断裂构造对利民矿井煤与瓦斯突出的控制

阐述了断裂构造对煤与瓦斯突出的控制和不同构造部位瓦斯突出的差异性。因煤层围岩性质的不同，地质构造的差异，瓦斯突出的地段和危险性也不一样。主控断裂的作用形成了不同的构造应力分区，从而导致瓦斯不同程度地聚积与泄散，决定着煤与瓦斯突出的强度、密度的分区分带性。这些研究成果对利民矿井各采区瓦斯突出危险性的预测，具有现实意义。     

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。     

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。     

煤和瓦斯突出与地应力之关系

本文以声发射粗估法地应力测量,研究谢二煤矿煤和瓦斯突出与地应力之关系。研究结果表明,煤与瓦斯突出与地应力呈正相关关系。也就是说,凡煤与瓦斯突出地带均属地应力超常地带,而安全地带的地应力值则正常或偏低.      

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。     

正断层上盘煤与瓦斯突出特征与地应力场控制机理

断层带是煤与瓦斯突出发生的主要地质单元.大量煤与瓦斯突出案例统计显示,对于正断层,发生在上盘的突出次数和强度明显大于下盘,但造成这一现象的地质机理研究不多,特别是正断层上盘的地应力场在采动前后的变化规律及其对突出发生的控制机理尚未完全揭示.基于此,以河南焦作矿区中马村煤矿DF4正断层为地质模型,应用FLAC3D软件,模...     

煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应

为探讨煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应,利用自行研制的煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统和配比而成的中硬度的大型煤样,在煤样的含水率、配比方案、煤样成型压力等参数均恒定的条件下,恒定3种轴向载荷时,开展了5种不同瓦斯压力梯度的煤与瓦斯突出的相似模拟实验。实验表明,煤与瓦斯相对突出强度存在一个瓦斯压力阈值,超过此阈值时,随着瓦斯压力的增大则相对突出强度大大增强,且相对强度与瓦斯压力呈现正指数的关系;瓦斯压力作为突出发生的动力并对突出煤粉有一定的粉碎和搬运作用,可形成腹大口小的倒梨形突出孔洞;轴向应力对中硬度的含瓦斯煤岩体的突出具有正作用。     

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。     

防治矿井煤和瓦斯突出数据管理系统

煤矿防治煤和瓦斯突出是一项极其复杂的系统工程,人们逐步探索煤与瓦斯突出规律,人工计算已不能适应大量数据处理与分析之需要,将计算机数据库及计算机绘图功能运用于防突工作中,能较好地处理防突数据,提高防突预测预报的针对性和准确性,使之更好地为矿井安全生产服务。     

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。     

桑树坪矿煤与瓦斯突出点预测敏感指标研究

煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象,准确预测煤与瓦斯突出对煤矿安全生产尤为重要。根据井下实测的大量数据,采用现场数据统计分析并结合数值分析研究,确定了韩城桑树坪煤矿煤与瓦斯突出点预测的敏感指标是钻屑解吸指标K1,而钻屑量指标S_max和瓦斯涌出初速度指标q在研究区敏感性不明显。     

煤与瓦斯突出过程中气压时空演化规律

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一。近年来,随着采掘深度不断增加,地应力与瓦斯压力不断加大,突出次数也日益频繁,同时由于煤矿井下开采活动,使煤岩体中地应力场发生变化,在掘进工作面或回采工作面前方形成由卸压区、应力集中区和原始应力区组成的三带,给煤与瓦斯突出的预防与治理带来更大的困难。以天府三汇一矿为工程背景,基于相似理论试验模拟了采动条件下的煤与瓦斯突出过程,并分析了突出过程中气压的时空演化规律。研究结果表明:突出的发展是煤体由突出启动点向周围逐渐破坏并抛出的过程,相对突出强度为8.79%,且突出过程具有阵发性,表现为煤体的间歇式多次抛出和气压的反复升降,其中突出口附近气压的升幅较大,达到69.2%,而远离突出口处气压表现为短时间内急剧下降,之后缓慢下降并逐渐趋于大气压;突出过程中气压等压面近似以突出口为中心呈球面分布,且气体解吸区域近似呈球壳状逐渐向外扩展,球壳的扩展速度约为130 mm/s,球壳附近气压梯度较大。     

煤与瓦斯突出的构造分区特征——以平顶山天安煤业股份有限公司十矿为例

针对平顶山天安煤业股份有限公司十矿(平煤十矿)煤与瓦斯突出的分区(带)性特点,采取地质单元划分的方法,反映其范围内的构造特征及瓦斯赋存情况。研究了地质单元范围内地应力分布、构造煤发育及分布特征的地质因素和瓦斯参数特征,结合平煤十矿煤与瓦斯突出特点,将瓦斯压力、构造煤厚度、瓦斯含量作为预测煤与瓦斯突出危险性的敏感指标,并据此预测具有突出危险性的范围,为煤与瓦斯突出预测和防治提供依据。     

煤与瓦斯突出数学地质模型研究

在焦作中马村矿应用研究结果表明:由于煤与瓦斯突出的分区分带主要受地质条件控制,运用数量化理论Ⅱ,可以借助已知瓦斯突出类型的若干地质变量,建立该矿井煤与瓦斯突出的数学地质模型,并预测未知区的瓦斯突出,这可提高瓦斯突出预测的准确性和可靠性。     

煤巷掘进迎头煤与瓦斯突出的突变机制分析

将巷道简化为圆形,并将掘进迎头视为圆形直立层裂体建立力学模型;导出了层裂体总势能函数的表达式,建立了圆形层裂体的折叠突变模型,得出了瓦斯突出起动的突变条件,并用有限元方法进行了数值模拟。研究表明,层裂体两侧压力差超过临界值将导致瓦斯突出,这对有效防止瓦斯突出具有重要指导意义。     

煤与瓦斯突出的激发和发生条件

从影响煤与瓦斯突出的地应力、瓦斯、煤岩物理力学性质和地质构造因素出发,提出把煤与瓦斯突出的过程划分为突出源的形成发展、突出的激发和发生三个阶段。以南桐煤矿典型突出事故为例,用演绎法探讨了突出激发与发生的条件。结果表明,一切由振动产生的岩体裂隙和冲击载荷是导致煤与瓦斯突出的激发条件,并根据充瓦斯煤的损伤蠕变方程,得到了预测延期突出的时间。根据突出过程中的能量转换关系,得到了突出的起动速度和瓦斯临界压力表达式,对煤与瓦斯突出发生涉及的几个难点问题进行了讨论。揭示了煤与瓦斯突出的主要能量是瓦斯膨胀能,突出时喷出的瓦斯由多个来源的瓦斯组成,且地质构造区在采矿过程中容易形成有利于突出的源。     

煤与瓦斯突出能量条件及突出强度影响因素分析

针对煤与瓦斯突出机制尚不明确的问题,在前人研究的基础上对煤与瓦斯突出强度的影响因素做进一步分析。通过三维突出模型的构建和不规则突出孔洞体积的求解,得出了突出煤体释放的弹性势能,结合突出过程中瓦斯内能和突出后能量的分析,得到煤与瓦斯突出发生的能量条件模型与突出强度预测模型。在统计10次瓦斯突出事故的基础上,运用能量条件模型与强度预测模型进行计算分析,得出突出前、后能量基本相等,突出强度预测值与统计值相差无几的结论,从而验证了该模型的合理性,为从能量角度进行煤与瓦斯突出的研究提供了量化手段。利用该能量条件模型进行了中梁山煤矿和化处煤矿突出实例的突出强度影响因素分析,结果表明,煤层的地应力和瓦斯含量是突出强度的主要影响因素,坚固性系数和进尺对突出强度的影响程度相对较小;突出强度对瓦斯含量变化的敏感度大于对地应力变化的敏感度。     

煤与瓦斯突出物理模拟实验研究进展及展望

煤与瓦斯突出严重威胁着煤矿的安全生产,由于现场煤与瓦斯突出具有突发性和危险性,因此物理模拟实验手段引起世界各主要产煤国的关注。查阅相关文献,对我国近三十年来煤与瓦斯突出物理模拟实验研究进展进行梳理,发现突出实验研究由一维受力、单一场、小尺度向多维多场多尺度过渡,实验装置整体性能得到极大提高。然而目前对于突出机理的认识仍然停留在定性解释的假说阶段,针对目前突出实验特点及其不足提出若干建议,以期通过突出实验探究其物理本质,从而形成突出危险性定量评价体系和突出理论判据,为现场煤与瓦斯突出的预测与防治奠定坚实的理论基础。     

Application of in-seam directional drilling technology for gas drainage with benefits to gas outburst control and greenhouse gas reductions in Daning coal mine,China

Gas outburst disasters are becoming more serious as the underground coal mines become deeper in China, and a thick zone of deformed coal provides conditions favorable to coal and gas outbursts. The Daning coal mine’s main mining seam is the No. 3 coal seam with coal and gas outburst hazard, which often contains two normal coal sub-layers and one deformed sub-layer. Considering both the geological conditions of the coal seam and applications of the in-seam directional longhole drilling technology, a new schematic diagram of in-seam directional longholes for gas drainage is developed. The two borehole layout models of longwall panel and main entries for gas outburst disasters control have been successfully applied. The gas drainage rates of both models are >70 %, and the residual gas contents are both <8 m³/t, which can be considered that the gas outburst disasters were effectively controlled. To better guide gas drainage, gas drainage normal and failure modes have been obtained. Although in-seam directional longhole technology has been successfully applied for regional gas drainage with benefits to gas outburst control, there are also some problems that are detrimental to greenhouse gas reductions in gas drainage and gas utilization. The three main problems are air leakage failure in gas drainage, decreasing gas concentration and a low gas utilization ratio. To address the problems mentioned above, five improvements are suggested.     

基于SAGA-FCM的煤与瓦斯突出预测方法

为提高模糊C-均值聚类（Fuzzy C-Means Clustering Algorithm,FCM）算法在煤与瓦斯突出预测中的准确度,提出一种将模拟退火算法（Simulated Annealing Algorithm,SA）与遗传算法（Genetic Algorithm,GA）相结合用于模糊C-均值聚类分析的煤与瓦斯突出预测方法。该方法综合了模拟退火算法全局搜索、高精度的优点和遗传算法强大的空间搜索能力,将经遗传模拟退火算法优化后的初始值赋给FCM,避免了由于聚类中心初始值选择不当造成FCM算法收敛到局部极小点上。结合典型突出矿井数据进行分析,结果表明：遗传模拟退火算法优化后的FCM算法较单一,预测准确度高。