：开采深度、轴压、围压、瓦斯压力与突出距离、突出强度间均呈幂指数增加规律。随深度增加,地应力与瓦斯压力对突出影响增量逐渐减小。瓦斯压力对突出影响作用存在3阶段特征,分别为急剧影响增加阶段、稳定影响增加阶段和缓慢影响增加阶段,确定了瓦斯压力对突出影响变化率最大值,即瓦斯压力变化异常区与稳定区分界点为0.75 MPa,对应开采深度为350 m,与前人理论分析结果基本吻合。由此可以推断,随深部开采,地应力与瓦斯压力共同作用下煤与瓦斯突出频度将增加,但强度和破坏程度增加率将趋于平缓。所得结论对该矿深部煤与瓦斯突出机制认识和预测防治具有参考意义。     

煤层瓦斯主要赋存影响因素筛查——以河南汝州煤田朝川矿区二1煤层为例

煤矿瓦斯赋存与众多地质因素相关，包括煤的变质程度、围岩性质、埋藏深度、水文地质条件、构造发育等。其中起主要作用的可能只是少数，且在不同条件下起主要作用的因素可能不同。如何在众多的地质因素中确定主要因素，是解决问题的关键。为了研究清楚朝川矿区二₁煤层瓦斯赋存影响主要因素从而服务于煤矿生产，文章基于瓦斯地质理论，通过定量的方式分析研究了朝川矿区构造、二₁煤层钻孔瓦斯含量，生产矿井鉴定瓦斯相对涌出量、绝对涌出量等方面的关系及规律，确定了朝川矿区二₁煤层瓦斯赋存的主要影响因素为地质构造，次要因素为埋藏深度，而围岩性质、煤的变质程度和地下水文因素对瓦斯的赋存影响较小。本次研究成果，可为地质条件类似的煤矿在瓦斯研究、监测及管理方面提供借鉴。     

河南省某矿可采煤层的区域突出危险性预测

河南省某煤矿目前处在普查阶段,尚未进行开采,针对可采煤层开展区域突出危险性预测,可发现突出危险煤层,指导未来煤矿安全生产。根据突出危险区划理论,针对河南省某煤矿可采煤层区域突出危险性预测。首先计算可采煤层发生突出瓦斯压力最小值Pmin及其对应的煤层瓦斯含量W0,按照以安全为基础,同时考虑矿井生产实际情况的原则,选择煤层瓦斯含量指标作为区域划分的指标:当煤层瓦斯含量W相似文献   

上覆岩床对煤层瓦斯赋存特征的影响——以宣东二矿Ⅲ3煤层为例

根据宣东二矿Ⅲ3煤层实测煤质、煤层瓦斯数据,从煤层瓦斯生成、运移、储存角度,研究了上覆岩床对煤层煤质、煤层生烃量、瓦斯含量和瓦斯压力等煤层瓦斯赋存状态参数的影响,认为受上覆岩床影响,煤变质程度提高,由长焰煤变成气煤-焦煤,煤层Rmax、Cdar值与辉绿岩床厚度呈明显的正相关,与Ⅲ3煤层和辉绿岩床间距呈明显的负相关,煤层最大吸附瓦斯能力由15m3/t提高到40m3/t,煤层瓦斯含量由3m3/t提高到9m3/t以上,多方面改变了Ⅲ3煤层瓦斯赋存状态和地质条件.     

红山煤矿石门揭突出煤层综合防突技术

煤矿井下石门揭煤诱发的煤与瓦斯突出是一种十分复杂的矿井地质动力灾害,严重威胁着煤矿安全高效生产。选取辽宁红山煤矿为工程背景,运用FLAC3D模拟分析矿井南翼瓦斯突出危险区石门揭12煤过程中围岩力学响应特征,揭示石门揭煤突出机理,提出瓦斯预抽措施配以改进金属骨架的综合防突技术方案。研究结果表明:石门揭12煤期间,工作面超前支承压力随石门掘进动态前移,距煤层6 m范围内,工作面前方围岩掘进扰动强烈,煤体出现明显应力集中现象,垂直应力为15~19 MPa,已超过煤体强度。同时,石门工作面围岩变形量急剧增大,顶板下沉位移为15~92.22 cm,煤体弹性变形能积聚;工作面围岩塑性区范围也迅速扩展,在石门中线垂直剖面上的面积为10~50 m2,裂纹贯通形成碎煤射流通道。综合模拟结果可知,石门揭12煤过程中煤体承载较高集中应力和瓦斯压力,且储存大量弹性变形能,极易诱发突出。基于此,在传统瓦斯预抽防突措施的基础上,对现有金属骨架防突技术进行改进,使其同时具备瓦斯预抽、煤体固化和超前支护的综合防突作用,并通过现场应用取得了良好效果,为类似条件石门揭煤防突研究提供重要借鉴和参考。      

祁东井田地应力场特征及其对煤与瓦斯突出的影响

地应力是煤与瓦斯突出的重要动力,区域应力场是不同期次构造运动在该区域综合作用的具体体现。结合区域应力场和区域构造断块划分,研究了祁东井田应力场及其对煤与瓦斯突出的影响。结果表明:祁东井田最大、中间、最小主应力与煤层埋深呈正相关关系,且其最大主应力明显比位于华北地区的焦作中马村矿,平顶山一矿、六矿、八矿,以及华东地区的淮南潘一矿、谢一矿都大得多;祁东井田处在高应力区,地应力是9号煤层25次煤与瓦斯突出的主导因素;该井田东部地应力较集中,瓦斯含量大,煤与瓦斯突出危险性较大。      

三轴压缩下含瓦斯煤的能耗与渗流特性研究

以重庆松藻同华矿K3煤层制备的煤样为研究对象,利用自主研制的渗流装置,进行了不同围压和瓦斯压力下煤样的三轴压缩试验,并应用能量积聚与耗散的方法,研究了煤样在压缩过程中的能耗特征和渗流特性。结果表明：三轴压缩破坏过程中,含瓦斯煤样存在着能量积聚与耗散。煤样以弹性应变能的形式吸收并储存能量;荷载达到峰值时,煤样储存的弹性应变能在瞬间释放转化为耗散能,成为煤样破坏的源动力。围压和瓦斯压力对煤样的能耗特征有较大影响,随着围压增加,煤样吸收的总能量、储存的弹性应变能和耗散能均会增加;随着瓦斯压力增加,煤样吸收的总能量及耗散能呈现缓慢的增加,储存的弹性应变能呈逐渐下降趋势。围压和瓦斯压力对煤样的渗透性亦有较大影响。应力达到峰值前,随着围压的增加,煤样的渗透性逐步减小;随着瓦斯压力的增加,煤样的渗透性则呈增加的趋势。研究结果可为煤与瓦斯突出的防治和瓦斯抽采提供参考。     

不同水力割缝布置方式对卸压防突效果影响数值模拟

随着浅部煤炭资源逐渐枯竭,我国煤矿相继进入深部开采阶段,煤与瓦斯突出灾害愈趋严重,采用水力割缝技术对煤体卸压是煤与瓦斯突出防治的一种有效手段。以平顶山某煤矿深部突出煤层为例,进行了不同水力割缝布置方式对煤层卸压防突效果影响的数值模拟研究。计算了水力割缝切割煤体横向深度,建立了水力割缝三维有限元模型,数值模拟得到了三种水力割缝布置方式（平行、菱形、交错）对煤体X、Y向应力场影响变化规律。结果表明：交错排列的水力割缝布置方式导致应力降影响范围几乎覆盖整个煤层,X向、Y向应力降显著,应力降幅度分别为91.6%、97.8%,均大于其他两种布置方式。因此交错排列的水力割缝布置方式既可以满足卸压范围需要,同时也能够较好释放深部煤层应力,卸压防突效果较好。     

湖南利民煤矿煤与瓦斯突出量级程度划分及其应用研究

根据煤与瓦斯突出的地质条件,对煤岩体系中的弹性潜能、瓦斯内能、采场附加应力积聚的能量分别进行了定性的划分,并结合弹性潜能、瓦斯内能,对煤与瓦斯突出的量级程度也尝试性地首次做出分类,并提高了原来的下限指标。对典型突出模式进行了简要地分析,为今后开展防治利民矿井煤与瓦斯突出工作提供了新的思路与对策。     

贵州省岔河勘探区主采煤层瓦斯压力分析

分析岔河勘探区龙潭组主要煤层6号煤瓦斯压力的实测结果,及部分钻孔依据煤层瓦斯含量计算的瓦斯压力,得出该主采煤层瓦斯压力均大于煤层突出危险性指标的临界值0.74MPa,说明该区主煤层存在突出危险性。比较实测瓦斯压力与计算结果,认为计算结果偏小的原因与煤层瓦斯含量有关：一是在钻具提升过程中部分瓦斯逃逸,造成煤样解吸测定过程中累计解吸的气体量变小;二是气体损失存在误差;三是解吸化验时间过长,产生泄出现象,导致实测瓦斯含量偏小。     

井巷揭煤地面预抽辅助消突技术

井巷如何安全、高效揭穿突出煤层是防突工作不断探索的课题,地面预抽煤层瓦斯辅助消突不失为一种有效的解决途径。基于井巷揭煤突出机理和防突核心任务分析,研究了地面预抽辅助消突技术特点和适应性。工程应用表明,采用洞穴完井和水力压裂强化预抽,可有效降低井巷揭煤区煤层瓦斯含量和瓦斯压力,使揭煤区应力释放或泄压,破坏煤与瓦斯突出的物质基础和动力来源,从而变突出区域（煤层）为非突出区域（煤层）。地面预抽煤层瓦斯能够有效降低井巷揭煤防突工作难度,提高揭煤效率,适合复杂地质条件下石门、井筒揭煤防突工作。