不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力

基于能量理论,分析了瓦斯突出瞬间能量的变化,构建了包括煤岩弹性能、瓦斯膨胀能在内的煤与瓦斯突出的正效应数理模型及煤岩抵抗瓦斯突出能量的负效应模型。根据煤岩应力应变试验,拟合得出了煤岩不同变形阶段力与变形量之间的关系,结合正、负效应耦合模型,计算出了寺河矿不同煤体结构组合下煤与瓦斯突出发生的临界瓦斯压力值。结果表明：在其他条件相似的情况下,随着软煤比例的增加,临界瓦斯压力值呈指数减小,煤与瓦斯突出的可能性大幅增加。利用该方法可以对煤与瓦斯突出临界值进行快速判断,从而采取有效措施。     

高压水射流防治煤与瓦斯突出的数值模拟及分析

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,频繁发生的突出事故成为矿工生命安全的主要危害。文章基于RFPA软件建立了高压水射流破煤冲孔的数值模型,并对射流后煤岩的应力变化进行了数值模拟。结果表明,高压水射流冲孔技术能很好地起到煤岩破裂释放瓦斯的效果,达到防治煤与瓦斯突出的目的,具有很好的发展前景。     

煤与瓦斯突出电磁辐射在线监测装置

最近 ,中国矿业大学和兖州矿业 (集团 )公司开展了“煤与瓦斯突出电磁辐射在线监测系统”的研究 ,根据矿井生产的需要在井下设置若干台电磁辐射监测仪 ,可以预测预报采掘工作面的煤岩破裂电磁辐射信号特征及煤岩破裂冲击地压的信号特征 ,有望实现煤与瓦斯突出电磁辐射远程在线监测及预测预报煤与瓦斯突出的情况。电磁辐射监测仪是由天线、前频电路、主频电路、A/D转换、V/F转换、网络接口电路等组成的 ,以嵌入式网络单片机为核心处理器 ,能够就地显示煤与瓦斯突出的实时电磁辐射强度、电磁辐射脉冲数信号及通过FFT变换来获得的电磁辐射信…     

采场应力变化模拟分析

根据煤岩体介质变形与瓦斯渗流的基本理论,考虑到煤岩体介质的非均匀性等特点及煤岩体破裂过程中煤岩体变形和瓦斯压力之间的耦合作用,建立了煤岩破裂过程气固耦合作用的RFPA2D-GasFlow模型,对含瓦斯煤岩体和不含瓦斯煤岩体开采过程中应力场的变化进行了对比研究。结果表明,随着开采的进行,采场煤岩体中的应力场在不断发生变化,应力峰值随开采的进行不断向工作面前方转移,而且其值也在不断变大,峰值增加的幅度及工作面前方的应力梯度随开采的进行逐渐增大。     

煤与瓦斯突出监测预测技术研究

煤与瓦斯突出作为典型的煤岩动力灾害,其发生的突然性和剧烈的破坏性对煤矿生产安全构成极大的威胁,对其监测预测技术进行研究具有重要的意义。对煤矿煤与瓦斯突出监测预测方法的研究现状进行了论述及分析,声发射技术日益成为煤与瓦斯突出监测预测最有效和最有潜力的监测方法。利用声发射监测技术对变形破裂剧烈区域进行定位,做到对煤与瓦斯突出灾害准确预测。     

红菱煤矿石门揭煤突出过程模拟研究

运用Ansys、Flac3D有限元分析软件,在实测地应力、煤岩体力学性质和瓦斯压力的基础上,以红菱煤矿‘6.20'特大煤与瓦斯突出事故为背景,对煤与瓦斯突出中地应力、瓦斯压力、煤岩体力学性质等综合作用下的复杂力学过程进行了数值模拟;并对揭煤前的应力集中、揭煤后应力诱发煤岩破裂和瓦斯压力驱动下的煤体抛出三个阶段进行了阐述.模拟结果,较好地再现了含瓦斯煤岩由萌生裂隙、发生破坏、大量突出直至突出孔洞达到稳定、突出停止的过程,并与事故现场调查结果进行了对比,两者具有较好的一致性.红菱煤矿石门揭煤突出过程的机理研究,对该矿后期的深部开采具有一定意义.     

煤与瓦斯突出过程中地应力、瓦斯压力作用机理探讨

基于煤岩破裂损伤理论和气固耦合方法,针对不同地应力和不同瓦斯压力条件,采用RFPA2D-Flow数值计算软件对煤与瓦斯突出发生、发展过程进行数值研究,获得了煤体裂纹孕育、扩展演化规律及突出孔洞变化特征,并结合红阳二矿、西马煤矿突出实例进行验证分析。研究表明:地应力与煤与瓦斯突出发生所需的最小瓦斯压力呈线性反比关系,地应力越高突出所需的瓦斯压力越小;高地应力条件下煤与瓦斯突出的初始阶段,煤体主要在剪-拉应力作用下,形成以"–"型和"I"型裂纹组成的网格型裂纹,宏观破坏呈楔形分布,而较低地应力条件下煤与瓦斯突出的初始阶段,煤体主要在拉应力作用下,形成"I"型裂纹,宏观破坏呈环状分布;突出过程中地应力的作用使煤体破坏以楔形方式发展,瓦斯的作用使煤体破坏以弧形方式发展,突出孔洞的最终形状由地应力和瓦斯共同决定。     

掘进工作面煤岩失稳的动态分析及能量判据

煤岩的失稳是煤与瓦斯突出发生的先决条件。以理论分析和数值模拟为主要手段,分析了石门和煤巷掘进工作面煤岩体失稳前后应力和瓦斯的动态变化,研究了应力和瓦斯对煤岩体失稳的作用和影响,建立了煤岩体卸围压破坏过程中应力变化的动态分析模型,分析了破坏过程中升压和降压2个不同的阶段,解释了动态扰动下煤岩易于发生失稳的原因和机制,并提出了掘进工作面煤岩失稳的能量判据。以上研究对进一步揭示煤与瓦斯突出的发生机理和突出的探测预防具有一定的指导作用。     

平顶山东部矿区构造煤的煤岩特征研究

煤和瓦斯突出已经成为影响平顶山东部矿区(八矿和十二矿)矿井生产的重要因素和急待解决的课题.本文应用煤岩学理论和研究方法,并采取正常点和突出点的对比研究,对该矿区主要突出煤层(已_(15-17)煤层)的煤岩特征进行了鉴定分析,同时做了相应的△P和f值的实验测定.结果表明:煤岩特征是煤与瓦斯突出的物质基础和先决条件,通过对本矿区构造煤的煤岩研究,探讨了煤岩特征与煤和瓦斯突出的关系,进而为煤和瓦斯突出预测提供理论依据.     

煤岩瓦斯电磁辐射耦合理论研究

实验研究表明煤体内存在瓦斯气体时，随着瓦斯压力的升高、煤体强度降低，同时测得的电磁辐射信号脉冲数也比较低。在此实验基础上，本文结合煤岩力电耦合方程，提出了煤岩瓦斯电磁辐射耦合理论及耦合方程，并提出了使用FLAC^3D计算煤岩瓦斯电磁辐射耦合方程的计算方法，为使用电磁辐射法预测煤与瓦斯延迟突出提供了理论基础。     

我国煤矿岩石与CO2突出机制探讨

煤矿岩石与CO_2突出危害严重,但发生频度较煤与瓦斯突出低,导致多年来对岩石与CO_2突出机制研究一直不够系统深入。为解决这一问题,在前人研究成果的基础上,分析了我国发生岩石与CO_2突出矿区含煤地层的CO_2成因,总结了岩石与CO_2突出规律和特征,建立了岩石与CO_2突出物理模型,剖析了岩石与CO_2突出过程、力学环境和能量条件。结果表明:参与突出的CO_2均为无机成因型,与岩浆岩活动和煤田自燃热解有关;岩石与CO_2突出是地应力、承压气体、突出岩体力学性质等因素综合作用的结果,由于参与突出的气体富集受气源控制,岩石与CO_2突出危险区域呈点状或条带状分布;基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论建立的岩石与CO_2突出关键结构体模型与突出现场环境吻合,突出砂岩命名为结构1,对突出砂岩起支撑包裹作用的岩体分别命名为结构2、结构3和结构4;岩石与CO_2突出过程经历了准备、启动、发展、终止4个阶段,突出准备阶段包括形成关键结构体直到突出激发完成,突出启动阶段是一个瞬态过程,突出启动与结构1的能量大小有关,只有当结构1积蓄的能量大于突出所需能量,即能量判据Ce≥1时才能成功启动;利用关键结构模型和能量判据能够揭示典型岩石与CO_2突出事故的启动机制,为岩石与CO_2突出防治提供了依据。     

石门揭煤后煤与瓦斯延期突出突变分析

利用非线性理论-突变理论,通过煤与瓦斯延期突出的改进的尖点突变模型,对煤矿生产中石门揭煤后煤与瓦斯延期突出耦合灾变机理进行了理论分析,得出了瓦斯延期突出的突变机制和突变条件,为预测与防止煤与瓦斯延期突出灾害提供了重要的理论依据。     

煤与瓦斯突出的突变规律的参数研究

把煤与瓦斯突出看作是一个复杂的系统,利用系统论中的突变模型分析研究煤与瓦斯突出机理。围岩应力与应变作为控制参数,采矿活动作为状态参数,分析研究煤与瓦斯突出参数的变化规律,为煤与瓦斯突出的理论研究和实验方案的确定提供了参数计算基础。     

煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理

由于煤矿深部煤岩体物性、应力、瓦斯等因素显著改变,出现了应力主导型突出、低瓦斯压力突出等新的灾害特征。为了更好地指导煤矿深部突出防治工作,基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论,结合所建立的易突出构造煤体渗透率演化理论模型,揭示了煤矿深部开采卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突机理。研究表明:煤与瓦斯突出灾害防控的核心是高效抽采瓦斯,其关键是设法降低地应力;降低易突出构造煤体所受地应力大小,可起到降低弹性潜能、提升煤层渗透率、促进瓦斯高效抽采、降低瓦斯内能等多重效应;煤矿深部开采煤与瓦斯突出灾害防控应因地施策,从卸荷消能和煤岩介质属性改造两方面着手,重点区域在采用卸压增透和瓦斯抽采措施后,还可采取一些提高煤体强度、抑制瓦斯解吸等改性措施,确保煤矿深部采掘作业的安全。     

突出和冲击地压中层裂现象的机理研究

针对突出和冲击地压中常出现的岩壁应力突然卸载的力学条件,建立简化的层裂发生及发展数学模型。利用动力学理论,分析了岩壁应力突然卸载时应力在岩体中的传播规律,得出了层裂破坏的原因,并通过数值模拟方法再现了层裂过程。结果表明,冲击地压中层裂现象产生的主要原因是由于地应力突然卸载而形成卸载波,该卸载波向深部传播过程中发生部分反射,反射波和入射波叠加使岩石受拉应力而破坏。煤与瓦斯突出中层裂现象的产生不仅受到卸载波反射叠加的影响,还受到瓦斯的影响,分别表现为高压游离瓦斯参与了煤中裂隙的扩展,以及伴随着层裂的间断性出现,瓦斯压力的间断性释放又会产生向深部传播的卸载波。     

超声波探测瓦斯突出煤体

瓦斯突出煤体的存在是发生煤与瓦斯突出的必要条件，探测瓦斯突出煤体是预测瓦斯突出的一种新方法。文内讨论了用超声波探测瓦斯突出煤体的基础和条件，并对现场探测结果进行了分析研究     

掘进巷道蝶型煤与瓦斯突出机理猜想

借鉴巷道蝶型冲击地压理论及非线性动力系统理论,提出了掘进巷道蝶型煤与瓦斯突出机理的猜想,认为掘进巷道煤与瓦斯突出的力学本质是巷道掘进工作面前方极短时间内出现一定程度的蝶形塑性区增量,引发围岩内弹性能与瓦斯能的叠加并迅速释放,进而发生煤与瓦斯突出。从蝶型冲击地压与蝶型煤与瓦斯突出在塑性区变化规律上的一致性及突出能量源的大小等方面对猜想的合理性进行了论证,构建了煤与瓦斯突出危险性的评估指标体系,提出了发生煤与瓦斯突出的强度、应力、角度和触发事件等4个必要条件,确定了发生煤与瓦斯突出的充分条件;首次对煤与瓦斯突出现象、发生条件与过程进行了定量分析与定量(非定性)解释。研究成果为煤层巷道煤与瓦斯突出的预测、预报和防治提供了全新的思路。     

大型真三维煤与瓦斯突出定量物理模拟试验系统研发

采用物理模拟试验开展多种组合条件下煤与瓦斯突出定量化模拟是目前研究煤与瓦斯突出机理与规律的主要研究手段,以综合作用假说、CSIRO突出模型为理论依据,根据推导建立的煤与瓦斯突出相似准则,研发了可考虑不同地质条件、地应力、煤岩体强度、瓦斯压力和施工过程的大型真三维煤与瓦斯突出定量物理模拟试验系统;系统由模型反力与空间密封单元、高地应力梯度加载智能控制单元、大流量高压瓦斯气体充填加载单元、巷道微型掘进与高速记录单元和多元信息瞬态获取五大关键单元构成。可实现最大尺寸为1.5 m×1.5 m×3 m(长×宽×厚)的试验模型真三维梯度加载,系统最大加载能力60 MPa,模型厚度方向可按0.6 m倍数调节,系统最大充气压力3 MPa,最大气体充填速度360 L/min,微型光纤光栅传感器最大采集频率500 kHz,巷道最大掘进速度10 cm/min。各模块协同工作,可实现三维气固耦合条件下石门揭煤诱发煤与瓦斯突出试验模拟,为探索不同组合因素下煤与瓦斯突出发生条件,揭示突出机理提供了定量化模拟平台。     

煤与瓦斯突出机理研究进展

随着煤矿开采深度的加大,煤与瓦斯突出这一灾害日益严重,因此需对突出机理作深入研究。本文综述了瓦斯作用说,化学本质说,地应力作用说和综合假说。指出进一步的研究应把瓦斯因素、煤的物理力学性质和结构特性的影响结合起来,从时间和空间上分析含瓦斯煤岩的强度、形变、流变、集气性和物理化学性等变化规律,最终解决煤与瓦斯突出机理问题,尤其是煤与瓦斯延迟突出机理问题。