深部本煤层水力割缝卸压抽采煤层气应力场数值模拟

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。针对平顶山十矿深部煤层处在高地应力和高孔隙压力下，对水力割缝技术应用于深部本煤层抽采煤层气进行了数值模拟研究。分析了水力割缝破煤机理，建立了水力割缝卸压抽采深部煤层气平面应变有限元模型，得到了钻孔后和不同方向割缝后的应力场变化规律及其影响范围。钻孔后近孔地带应力平均下降66．6％，但在孔周区域产生应力集中区，应力降影响范围250—300mm。不同方向水力割缝后应力平均降低程度不同，与水平成40°割缝方向能达到卸压的理想效果，应力平均下降75．7％，应力降影响范围达3500mm。分析结果表明，水力割缝技术可达到使煤层钻孔地带卸压的目的，并且能够对煤与瓦斯突出的发生起到一定防治作用，可为深部本煤层卸压抽采煤层气选择最佳割缝方向提供理论指导。     

间接压裂技术提高煤层气采收率的探讨

探讨提高煤层气采收率的间接压裂新方法。根据煤体基质岩块与裂缝的渗流物性规律,以及常规水力压裂又很难适应煤层的特殊地质特性,提出在煤层相邻的砂岩部位进行压裂构想。其机理是煤岩的裂缝传导率差,易被压碎产生煤粉且有突出的各项异性、应力集中的特点,煤层中的面割理垂直于煤层,垂向渗透率通常高于水平渗透率,面割理的方向性使煤层与间接压裂诱导水力裂缝自动沟通,形成高传导渗流通道,从而促进煤层气的解吸和渗流。     

水力压裂过程的扩展有限元数值模拟方法

建立了基于扩展有限元法的水力压裂数值模拟方法,使水力裂缝独立于网格存在,无需预设裂缝扩展方位。在扩展有限元计算框架下,将裂缝面处理为求解域内边界,将缝内水压力转化为相关单元等效节点力;运用考虑缝内水压力作用的相互积分法来数值求解缝尖应力强度因子;采用最大能量释放率准则确定裂缝是否继续扩展及扩展方位;最终编制了计算机程序。利用该方法数值模拟了单条水力裂缝在恒定水压力作用下作非平面扩展,所得结果分别与室内试验和解析模型相对比。结果表明,数值结果与室内试验和解析解吻合较好,缝尖应力强度因子最大相对误差不高于0.45%,验证了该方法的可行性和准确性。     

气爆卸压增透防治井筒揭穿煤层突出的数值模拟研究

爆破震动卸压增透抽采瓦斯是消除井筒揭穿低透气性煤层煤与瓦斯事故的根本措施。采用有限差分数值模拟的方法,研究了气爆冲击震动卸压范围对井筒揭穿煤层卸压增透防突效果的影响。结果表明:当冲击震动卸压范围较小时,井筒揭穿卸压煤层后,煤层无支承压力增高区的出现;当卸压范围较大时,则依次出现支承压力三区,且支承压力增高区的宽度有随卸压范围的增大而增加的趋势;冲击震动卸压存在一临界卸压范围,当卸压范围超过该临界范围时,煤层支承压力曲线由单峰特征转变为内外双峰特征,且外峰值小于内峰值,内峰值还明显小于无卸压和不超过该临界范围卸压范围时支承压力单峰值,还能使支承压力增高区向煤岩体深部转移,显著降低井筒揭穿瓦斯煤层发生煤与瓦斯突出动力灾害发生的频度及强度,为气爆冲击卸压防治井筒揭穿煤层突出的工程应用提供参考。     

保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究

瓦斯与煤突出矿井以及突出煤层数量随着煤矿开采深度的增加而不断增加,如何实现瓦斯与煤资源的高效安全共采已成为矿井作业的重点,而通过保护层开采时的被保护层卸压作用强化抽取卸压瓦斯,可以将高瓦斯突出危险煤层的被保护层有效变成低瓦斯无突出危险的煤层。本文探讨了强化抽采保护层开采与卸压瓦斯技术,并在分源原理基础上对回采工作面瓦斯涌出预测方法进行分析。     

我国低透气性本煤层增透技术现状及气爆增透防突新技术

提高煤层的透气性是高瓦斯低透气性矿井瓦斯灾害防治的根本措施。采用文献综述的方法,对我国高瓦斯低透气性本煤层采用的大孔径钻孔、密集交叉钻孔、水力冲孔、水力割缝、水力压裂、深孔爆破等主要技术的增透效果进行评述,指出了各增透方法的优劣及适用性。在充分借鉴深孔爆破和水力压裂增透技术的优点之上,提出了采用高压气体爆破致裂进行高瓦斯低透气性本煤层增透防突的新技术,即气爆增透技术;基于理论分析,揭示了气爆增透新技术的冲击震裂和尖劈压裂增透机理,指出了支撑气爆增透技术工程实践应开展的基础研究工作。     

高煤阶煤层气开发工程技术的不适应性及解决思路

随着现代能源开采事业的不断发展和进步,高煤阶段煤炭资源开采工作开始得到较为普遍的重视,而我国高煤阶煤炭资源较为丰富,占整个煤层气资源总量的30%左右,过去一段时间因为人们考虑到高煤阶煤层地区割理发育、演化程度和渗透率的影响,从而没有对高煤阶地区的煤层气进行开发和利用。该文就针对我国高煤阶段煤层气开发工程技术的不适应性进行分析,并提出相应的解决方法。     

矿井深部巷道围岩控制支护技术研究

该文阐述了卸压钻孔支护技术的机理,并以东庞矿深部巷道支护试验为例,通过理论力学计算、数值模拟、现场监测反馈结合的研究方法,分析了钻孔卸压技术中钻孔长度、孔径、间排距参数与围岩应力变化的关系,并分析了锚杆预紧力与围岩应力变化的关系,对钻孔卸压和高预紧力锚固技术的联合支护技术进行总结。解决了东庞矿深部巷道支护难的问题,减少了巷道的维修次数和维修成本。该技术可以指导类似条件下的工程实践,具有一定的推广应用价值。     

低透气性煤层高压水力压裂增透原理及应用

为解决重庆地区低透气性煤层瓦斯抽采率低的难题,提出煤矿井下高压水力压裂卸压增透新技术。该技术是通过向煤层注入高压压裂液,促使煤层原有裂隙张开．产生次生裂隙,并向深部延深,形成大范围的裂隙贯通网络,能有效增加煤层透气性。重庆某矿井应用该技术后斯抽采浓度提高了17．45倍,瓦斯抽采纯量提高了12．83倍,瓦斯抽采效果显著提高,有效防治了矿井瓦斯灾害发生,确保矿井安全高效生产。     

贵州六盘水大河边向斜煤层气勘探开发前景及有利区评价

贵州六盘水地区煤炭资源十分丰富,是我国重要的煤层气富集地区之一。该文从构造特征、含煤地层特征、煤储层特征等方面介绍了六盘水地区大河边向斜的煤层气地质条件,结合已有勘探开发资料评价了该地区煤层气赋存特征、资源状况及前景。研究表明,大河边向斜煤层数量多、厚度大且分布稳定,煤层埋深受向斜构造控制明显,含气量达9.53 m³/t,煤层气资源量达91×10⁸ m³,煤层割理发育,渗透性好,易于煤层气开采,具有较好的开发利用前景。     

薄煤层采煤机振动特性研究

为研究复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机的振动特性,根据多体拓扑结构建立采煤机刚柔耦合模型,通过仿真得到采煤机在截割含夹矸韧性煤工况下前后滚筒受到冲击载荷作用时的动态特性。基于子结构模态综合方式(CMS)的振动疲劳分析方法,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析,发现牵引部壳体在实际工作过程中产生具有3阶垂向弯曲模态特征的弹性振动;以不同测试点加速度频域响应为依据,分析采煤机振动对其电控系统以及液压系统的影响,判断测试点加速度与模态振动的相关性,同时确定出牵引部柔性壳体的高动应力区域及其结构疲劳性质。分析结果为薄煤层采煤机的优化设计、后续测试、安全性评价提供了重要的参考。     

变压边力控制对拼焊板成形性能的影响研究

分析了控制焊缝移动的拼焊板薄厚两侧所需的压边力关系式,并据此提出了变压边力控制方案。通过数值模拟对比分析了不同方案的冲压结果,验证了:减少厚侧压边力可有效的降低焊缝向薄侧的移动量,从而降低薄侧材料应力集中,改善应力状态,大大提高了拼焊板的成形性能。     

山西沁水盆地柿庄北区块3#煤层注入埋藏CO2提高煤层气采收率试验和评价

对沁水盆地南部柿庄北区块进行了深煤层注入地质和工程评价,认为柿庄北区块适合进行深煤层注入CO2开采煤层气技术的应用;通过SX-001井的微型先导性试验,对SX-001井的注入前后产气量与产水量、气体成分变化和井底压力变化规律进行了总结。通过现场试验,注入CO2后SX-001井的产气量是注入前的2.45倍;在小于煤岩破裂压力的条件下,每天注入20 t的CO2能够实现顺利注入,并且压力上升速度较慢;注入CO2后,煤岩发生膨胀,局部煤层的渗透率降低,排采一段时间后恢复;在目的煤层中注入的CO2的影响范围内,烃类气体总的置换效率达到14.18 cm3/g。该试验成果证明柿庄北区块通过注入CO2开采煤层气实现了CO2的埋藏,提高了煤层气井的采收率。     

沁水盆地煤层气井网开采数值模拟

井网开采技术与其它增产强化措施结合可有效提高煤层气产量,而选择合理的井间距对井网开采具有重要意义。考虑煤基质收缩对储层物性参数的影响,并结合沁水盆地某区具体的地质条件、压裂裂缝监测资料以及煤储层条件,进行了煤层气井网开采模拟预测,建议下一步在该区进行滚动开发时,开发井网井间距应缩小为300m×300m,该井间距下井网开采16.5年时预测的煤层气采收率为56.46%。     

斜切状态下滚筒采煤机液压拉杠力学分析与寿命预测

为了研究液压拉杠在恶劣工况下的力学性能,首先对滚筒采煤机整机进行载荷分析,计算在斜切状态下滚筒和滑靴处的载荷情况,然后利用计算结果对液压拉杠进行力学分析,研究在不同煤层倾角和俯仰角下各液压拉杠的拉力变化情况.利用Workbench分析了受载严重液压拉杠的有限元应力分布,并基于疲劳累积损伤理论,对液压拉杠进行了疲劳寿命预测.研究结果准确地反映了液压拉杠在实际工作时的力学性能,为采煤机的设计计算及实际生产研发提供了理论依据,也对同类元件的进一步研究有一定的参考价值.     

论切缝药包爆破的剪应力作用

通过岩石试件的冲击损伤实验,分析了在剪应力作用下,岩石具有的断裂破坏特性.进行的切缝药包爆破数值模拟结果表明,切缝药包爆破的切缝套管切缝处具有明显的剪应力作用,该剪应力将使爆破裂纹首先从切缝处形成,从而具有定向断裂成缝效果.     

有关间接法预测煤层气含量的讨论

对间接法预测煤层气（甲烷）含量有关的煤层气在煤中赋存状态、煤层气在煤中吸附模型及其相互之间的联系、煤层中游离煤层气及其含量相关计算所需的参数进行了分析讨论，并提出了相应的建议。     

基于离散单元法的刨煤机刨削性能分析及试验研究

为研究刨煤机的刨削性能,以BH38/2×400型刨煤机为研究对象,对其应用煤层煤样性质进行测定,确定出煤壁材料本征参数并构建出煤壁三维黏结接触模型。通过对刨煤机刨削过程进行数值模拟,得到刨削过程中刨头的受力信息、煤炭颗粒运动规律以及刨削后煤壁表面残留状态,分析了不同刨削深度和刨速条件下刨刀受力的变化规律。研究结果表明:刨刀受力的线性累加使得刨头刨削阻力和煤壁挤压力较大,刨头受力接近高斯分布;刨削过程中刨削深度过大会造成能量积聚与释放急剧增加,刨削速度改变对刨刀受力影响较小。通过动力学仿真发现刨刀合金头镶嵌处和刀体背脊处的受力较为恶劣,刨刀前侧合金头位置出现严重的变形;对不同条件下刨煤机刨削过程进行了试验测试,测试得到刨刀三向力与仿真结果最大误差分别为7.21%,7.91%和9.41%,通过追踪刨刀的工作状态,发现刨刀损坏形式与仿真结果一致,验证了离散元数值模拟的准确性;研究结果为刨煤机刨削性能评价及其结构优化提供一种新的方法。     

纤维混凝土衬砌抗震性能模型试验研究

三峡库区秭归县医院楼群包括10座不同高度、不同布置形式、同样砖结构的楼房,经预处理后成为15座独立的建筑物。采用控制爆破方法一次起爆将这些建筑物拆除。文中以住院部大楼的拆除为例,介绍了爆破方案和参数的确定,起爆网络设计以及施工的基本情况。爆破取得了良好效果。