石壕煤矿岩巷掘进中的瓦斯灾害特征及预防对策

石壕煤矿在茅口组石灰岩中掘进巷道时,时有瓦斯灾害事故的发生。从地质构造和水文地质方面研究了瓦斯的聚集条件,认为石灰岩中早期的溶洞、裂隙等是瓦斯的储藏空间,断裂构造切割煤系与石灰岩地层时,为煤层和围岩中瓦斯进入创造了条件;茅口组灰岩深埋地下,地下水交替循环差,对瓦斯的富集起到了封闭作用。研究表明：井田内煤岩瓦斯突出一方面是由于在岩巷掘进时,当地层走向发生变化时,对其方向没有进行及时调整,导致岩巷掘进层位距突出煤层的垂直距离太近,放炮或垮落引起的;另一方面是由于在掘进与煤系地层联通的较大张性或张扭性瓦斯富集的隐伏断裂带时,没有采取专门的预防措施,放炮引起的。按岩巷掘进中瓦斯异常涌出量的快慢及大小,将瓦斯异常涌出表现形式分为缓变型、突变型、突增渐缓型三种,并对各自的特征进行了总结。预测矿井现开拓的南三区和北三区瓦斯灾害严重,以南三区更为突出,提出了进行超前探测,钻孔抽放等预防措施。     

阳泉矿区煤系中煤成气的圈闭形式

煤成气是与煤共生的天然气,煤矿中称为瓦斯。阳泉煤矿现生产的十对矿井,有八对属高瓦斯矿井,瓦斯年涌出量达3.2亿米3。在采煤的同时开发利用瓦斯,显然是提高煤矿生产经济效益的现实措施之一。以此为指导思想,本文拟从地质构造、岩石性质及水文地质方面,对煤成气在煤系地层中运移与聚集规律进行粗浅分析。      

正村井田二1煤层瓦斯地质特征及防治瓦斯对策

通过对正村井田煤系地层及构造特征、煤层特征进行分析归纳,对煤与瓦斯突出矿井近年来发生的瓦斯动力现象及涌出量资料的统计和计算,认为正村煤田煤与瓦斯突出具有以小型突出为主、突出前有预兆并受作业方式诱导、突出点附近瓦斯质量体积和瓦斯压力高、易发生在掘进工作面和煤层变化带等特征,根据这些特征提出了相应的瓦斯防突措施,为该煤田防治煤与瓦斯突出提供了理论指导。     

基于瓦斯涌出量的煤巷合理掘进速度确定

科学确定掘进速度是保障高瓦斯、突出矿井安全高效生产的重要前提。为确定煤巷最佳掘进速度,减小动力灾害发生,理论分析掘进工作面前方瓦斯分布规律,并建立瓦斯涌出量数学模型,分析不同掘进速度下瓦斯涌出特征。以山西汾西矿区金晖万峰煤矿为例,分析其巷道瓦斯涌出规律,确定其最佳掘进速度。结果表明:煤巷掘进速度v等于应力迁移速度v_σ,即以v=v_σ持续掘进时,落煤瓦斯涌出量Q₁不变,瓦斯涌出总量Q不变;当v < v_σ持续掘进时,Q₁线性减小,Q也持续减小;当v>v_σ持续掘进时,Q₁呈指数增加,Q持续增加;金晖万峰煤矿1115工作面区域应力迁移速度约为2.1 m每班次,以2.1 m每班次持续掘进或分别以每班次2.4、1.6、2.4 m速度循环掘进时,能够实现煤巷快速安全掘进。在该矿1115工作面进风巷对研究结果进行现场验证并证实了该方法的可行性。      

松藻矿区茅口灰岩巷道中的瓦斯灾害特征与防治

在茅口灰岩中掘进巷道时,常有瓦斯涌出、偶有岩溶瓦斯喷出或突出及煤与瓦斯突出。通过研究茅口灰岩的生成、储存和盖层条件、古岩溶地貌、瓦斯来源、瓦斯储集特征,分析瓦斯典型事故特征,总结不同层位裂隙瓦斯超限的频率。提出了合理选择层位、采取防范瓦斯喷出突出措施、探测控制岩溶缝洞、改进钻机防喷装置、提高物探准确率、加强预测预报等对策措施。集中运输大巷、回风大巷、变电所、水仓宜布置在茅口组顶部30 m以下;专用茅口瓦斯抽采巷宜布置在距煤系10~20 m;采取严密的探测控制措施后,可杜绝溶洞瓦斯突出、煤与瓦斯突出,采用能够闭锁自动阻止高压瓦斯喷孔的钻机可控制岩溶瓦斯喷出。     

煤油气共生矿井的采面瓦斯涌出预测

以煤系含油气的陈家山煤矿综采工作面瓦斯地质资料为依据,应用灰色系统理论中的关联分析方法,在研究影响采面瓦斯涌出量主控地质与生产因素的基础上,借助人工神经网络理论中的BP网络方法,建立了综采工作面瓦斯涌出量预测的BP网络模型。通过误差分析及实际应用,证明将关联分析与BP网络结合起来开展采面瓦斯涌出量预测是一种可行的方法。      

关于中国煤层瓦斯区域分布的几点认识

据１９９４￣１９９６年连续３年的统计,全国煤矿瓦斯灾害伤亡人数占煤矿伤亡总人数的４０％以上,瓦斯涌出规律、瓦斯涌出量预测、瓦斯突出预测仍是煤矿安全技术的难题,在加强对瓦斯灾害综合治理的同时,把瓦斯作为煤层气资源积极进行开发利用,是当前的研究方向,瓦斯区域分布规律研究可以概括为建立在煤层瓦斯生成条件、保存条件基础上的高斯赋存量,高瓦斯涌出量,低瓦斯赋存量,低瓦斯涌出量区域分布规律研究;建立在高瓦斯赋     

煤矿掘进工作面瓦斯涌出规律研究

煤矿掘进工作面瓦斯涌出一般来说只与直接源瓦斯涌出量的大小有关；而在许多矿井的生产实践中，掘进工作面瓦斯涌出量却显示出与直接源涌出量不一致的特性，常常出现瓦斯涌出异常现象。本文通过对所谓”异常现象”进行观察研究，利用瓦斯监测系统和温度计、气压计对地面的气象状况进行观测，对所获得的数据进行综合分析，找出异常涌出瓦斯的来源、影响因素等，发现瓦斯涌出曲线呈现较为规律变化；经比较发现了与大气物理参数变化的关系。从而找出了掘进工作面的瓦斯涌出规律，即与大气物理参数变化之间的关系。为矿井制定生产规划、合理安排组织生产、减少瓦斯事故、保证矿井安全生产提供参考；在安全管理方面提出有针对性地加强瓦斯检查及其它措施。     

突出煤层CO2气相压裂高效抽采防突掘进技术

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO₂气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K₁值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K₁值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO₂气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。      

晋普山煤矿瓦斯赋存相关因素及涌出量预测

晋城矿区晋普山煤矿目前开采9煤层,煤层瓦斯含量高,经鉴定属高瓦斯矿井。利用井田地质勘查成果及井下瓦斯监测数据,对区内瓦斯赋存规律及涌出量进行了分析。结果显示:煤层煤类、褶皱构造和煤层围岩是其主要控制因素,而煤层埋深对瓦斯赋存影响不明显。按开采层和邻近层瓦斯涌出量叠加原理,采用分源预测法分别预测了9、15号煤层回采工作面瓦斯涌出量,其绝对瓦斯涌出量均大于5 m3/min,局部瓦斯含量较高,具有煤与瓦斯突出危险,建议矿井做好防范瓦斯灾害相应措施。     

煤层底板水害防治智能决策支持系统框架构建

煤层底板突水是华北型煤田煤矿生产过程中一种常见的水害类型,为解决水害防治工程的科学决策问题,进一步提高防治水工程的可靠性,提出构建智能决策支持系统的技术思路。智能决策支持系统是传统决策支持系统与人工智能技术相互融合的产物,在分析底板水害防治决策支持功能需求的基础上,提出“数据-模型-方案”一体化设计流程,从数据导入、模型驱动、智能决策等3个层次构建底板水害防治智能决策支持系统的基本框架。将模型驱动层进一步细分为方法库、模型库、知识图谱构建3项专业化服务,模型库包括底板突水空间点预测模型、疏水降压数值模拟模型、注浆改造工程可靠性分析模型、隔离工程设计模型及底板水害监测预警模型。系统最终输出的决策方案包括底板突水危险性分区、疏水降压Q-t-s方案、区域注浆改造设计及工程可靠性评价、隔离工程设计、底板突水监测预警警情发布。系统通过注浆过程的反馈-控制、突水监测预警的深度学习、疏水降压方案的动态优化等实现其智能决策。智能决策支持系统将会在煤层底板水害防治可靠性保障方面提供新的技术支撑。      

峰峰矿区九龙矿隐伏突水陷落柱治理实践

峰峰矿区九龙矿的隐伏突水陷落柱发育于奥陶系石灰岩含水地层,发育高度至石炭系大青灰岩、伏青灰岩。由于其发育范围小,又隐伏于可采煤层以下。一般勘探手段很难给予精确解释,导致矿井开采过程中发生突水灾害。通过对矿区隐伏突水陷落柱的治理工作实践,介绍了其探查及治理过程：按照”探治结合”的治理原则,首先采取对矿区工作面三维地震资料进行精细解释,然后以注浆钻孔定向钻探施工技术进行验证的方法,确定突水构造的类型和空间发育形态,进而实施注浆治理,达到堵截突水通道、保障矿井安全生产的目的。本方法的成功实践,为今后华北型煤矿突水灾害的治理工作提供了的范例。     

“三软”煤层顶板力学性能对瓦斯保存条件的影响

针对豫西芦店滑动构造区＂三软＂煤层（软顶、软底、软煤）瓦斯突出问题的特殊性,通过大量野外地质调查、岩石力学试验和瓦斯地质灾害实例分析,探讨了滑动构造区煤层顶板力学性能与瓦斯保存条件的内在关系;明确指出强度低、变形大且塑性软化特征强的软岩顶板容易形成封闭条件好的盖层,下伏煤层瓦斯难以逸散,从而提出了构造软岩分布区即瓦斯地质灾害高发区的结论。这一研究成果对我国东部滑动构造区的矿井瓦斯地质灾害防治具有一定的示范意义。     

基于GIS的煤层底板突水脆弱性评价——以山西曹村井田为例

煤层底板突水因素众多,突水系数法作为传统的方法所能考虑的突水影响因素种类很有限,不能全面的描述煤层底板突水的复杂机理。为保障煤矿的安全生产,本文以底板突水脆弱性理论为基础,对曹村井田II^#煤层底板突水危险性进行评价,为煤矿今后的安全生产起指导作用。     

考虑倾角与开度的薄基岩裂隙溃沙特性研究

顶板溃沙是我国西部矿区浅埋煤层开采过程中面临的安全威胁之一。利用自行研制的裂隙溃沙试验系统,开展无水条件下风积沙溃沙过程的模拟试验,研究沙层厚度、裂隙倾角和裂隙开度对溃沙速率的影响,获得不同影响因素与裂隙中风积沙流动速率之间的定量关系。研究发现,沙层厚度的变化对溃沙速率几乎没有影响;裂隙倾角的变化对溃沙速率有明显的影响,在裂隙开度一定的情况下溃沙速率随着裂隙倾角的增大而增大,两者之间呈对数关系;裂隙开度对溃沙速率的影响较为显著,裂隙倾角一定时溃沙速率随着裂隙开度的增大而快速递增,两者之间符合指数关系;裂隙开度对溃沙速率的影响权重最大,而沙层厚度的影响权重可以忽略。该研究成果可为西部煤矿溃沙灾害的防治提供理论依据和科学指导。     

Assessment of water inrush and factor sensitivity analysis in an amalgamated coal mine in China

Hydrogeological data are generally incomplete and inaccurate in amalgamated coal mines in China, which results in inaccuracy in water inrush forecasts. To enhance the precision of the prediction of water inrush from coal floor in an amalgamated coal mine, the vulnerability index method was developed using an analytic hierarchy process (AHP) to analyze the water inrush hazard. Six factors related to water inrush were selected and the corresponding single factor thematic map was established through geographic information system (GIS). The AHP model was built to calculate the weight of each factor. The final forecast map based on vulnerability index was acquired by superposing the six thematic maps. The forecast map was consistent with the real water inrush position. The sensitivity of the six factors was analyzed and the water-resisting layer played a significant role in controlling water inrush. Several suggestions about water inrush prevention were put forward based on the prediction results.     

钻探技术在煤矿水害防治工作中的应用

钻探作为煤矿水害防治工作一种重要的技术手段,得到了广泛的应用。煤矿大口径排水井钻进技术、底板多分支水平井地面定向钻进及注浆加固改造技术、井下定向探（疏）放水钻进技术、注浆封堵突水通道钻探技术和矿井突水灾害快速钻进救援技术等煤矿防治水钻探技术,在煤矿水害防治工作中得到了广泛应用,取得了良好效果。加强防治水钻探配套设备的研发和相关钻探工艺技术研究,将有力促进煤矿水害防治工作的发展。     

低透气松软突出煤层快速揭煤技术

随着矿井开采深度的加大,矿井的透气性越来越小,煤与瓦斯突出事故频发,揭煤难度也越来越大。孟津煤矿开采山西组二。煤层,属于构造煤,煤层松软,透气性低,矿井一水平开采深度为760m,瓦斯压力高。副井清理斜巷需穿过二,煤层,为了尽快揭开煤层,采用液压钻机配乳化液泵以提高钻探水压的冲煤措施,使高应力低透气松软煤层在揭煤时的不利因素转化为可利用因素。从施工的55个揭煤孔来看,单孔冲出煤量最大为2.3t,最小为0．4t,平均为1．06t,总计冲出煤量为58．5t。通过对控制区域6个点瓦斯含量的测定,结果表明,瓦斯含量降到了8m3／t以下．清除了突出危险。采用瓦斯解析指标进行了三次效果检验,Ah：最大值为190MPa;在岩柱1．5m布置爆破孔,采用震动爆破揭开煤层,瞬时最大瓦斯涌出量为2．4m3／min,说明达到了快速揭煤的目的。     

基于充水要素的矿井水害类型三线图划分方法

煤矿水害分区、矿井水害类型与水文地质类型等划分结果在矿井充水水源、充水通道等水害形成要素方面体现相对不足,对煤矿防治水工作指导性不强。本文从矿井水害形成的基本要素入手,通过分析矿井不同类型充水水源、充水通道及其组合条件下的矿井水害特点及其危害程度,将矿井充水水源按其富水程度与供给能力划分为缓渗式弱供给、涌溃式快供给、突涌式强供给和无阻滞式充分供给4种类型;将充水通道按照其渗流畅通性与空间尺寸划分为低渗流型、高渗流型、小断面自由流管道型、大断面自由流通道型4类充水通道;按不同充水水源与充水通道之间的组合关系,将矿井水害危害性程度划分为轻微、中等、严重与极严重4级,并借鉴Piper三线图与库尔洛夫式地下水水化学分析原理,绘制了矿井水害类型"4-4-4三线图",提出了能简洁反映矿井关键充水要素与水害特征的矿井水害类型划分方法,为煤矿开展水害防治提供指导。      

焦作矿区煤层底板注浆加固工作面突水原因与防治

焦作矿区水文地质条件极为复杂,煤层底板受到承压水的严重威胁,为此对工作面煤层底板进行了注浆加固改造。但近几年底板注浆加固工作面仍发生突水事故,严重影响了矿井的正常生产,并构成了安全隐患。通过对焦作矿区近年来8起底板注浆加固工作面突水事故进行调研,详细分析了突水工作面主要充水水源、注浆加固改造情况、突水情况及原因,总结归纳了注浆加固工作面突水影响因素,利用实例计算验证了易突水位置,并进一步提出了水害防治措施。