基于水力冲孔的瓦斯综合抽采技术研究

在基于水力冲孔卸压增透措施的基础上,提出了穿层钻孔瓦斯综合抽采技术,即水力冲孔结合卸压带瓦斯捅孔抽采与采空区瓦斯抽采。首先研究了综合抽采措施的理论基础;其次,结合某矿实际情况,现场进行了应用;最后考察了瓦斯抽采情况与消突效果。结果表明,该技术获得了较好的抽采效果,消除了突出危险性。相关研究为类似矿井的消突方案提供了参考。     

水力冲孔影响范围数值模拟研究与应用

针对某矿为了解决"三软"低透气性突出煤层抽采困难,采用水力冲孔卸压增透强化抽采措施时遇到的影响范围难以确定的问题,通过分析水力冲孔作用机理,运用瓦斯流动理论与方法建立钻孔周围流固耦合模型;利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对水力冲孔的卸压增透范围进行模拟,采用现场试验的方法对数值模拟结果进行考察,验证了数值模拟的正确性。     

突出预测敏感指标研究及其应用

采用模糊数学和多元统计分析理论建立了煤与瓦斯突出预测敏感指标数学模型,定量研究了突出预测敏感指标的敏感度,并对各个指标敏感性进行排序。确定了钻屑瓦斯解吸指标Δh2与钻屑量指标S为主要预测指标,钻孔瓦斯涌出初速度指标q为辅助预测指标。利用此方法在某矿煤巷掘进工作面进行了应用。实践证明,选择的预测指标对突出危险性较敏感,保证了煤巷掘进的顺利进行。     

煤巷掘进工作面瓦斯预抽防突措施及效果研究

在分析穿层钻孔防突机理的基础上研究了运用煤层底板巷穿层网格钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的区域消突措施,设计优化了钻孔技术参数;采用间接法及自编软件通过现场测定的残余瓦斯含量反算了残余瓦斯压力,各项指标较抽采前均有较大的降低,降到了临界值以下。通过拟合曲线及现场测定计算了瓦斯抽采率,达到了抽采要求。煤巷掘进过程中未再出现动力现象,解决了采掘失衡的问题,保证了煤巷安全快速掘进。     

基于能量原理的水力压裂煤体临界水压的确定

针对采用经典弹塑性力学求解的水力压裂煤体临界水压与现场实际存在较大差别的问题,根据热力学定律,基于能量原理对煤体破裂临界水压进行了研究。首先,采用能量释放的观点建立了煤体破坏准则,结合煤层钻孔注水过程中的力学分析,对不同起裂位置处临界水压的计算公式进行了讨论。其次,以平岗煤矿为实例采用能量原理和经典弹塑性力学分别计算了煤体破裂临界水压。最后,经现场试验结果表明:采用能量原理计算结果更加符合现场实际,而经典弹塑性力学计算结果相对偏大。     

新型瓦斯含量快速测定模型

针对瓦斯含量快速测定的问题,通过在实验室测定煤的特征参数,研究煤体的解吸特征;利用实测煤的前30 min的解吸量及解吸规律,通过理论推导及多元线性回归,研究和确定了煤样前120 min的可解吸瓦斯含量和煤解吸120 min后的残存量,由此建立煤层瓦斯含量快速测定的模型,并对新模型进行验证,准确率达到85%以上,若制造出相关电子设备,此种方法能在40 min内给出结果,从而实现了在瓦斯带内煤层瓦斯含量的快速测定。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透数值模拟及应用

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采钻孔施工量大、效率低等问题,研究了水力压裂技术的破煤理论及高压水对煤层的卸压增透理论,提出水力压裂强化抽采瓦斯的措施,以岩土工程数值模拟软件FLAC3D对煤层进行水力压裂数值模拟,得到煤层水力压裂过程中裂纹扩展规律,确定了水力压裂现场试验的工艺参数、压裂装备及抽采系统,完成封孔及压裂试验。     

脉动孔隙水压下低透性松软煤岩损伤变形的实验分析

为了研究脉动水压作用下低透气性松软煤岩损伤变形特征,采用RLW-2000M微机控制煤岩流变仪对标准原煤样进行了不同上限水压实验。结果表明:在脉动水压作用下,煤样疲劳破坏应变曲线具有三阶段特征:压密耦合阶段应变曲线在初期循环加、卸载过程中将产生较大变形,不容易形成滞回环曲线;弹性耦合阶段应变曲线呈现出稳定的滞回环曲线进行变化;屈服变形阶段经历几次较大的变形以后,煤样将产生疲劳破坏。采用能量耗散的观点对弹性耦合阶段的变形状态进行了判定,判定结果表明该阶段煤体单元在脉动水压的每次循环作用下都将产生一定的塑形变形和损伤。最后基于Logistic方程建立了煤岩损伤破坏数学模型,并采用最小二乘法进行拟合分析确定了未知参数。     

基于瓦斯地质理论的矿井瓦斯含量与涌出量预测

运用瓦斯地质理论与方法,通过对瓦斯赋存逐级控制特征与地质构造特点的分析,研究矿区矿井的瓦斯赋存特征和瓦斯地质规律,对其瓦斯涌出量和瓦斯含量做出了预测分析。