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深部高突煤层典型特征、诱突机制及防治对策 被引量:3
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作者 林柏泉 杨威 刘统 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期311-325,共15页
我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤... 我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤层的典型特性,阐明了深部开采诱突机制,最后提出了深部开采突出灾害防治的对策建议。结果表明:对突出煤层开采而言,深部没有一个固定深度值,而是应力、瓦斯压力和煤体强度等因素综合影响下煤层所表现出的非线性力学状态。深部煤层应力高,采动煤体呈强塑性破坏;突出煤的孔隙率低且连通性差、高应力下煤层渗透率极低;高压瓦斯高饱和赋存、低压吸附能力强;煤的基质尺度大且通达性差、瓦斯跨尺度运移难;深部煤层最大水平主应力增大,强构造应力作用下构造煤破碎程度高,在构造应力集中带内形成高压瓦斯包,导致突出风险激增。当深部开采工作面前方遇到构造软煤时,工作面附近硬煤内更容易形成强应力集中,对构造软煤内高压瓦斯的封闭作用显著增强,造成工作面前方瓦斯压力高、梯度大,煤体内的瓦斯膨胀能显著高于浅部;同时高应力下工作面前方煤体更容易发生强塑性流变破坏,诱发变形能的猛烈释放。构造煤煤体发生大变形损伤,孔裂隙空间增大;基质尺度急剧减小,被封闭的大量瓦斯快速解吸。二者共同造成游离瓦斯存储空间和压力的同步迅速增大,引发游离瓦斯膨胀能的迅速升高,当瓦斯膨胀能高于突出阈值时,大量瓦斯将破碎并抛出煤体,导致突出事故发生。基于此提出深部突出灾害防治应通过合理化采掘布置,从整体上降低采掘过程中的局部应力集中;通过超前探测准确获取煤层隐蔽构造、煤岩力学参数以及瓦斯参数等关键信息,超前识别突出风险进而施行精准防控;强调了要通过深度卸压充分释放应力,降低煤层应力集中,提高煤层渗透率,同时诱导大量低压吸附瓦斯脱附解吸,通过强力造缝增透减小基质尺度并活化基质孔隙,加速瓦斯运移如有必要采用物理化学联合增透方法,构建基质孔隙-裂隙跨尺度流动通道,提高瓦斯抽采效果,充分降低煤层气含量,最终达到超前、精准和均匀消突的目的,实现深部煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 突出煤层 高应力 诱突机制 突出防控
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强突煤层地面丛式井造穴卸压辅助石门揭煤技术 被引量:2
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作者 刘厅 翟成 +4 位作者 童校长 徐鹤翔 邹全乐 林柏泉 徐吉钊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期144-157,共14页
针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了... 针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了丛式井造穴卸压煤体物理场演化规律,提出了造穴关键技术参数优化方法;最后成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,验证了技术的有效性。结果表明:提出了多场协同调控防突方法,揭示了地面丛式井区域全覆盖造穴强化卸压增透,辅助石门揭煤消突机理,开发了“机械扩孔-水力喷射-排水释压”多级造穴技术,并配套研发了“造穴-排渣-水渣分离”一体化系统。煤体塑性区体积与等效直径平方呈线性关系,研究条件下的比值为81.90;洞穴附近低渗透区瓦斯压力随着洞穴直径的增大先降低后升高,对应的最优洞穴直径为2.0 m;揭煤巷道沿着垂直于最大主应力方向布置时,造穴后巷道两侧煤体更容易消突。成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,技术实施后,煤层透气性系数提高约10倍,残余瓦斯压力和残余瓦斯含量显著降低,试验地点井下揭煤措施孔数量减少了24%、钻孔工程量降低了21%。开发的技术可进一步拓展形成“地面井煤气共采”方法,有望实现难采-难抽煤层煤与瓦斯的协同高效共采。 展开更多
关键词 强突煤层 石门揭煤 地面井造穴 应力-渗流耦合 煤气共采
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公路隧道穿越小倾角高压瓦突煤层瓦斯抽排技术研究
3
作者 杨洪 曾仲毅 +1 位作者 吴铭芳 田娇 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期982-991,共10页
为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦... 为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦斯抽排方案;并利用热传导理论与瓦斯流动理论的相似性,采用热力学有限差分计算软件模拟分析隧道小倾角煤层的瓦斯防突抽排过程和实施效果。研究表明:1)分步、分区的煤层瓦斯抽排方案可避免底部煤层超长抽排钻孔打设,较整体一次性抽排方案,钻孔长度减少31%,且施工更便捷、消突更可靠;2)煤层断面抽排钻孔均匀布设时,中间钻孔抽排区域提早达到消突目标,而边缘区域滞后,采用边缘密、中间疏的抽排钻孔布设方式更合理;3)对比沿煤层倾向打设的抽排钻孔和以斜交打设穿透煤层面的抽排钻孔模拟效果,前者抽排效率较后者提高约1/3,且瓦斯压力消散更均匀;4)瓦斯抽排工期可根据抽排模拟计算进行预估,其值大致介于抽排区域平均瓦斯压力和最大瓦斯压力降至瓦斯突出临界压力的时长之间。 展开更多
关键词 瓦斯突出隧道 小倾角煤层 揭煤防突 瓦斯抽排 数值模拟
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煤层注水对煤矿灾害的防治作用机理研究
4
作者 王刚 黄启铭 +3 位作者 程卫民 于岩斌 王振洋 李木坤 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1-12,共12页
国内外长期工程实践证实,煤层注水作为一种防控技术手段,能够从源头上有效治理煤尘、瓦斯及冲击地压等灾害,为煤矿安全生产提供了重要保障。本研究基于近年来国内外研究成果,从注水引发的煤体润湿改性、孔裂隙结构演化及力学性能调控三... 国内外长期工程实践证实,煤层注水作为一种防控技术手段,能够从源头上有效治理煤尘、瓦斯及冲击地压等灾害,为煤矿安全生产提供了重要保障。本研究基于近年来国内外研究成果,从注水引发的煤体润湿改性、孔裂隙结构演化及力学性能调控三个维度,系统梳理了煤层注水防治矿井灾害作用机理的研究成果。煤层钻孔注水在压力驱动下渗流进入煤体孔裂隙网络,通过水膜包裹煤尘颗粒、降低煤体表面能等途径抑制粉化核形成,实现粉尘污染的源头防控;水力润湿作用促使煤体强度弱化并提升煤体塑性,配合水力致裂产生的区域卸压效应,显著改善煤层应力分布状态,从而有效预防煤层冲击地压灾害。同时,注入煤层内部的水分子通过竞争吸附置换煤体孔隙内的瓦斯,结合高压水力增透机制,显著强化煤层瓦斯的流动性,大幅提升煤层瓦斯抽采效率。尽管现有研究已从多角度阐明了注水防灾机理,但在深部复杂地质条件下,注水渗润的各向异性特征、水-煤-气-应力多场耦合动态响应机制,以及地质力学环境变异对注水效果的影响等方面仍需深入探索。这些关键问题的突破将为发展适应深部开采条件的煤层注水新技术提供理论支撑,推动煤矿灾害水力化防治水平迈上新台阶。 展开更多
关键词 煤层注水 粉尘 冲击地压 煤与瓦斯突出 防治机理
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煤层倾角突变区煤与瓦斯突出模拟试验研究
5
作者 唐巨鹏 黄磊 +3 位作者 潘一山 任凌冉 张昕 张众华 《岩土力学》 北大核心 2025年第6期1719-1730,共12页
煤层倾角突变区是深部煤炭采掘过程中极易发生煤与瓦斯突出的复杂地质条件之一。以河南平顶山某矿为研究对象,开展不同倾角突变条件下突出模拟试验研究,设置倾角突变界面,界面上侧为原煤,下侧为型煤,分别用于模拟原生煤层与构造煤层。... 煤层倾角突变区是深部煤炭采掘过程中极易发生煤与瓦斯突出的复杂地质条件之一。以河南平顶山某矿为研究对象,开展不同倾角突变条件下突出模拟试验研究,设置倾角突变界面,界面上侧为原煤,下侧为型煤,分别用于模拟原生煤层与构造煤层。定义煤层倾角突变初始角度θ_(I)、突变角度θ_(M)、突变角临界值θ_(T)、瓦斯在倾角突变区集中系数I_(θ),用以分析煤层倾角突变对突出强度造成的影响。引入单位突出强度IU表征试验过程中的突出强弱,期间利用声发射技术对突出过程中能量演化规律进行监测,并通过内置于试样中的温度传感器记录各区域温度的变化情况。研究结果表明:(1)煤层倾角突变区对突出时临界瓦斯压力及单位突出强度具有显著影响,在10°<θ_(I)≤20°、10°≤θ_(M)≤20°范围内存在煤层倾角突变临界值θ_(T),当θ_(I)与θ_(M)均大于等于θ_(T)时,易发生低指标突出;当θ_(I)或θ_(M)一定时,单位突出强度随瓦斯在倾角突变区集中系数增大而增大。(2)煤层倾角突变初始角度θ_(I)及突变角度θ_(M)与声发射能量峰值及累计声发射能量间呈负相关关系,随着θ_(I)与θ_(M)的增大,煤体达到破裂失稳所需能量逐渐降低,当所处地应力环境相同时,其在低瓦斯压力条件下即可发生突出。(3)突出孕育与激发阶段,煤体内部温度变化存在显著差异,煤层倾角突变区附近温度变化明显高于其余各区域,突出口近端区域煤体温度波动较其他区域表现出了更强的不稳定性。 展开更多
关键词 煤层倾角突变 煤与瓦斯突出 单位突出强度:声发射能量 温度
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大断面深埋隧道揭露高瓦斯煤层的安全岩柱预留厚度及影响因素研究
6
作者 时松 吴华 +8 位作者 周健 邸成 侯俊 姜潇 王小岐 郄建慧 江明锋 王剑宏 刘长武 《金属矿山》 北大核心 2025年第6期204-211,共8页
隧道及相关地下工程的建设越来越多地面临深埋、高地应力、复杂地质条件等情况,其中煤与瓦斯突出是隧道在煤系地层中掘进会遇到的难题。预留合适厚度的安全煤柱以便于综合消突对于隧道设计和施工是至关重要的。以昭通隧道作为工程背景,... 隧道及相关地下工程的建设越来越多地面临深埋、高地应力、复杂地质条件等情况,其中煤与瓦斯突出是隧道在煤系地层中掘进会遇到的难题。预留合适厚度的安全煤柱以便于综合消突对于隧道设计和施工是至关重要的。以昭通隧道作为工程背景,针对深埋、高地应力和超大断面的特点,基于尖点突变理论和止浆岩盘改进法分析了预留安全岩柱的影响因素;并运用数值模拟方法,分析了隧道等效高度、弹性模量、垂直地应力和瓦斯压力对临界岩柱厚度的影响。结果表明:瓦斯压力、隧道开挖等效高度和垂直地应力越大,所需预留安全岩柱厚度越大;弹性模量对安全岩柱厚度的影响较小,且呈现波动现象;在准确计算安全岩柱厚度方面,止浆岩盘改进法表现更好,与数值模拟结果更接近。根据研究结果,结合现场地质及施工情况,最终选择10 m作为昭通隧道预留安全岩柱厚度,顺利完成瓦斯抽采工作,并成功穿越突出煤层。 展开更多
关键词 深埋隧道 突出煤层 安全岩柱 尖点突变理论 止浆岩盘改进法
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穿层大直径钻孔预抽煤巷条带瓦斯机理与应用
7
作者 贺峻 刘红威 +4 位作者 刘小平 罗平 郑旭 王飞 周苛 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期240-251,共12页
为了解决低渗高突煤层煤巷条带区域消突困难的难题,开展穿层大直径钻孔预抽煤巷条带瓦斯机理与应用研究。以寺家庄煤矿为工程实例,采用离散元和有限元模拟分析软件,数值分析普通钻孔和穿层大直径钻孔周围裂隙发育和瓦斯运移规律;通过现... 为了解决低渗高突煤层煤巷条带区域消突困难的难题,开展穿层大直径钻孔预抽煤巷条带瓦斯机理与应用研究。以寺家庄煤矿为工程实例,采用离散元和有限元模拟分析软件,数值分析普通钻孔和穿层大直径钻孔周围裂隙发育和瓦斯运移规律;通过现场试验,分析穿层大直径钻孔预抽煤巷条带瓦斯效果。研究结果表明,当穿层钻孔直径为60~400mm时,随着钻孔孔径的增大,突出煤层裂隙数呈指数增长;钻孔孔径小于210mm时,裂隙数增长较快;钻孔孔径在210~400mm时,裂隙数增长趋于平缓。当穿层钻孔倾角(与水平方向夹角)为30°~90°时,随着倾角的增大,突出煤层裂隙数呈指数增长,倾角为90°时裂隙数达到最大值。在普通钻孔抽采条件下,抽采70d时回风巷两侧仍存在大量瓦斯含量大于8m^(3)/t的条带区域,无法完全消突;抽采120d时,回风巷两侧可基本实现消突。在预抽煤巷处每组增加2个普通钻孔抽采条件下,消突时间缩短至100d。增加穿层大直径钻孔后,消突时间缩短至70d。经实践验证,穿层大直径钻孔的瓦斯体积分数和瓦斯纯量在抽采的前2个月内均远高于普通钻孔。穿层大直径钻孔提高了钻孔瓦斯抽采率,优化了突出煤层的消突效果,保证了煤巷的安全掘进。 展开更多
关键词 突出煤层 底抽巷 穿层大直径钻孔 瓦斯预抽
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深部煤层群井上下联合逐级递进防突方法与关键技术
8
作者 张永将 徐军见 李思乾 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期115-127,共13页
现代化高产高效矿井仍面临抽掘采接替紧张的局面,对防突技术治理的区域范围、超前时间提出更高要求,为突破现有瓦斯治理技术体系在近/远距离煤层群协同抽采、井上下逐级防突方面的瓶颈,系统阐述了井上下联合“时空抽采、逐级递进”防突... 现代化高产高效矿井仍面临抽掘采接替紧张的局面,对防突技术治理的区域范围、超前时间提出更高要求,为突破现有瓦斯治理技术体系在近/远距离煤层群协同抽采、井上下逐级防突方面的瓶颈,系统阐述了井上下联合“时空抽采、逐级递进”防突原理,构建了“地面超前预抽降突-井下强化抽采消突-多煤层协同治理”的立体防控方法,融合地面井时空超前优势与井下作业精准控制能力,形成矿井级区域预控、采区级协同治理、工作面级精准消突的3级递进防控体系,针对近、远距离煤层群不同特征,分别提出“地面井广覆盖、井下高效抽”和“井下强化卸压、地面井多源抽”防突模式。综合运用数值模拟、理论分析和现场试验方法,系统构建了以主井与分支井夹角、分支井数量等为关键要素的多分支水平井参数优化技术,形成了融合水平井钻头空间磁场感应模型与高精度传感器数据的地面多分支井与井下定向钻孔对精准对接技术,分析了应力场–裂隙场–瓦斯渗流场3场耦合演化规律,揭示了深部煤层瓦斯富集靶区分布特征,结合地质条件与抽采时空衔接需求,提出了“单井区域最大化”与“全区密集型”多源井群协同布置模式。近距离煤层群高效抽采技术在沙曲一号煤矿应用,实现SQN-0501三口多分支水平井抽采1 a总产气量7273175.4 m^(3),日均产气量约2万m^(3);远距离煤层群卸压抽采关键技术在朱集西煤矿的应用表明,地面井累计抽采13-1煤层卸压瓦斯728.3万m^(3),抽采率高达81.4%,瓦斯含量显著降低。近、远距离煤层群井上下联合防突技术体系的成功应用验证了该技术体系在提升瓦斯抽采效率、降低突出风险方面的有效性,为深部煤层群安全开采提供了重要技术支撑。 展开更多
关键词 突出煤层群 井上下联合抽采 逐级递进防突 立体防突方法 远/近距离煤层群
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强突出松软煤层气动定向钻孔超前卸压试验研究
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作者 管强盛 《煤炭工程》 北大核心 2025年第8期57-63,共7页
针对在强突出松软煤层瓦斯治理中,采用常规的穿层液动回转钻进施工存在钻孔堵孔、瓦斯积聚、喷孔严重、瓦斯超限频发的问题,为保障区域瓦斯治理安全进行,通过全螺旋气动定向钻具选配,气动定向成孔工艺参数及松软煤层卸压掏煤技术研究,... 针对在强突出松软煤层瓦斯治理中,采用常规的穿层液动回转钻进施工存在钻孔堵孔、瓦斯积聚、喷孔严重、瓦斯超限频发的问题,为保障区域瓦斯治理安全进行,通过全螺旋气动定向钻具选配,气动定向成孔工艺参数及松软煤层卸压掏煤技术研究,形成了一套气动定向钻孔配套掏煤卸压技术来进行超前卸压,并在九里山矿进行了现场试验。试验表明,采用气动定向钻进技术施工超前卸压钻孔可有效解决松软煤层堵孔和喷孔情况,试验期间未发生明显喷孔,通过多种掏煤技术组合的应用,每米掏煤干重超过0.1 t,有效增大了卸压空间,提高了瓦斯抽采效果,监测期间前3个月单孔瓦斯抽采纯量均超过2.2万m^(3),控制范围理论瓦斯预抽率达37.97%,为后续区域瓦斯治理提供了安全保障。 展开更多
关键词 强突出 松软煤层 气动定向 掏煤技术 超前卸压
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突出煤层分层切削钻孔瓦斯释放特征及应用研究 被引量:1
10
作者 王永龙 赵澳琪 +5 位作者 余在江 王振锋 刘晓 麻登辉 张辉 刘春 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期220-230,共11页
【目的】突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患,分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力,但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明,限制了分层切削钻具结构设计和应用效果。【方法】以不同层间... 【目的】突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患,分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力,但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明,限制了分层切削钻具结构设计和应用效果。【方法】以不同层间距、层厚差的分层切削钻孔为研究对象,建立数学模型分析钻孔周围瓦斯流动规律,并定量描述了分层切削钻孔瓦斯流量与层间距、层厚差之间的关系,在此基础上,通过数值模拟分析了分层切削钻具瓦斯释放调控机制,优化了分层切削钻具结构,并开展了现场钻进工业性试验。【结果和结论】结果表明:(1)多次切削成孔方式使钻孔的揭露面积逐渐增大,有效控制了瓦斯释放面积,进而调控了瓦斯释放流量,通过合理设计钻孔层厚差Hj与层间距Li,能够将瓦斯释放流量降低18.3%以上。(2)在一定层间距范围内,双层切削钻具调控效果将优于三层切削钻具,直径为63.5 mm刻槽阻尼钻杆在推力140 kN和扭矩4600 N·m作用下,最小安全系数为3.009,满足强度设计要求。(3)优选双层切削钻具,其揭露直径73 mm,终孔直径113 mm,层间距0.8 m,通过工业性试验,钻遇高压瓦斯富集区时,孔口瓦斯体积分数降低了37.7%,孔口瓦斯体积分数均未超过0.5%。表明分层切削钻具调控钻孔周围煤体瓦斯释放量、削弱瓦斯释放强度的作用显著,为预防钻孔喷孔瓦斯超限问题提供了新的解决思路。 展开更多
关键词 突出煤层 分层切削 瓦斯抽采 瓦斯超限 数值模拟
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煤层渗透性对煤与瓦斯突出的影响规律及控制机理 被引量:7
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作者 张超林 刘明亮 +3 位作者 王恩元 王培仲 姜巧真 曾伟 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4842-4854,共13页
煤与瓦斯突出是矿井灾害中一种破坏性巨大的瓦斯动力现象,严重威胁煤矿安全生产。煤层渗透性是综合反映煤层特性的重要参数,利用自主研发的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展了不同渗透率条件下(1.38×10^(−15)、6.69×10^(−... 煤与瓦斯突出是矿井灾害中一种破坏性巨大的瓦斯动力现象,严重威胁煤矿安全生产。煤层渗透性是综合反映煤层特性的重要参数,利用自主研发的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展了不同渗透率条件下(1.38×10^(−15)、6.69×10^(−15)、7.34×10^(−15)和9.10×10^(−15) m^(2))煤与瓦斯突出物理模拟试验。结果表明:随着煤层渗透率的增加,突出两相流运移形态逐渐由栓流演变为分层流和沙丘流,且煤粉运移速度及其峰值逐渐降低,由1.38×10^(−15) m^(2)条件下31.98 m/s减小为9.10×10^(−15) m^(2)条件下20.10 m/s;伴随突出两相流运移产生的冲击波呈现阶段式演化特征,对应负相压区间冲击波超压谷值的最大绝对值大于正相压区间冲击波超压峰值,且在巷道前端随煤层渗透率的增加而下降;4次试验对应相对突出强度分别为75.63%、44.65%、38.01%、10.97%,拟合得到相对突出强度随煤层渗透率增大呈指数下降关系。理论分析认为,瓦斯压力梯度是以渗透力的形式作用于煤体,而煤层渗透性主要是通过影响瓦斯渗透力动态变化,进而影响煤与瓦斯突出强度以及突出两相流运移状态;随着煤层渗透率的增加,瓦斯流动受到的阻力减小,瓦斯压力下降较快,难以形成高瓦斯压力梯度,同时暴露面附近的瓦斯渗透力较低,并快速向远处转移,无法进一步破坏暴露面煤体,导致突出强度下降,甚至不发生突出。最后,从瓦斯压力梯度和瓦斯渗透力的角度系统探讨了煤与瓦斯突出全过程演化特征,得出煤层渗透率在突出各个阶段均占据重要作用,结合我国煤与瓦斯突出预测现状及难题,认为煤层渗透率有望成为突出预测新指标,关键在于如何结合煤矿现场实际条件确定其临界值,分别从试验研究、理论分析和工程实践等方面提出了未来展望。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 煤层渗透率 突出两相流 瓦斯压力梯度 瓦斯渗透力
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低透气性突出煤层群首采层水力割缝卸压抽采技术研究 被引量:5
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作者 邹军 《中国煤炭》 北大核心 2024年第6期52-58,共7页
针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联... 针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联合抽采的综合治理技术,优化了钻孔布置方式,并进行了工程应用。结果表明:割缝实施后钻孔的瓦斯抽采浓度、单孔日均抽采纯量分别是常规钻孔的4.27倍、3.94倍,煤层透气性提高了22~31倍,首采层72号煤层割缝后的防突有效半径可提高至5 m以上,检验抽采半径5 m处的瓦斯含量指标为4.13 m 3/t,在有效解决首采层煤巷条带瓦斯灾害的同时,钻孔工程量降低了2/3以上。 展开更多
关键词 中近距离突出煤层群 水力割缝 卸压增透 高效抽采
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不同变异系数煤层应力场与瓦斯场规律的数值模拟研究 被引量:2
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作者 王峰 刘强 +5 位作者 邱黎明 刘勇 徐九洲 郭明功 马涛 张国雷 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期268-278,共11页
为揭示煤层厚度变化对煤层突出危险性的影响,建立了煤层变形场和瓦斯场耦合模型,并基于高斯分布建立了不同煤层变异系数的煤层模型,揭示了不同变异系数下的煤层应力场和瓦斯场分布规律。结果表明:稳定煤层与非稳定煤层应力场差别显著,... 为揭示煤层厚度变化对煤层突出危险性的影响,建立了煤层变形场和瓦斯场耦合模型,并基于高斯分布建立了不同煤层变异系数的煤层模型,揭示了不同变异系数下的煤层应力场和瓦斯场分布规律。结果表明:稳定煤层与非稳定煤层应力场差别显著,非稳定煤层在煤层较薄处产生了应力集中现象,向厚煤层区域掘进时呈线性减小;煤层较厚处稳定煤层的应力大于非稳定煤层,且随着煤层变异系数的增加进一步减小;不同变异系数煤层随着变异系数的增加应力逐渐增加,主应力的增长速率随着掘进距离的增加逐渐增加;煤层厚度变化导致了煤层受到顶板的水平应力作用,在煤层较薄处,顶板水平应力指向煤层,导致煤层较薄处产生了应力集中,在煤层较厚处,顶板水平应力背离煤层,导致煤层应力相比较薄处小,且瓦斯浓度大、渗透率小、构造煤发育较多,在扰动下容易发生突出。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 煤层厚度 煤层变异系数 多物理场 瓦斯压力
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高应力特厚突出煤层水力割缝卸压防突技术研究 被引量:1
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作者 王想刚 张世范 +4 位作者 许继宗 张吉福 陈国红 陈玉东 马占海 《中国煤炭》 北大核心 2024年第10期48-56,共9页
针对采动形成的高应力煤柱区瓦斯动力灾害防控难题,以窑街煤电集团有限公司金河煤矿16219工作面为工程背景,综合采用数值模拟、理论分析、微震分析、工程实践相结合的研究方法,揭示了煤柱区的应力演化规律,在分析水力割缝卸压增透原理... 针对采动形成的高应力煤柱区瓦斯动力灾害防控难题,以窑街煤电集团有限公司金河煤矿16219工作面为工程背景,综合采用数值模拟、理论分析、微震分析、工程实践相结合的研究方法,揭示了煤柱区的应力演化规律,在分析水力割缝卸压增透原理的基础上,优化并实施了水力割缝卸压增透措施,并对卸压防突效果进行了考察。结果表明,受周边采动影响,16219工作面首分层开切眼及回风巷交叉区域的煤体出现了高应力集中现象;通过对常规掘进与开挖缝槽后掘进2种情况的模拟对比分析,表明开挖缝槽能有效缓解高应力集中区内巷道周边煤体的应力集中状况;针对均一的缝槽尺寸可能导致巷道周边形成小范围应力增高区的现象,进一步优化了高应力集中区的水力割缝参数,合理增加了巷道周边水力割缝钻孔的出渣量。割缝作业实施后,微震监测数据显示大能量事件的占比有所减少、小能量事件的占比增加,煤体的弹性能有所释放,测试煤层残余瓦斯含量降低至4.73 m^(3)/t,表明煤层的突出及冲击危险性均有所降低。 展开更多
关键词 特厚突出煤层 高应力煤柱区 超高压水力割缝 卸压增透措施
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保护层开采与卸压瓦斯协同抽采技术研究与应用 被引量:3
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作者 张兆一 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期74-79,共6页
针对深部低透突出煤层群下保护层开采后上覆被保护层卸压瓦斯及下保护层瓦斯协同抽采的难题,新景矿采用“地面井预抽+高(低)位抽采巷”实现了被保护层卸压瓦斯及上隅角瓦斯的协同抽采。综合应用机械造穴、地面井压裂等增透措施,提高了... 针对深部低透突出煤层群下保护层开采后上覆被保护层卸压瓦斯及下保护层瓦斯协同抽采的难题,新景矿采用“地面井预抽+高(低)位抽采巷”实现了被保护层卸压瓦斯及上隅角瓦斯的协同抽采。综合应用机械造穴、地面井压裂等增透措施,提高了新景矿15号煤层抽采效率。增透前后支管抽采瓦斯纯流量提高了2.27倍,缩短了保护层工作面预抽瓦斯的达标时间;通过对比15号煤层开采前后3号、8号及9号被保护层的卸压瓦斯地面井抽采瓦斯纯流量提高了1.85倍,实现了保护层与被保护层瓦斯的协同抽采,开采突出煤层群做到安全可控,对阳泉矿区煤层群安全高效开采具有重要的参考意义。 展开更多
关键词 突出煤层群 大区域瓦斯治理 协同抽采 增透技术 保护层开采
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造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究 被引量:2
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作者 闫志铭 张新生 +4 位作者 张军胜 杨百舸 曹运兴 李淑敏 董润平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期63-73,共11页
我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。 展开更多
关键词 瓦斯治理 气相压裂 卸压增透 突出煤层 造穴
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强突煤层群非连续开采应力叠加特征与瓦斯分区精准防治 被引量:3
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作者 王亮 郑思文 +2 位作者 陆壮 蒋长宝 刘超 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期934-945,共12页
随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近... 随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近层非连续回采后遗留煤柱形成的工作面叠加应力分布状态,通过理论分析获得应力集中区渗透率分布特征,基于此提出了“灾害分区,精准防治”关键技术。研究结果表明:Ⅱ944工作面应力分布呈现非连续时空分区分布状态,上下邻近层先后回采留设煤柱的时空顺序发生变化时,会导致中间煤层的低应力集中区转变为强显现的应力集中区、卸压区转变为应力集中区,因此,可将这些区域划分为卸压区、局部卸压区和应力集中区。应力集中区的最大垂直应力达到102MPa,渗透率大幅降低。瓦斯治理前最大煤层瓦斯压力3MPa、最大瓦斯含量16.72m^(3)/t。依据应力分布、渗透率及瓦斯赋存特征,制定了针对性的分区精准瓦斯治理技术,形成保护层卸压-水力造穴-网格式预抽协同治理的工作面瓦斯精准治理模式;局部卸压区域通过网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.18MPa,瓦斯含量降低至2.45m^(3)/t。应力集中区域通过水力造穴及网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.15MPa,瓦斯含量降低至2.50m^(3)/t。整个回采期间未发生瓦斯超限事故,实现了非连续开采诱致叠加应力分布下的安全高效开采。上述研究对指导突出煤层群复杂工程条件的瓦斯精准治理工作具有重要意义。 展开更多
关键词 煤层群 应力集中 瓦斯抽采 瓦斯分区治理 煤与瓦斯突出
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采动影响煤与瓦斯突出中的孔隙压力与温度变化
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作者 张建国 王满 +2 位作者 张东明 余北辰 王玉杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4486-4494,共9页
煤与瓦斯突出是采动应力等多重因素作用下,煤层发生破裂并伴随瓦斯迅速释放的复杂现象。深入剖析突出过程中应力、孔隙压力及温度的动态变化,对于揭示煤与瓦斯突出的本质机理、制定有效的煤矿突出防治措施具有重要意义。为了研究采动应... 煤与瓦斯突出是采动应力等多重因素作用下,煤层发生破裂并伴随瓦斯迅速释放的复杂现象。深入剖析突出过程中应力、孔隙压力及温度的动态变化,对于揭示煤与瓦斯突出的本质机理、制定有效的煤矿突出防治措施具有重要意义。为了研究采动应力变化对煤与瓦斯突出过程的诱导机制,结合平煤十二矿戊组煤与己组煤部分区域上下叠加关系造成的煤体支承压力异常现象,利用多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟系统开展了煤与瓦斯突出模拟试验,试验过程中详细记录了气压与温度的动态变化,并深入探讨了动荷载持续作用对煤与瓦斯突出过程气体压力与温度的影响。结果表明:采动应力持续加载造成应力集中现象加剧,引起煤体孔隙裂缝面积减小,内部孔隙压力升高,促进了煤与瓦斯的流动和传输,可能提前诱导煤与瓦斯突出。高频动荷载会使孔隙压力上升更快,当达到爆破临界压力导致突出事件发生,大量气体迅速释放,气体压力急剧下降。在温度演化方面,初始注气阶段由于气体分子间相互作用力增强、气体压缩过程中做功转化为热能以及气体的逐渐释放,煤体内部温度呈现上升趋势。随着进入吸附平衡阶段,内部气体压力趋于稳定,煤体内部的热量逐渐向外环境散失,温度略有下降。在注气诱导突出阶段,动荷载和气体注入的共同作用使腔体内部煤体温度再次升高。而在诱发突出阶段,由于气体的快速释放,温度大幅度下降。在煤矿生产中,制定控制煤与瓦斯突出事故的措施时,必须充分考虑采动应力对突出过程的影响。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 采动应力 温度 孔隙压力 煤层形态
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小断层附近煤与瓦斯突出危险性预测 被引量:1
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作者 关金锋 成春莲 +1 位作者 许国胜 王建华 《中国矿业》 北大核心 2024年第6期167-173,共7页
煤与瓦斯突出危险性预测关系到瓦斯治理措施的有效实施。为提高煤层隐伏小断层附近瓦斯治理的效果,结合煤与瓦斯突出的主要影响因素,提出了小断层附近煤与瓦斯突出危险的动态分析方法,包括瓦斯地质条件勘查、瓦斯地质数值建模、采动应... 煤与瓦斯突出危险性预测关系到瓦斯治理措施的有效实施。为提高煤层隐伏小断层附近瓦斯治理的效果,结合煤与瓦斯突出的主要影响因素,提出了小断层附近煤与瓦斯突出危险的动态分析方法,包括瓦斯地质条件勘查、瓦斯地质数值建模、采动应力场演化及煤与瓦斯突出预测等流程。以古汉山煤矿14171采煤工作面为例说明该方法实施过程,在瓦斯地质条件精细勘查基础上构建数值模型,开展了工作面开采前,以及开采过程中的采动应力场数值模拟分析,发现煤层在开采前应力集中区出现在断层端部偏一侧部位、在开采过程中沿断层走向一侧范围出现应力集中,预测在小断层端部偏一侧15 m范围内有煤与瓦斯突出危险,开采距断层小于21 m范围内煤层存在煤与瓦斯突出危险,煤与瓦斯突出危险带的分布范围为区域防突措施评判和工作面预测提供了理论指导。现场实施的检验钻孔表明,瓦斯解吸指标Δh2和钻孔瓦斯涌出初速度指标q在开采距小断层8~20 m范围内出现异常增大现象,该范围煤与瓦斯突出危险性大,与煤与瓦斯突出动态分析的结果基本吻合,佐证了该方法的有效性。研究成果为复杂构造带煤与瓦斯突出预测开辟了新思路,为相似地质条件下矿井开展瓦斯治理工作提供了技术借鉴。 展开更多
关键词 煤层小断层 煤与瓦斯突出 瓦斯地质模型 应力集中 预测方法
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上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究
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作者 任启寒 《煤炭工程》 北大核心 2024年第6期21-27,共7页
基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复... 基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。 展开更多
关键词 保护层开采 特厚煤层 突出危险 侧向应力 煤柱宽度
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