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复杂构造下保护层开采卸压瓦斯异常涌出机制及定量溯源技术
1
作者
陈学习
陈星宇
+4 位作者
胡嘉英
周爱桃
肖健
孙际宏
严志龙
《煤炭学报》
北大核心
2025年第5期2509-2526,共18页
保护层开采是瓦斯灾害防治的有效技术手段,开采过程中工作面异常涌出问题是矿井安全生产的重要威胁。以象山煤矿21313工作面为研究对象,基于地质统计法数值建模实现21512工作面瓦斯地质精细反演,通过FLAC3D-COMSOL耦合模拟分析了复杂构...
保护层开采是瓦斯灾害防治的有效技术手段,开采过程中工作面异常涌出问题是矿井安全生产的重要威胁。以象山煤矿21313工作面为研究对象,基于地质统计法数值建模实现21512工作面瓦斯地质精细反演,通过FLAC3D-COMSOL耦合模拟分析了复杂构造应力下保护层开采的力学演化规律及卸压增透机制,探究了开采后本煤层、邻近层瓦斯运移和瓦斯涌出量规律,结合现场统计、碳同位素测试、数值模拟对比分析实现了工作面异常涌出定量溯源,并针对性采取了底板卸压拦截定向长钻孔抽采措施。结果表明:当保护层工作面由40 m推进至200 m时,底板塑性破坏深度由8.5 m增至25 m,最大垂直应力由-19.09 MPa上升到-29.17 MPa,最大应力释放率由62%升至100%,反映随着推进距离的不断增加,煤岩层受采动破坏明显,底板岩体裂隙发育贯通到5号煤层,卸压范围及程度不断增大。开采200 m后工作面,计算得知保护层走向卸压角为66°、倾向卸压角为62°,5号煤渗透率约为原始煤层的600倍,卸压增透效果明显。随保护层工作面推进距离增大,瓦斯压力降低幅度及范围增大,本煤层、邻近层最大瓦斯压力在开采90 d时,下降幅度分别为3.7%、19.4%;瓦斯总涌出量随着推进距离增加而上升的同时,邻近层绝对瓦斯涌出量占比逐渐上升,推进到200 m时,邻近层绝对瓦斯涌出量占比63.00%。通过综合运用现场统计数据、碳同位素测试结果以及数值模拟方法的对比分析表明,采空区、上隅角瓦斯各来源比例随工作面向前推进基本保持稳定,瓦斯主要来源于邻近层,采空区、上隅角的邻近层瓦斯占比平均值分别为77.99%、49.33%,数值模拟得到的瓦斯涌出量略大于实测瓦斯涌出量,邻近层瓦斯涌出量占比小于实测值,增长趋势两者相符合。采取卸压瓦斯精准治理措施后,卸压瓦斯抽采率为55.80%、55.01%,工作面风排瓦斯量至少下降62.06%,回风流甲烷质量分数至少降低了52.38%,保护层工作面及被保护层瓦斯治理效果明显,实现了复杂构造矿区多煤层综合瓦斯精准治理。
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关键词
保护层开采
瓦斯运移
耦合模拟
瓦斯涌出量
定量溯源
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职称材料
煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理与技术
被引量：
13
2
作者
周福宝
刘宏
+2 位作者
刘应科
康建宏
贺志宏
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期11-18,共8页
煤层群开采工作面瓦斯涌出来源及比例的定量分析,是矿井瓦斯抽采设计与治理的重要前提。稳定碳氢同位素法基于瓦斯气体混合前后碳、氢同位素总量各自保持不变的原理,可以对工作面瓦斯各来源比例进行定量计算,成为工作面瓦斯精准定量溯...
煤层群开采工作面瓦斯涌出来源及比例的定量分析,是矿井瓦斯抽采设计与治理的重要前提。稳定碳氢同位素法基于瓦斯气体混合前后碳、氢同位素总量各自保持不变的原理,可以对工作面瓦斯各来源比例进行定量计算,成为工作面瓦斯精准定量溯源的有效方法。稳定碳氢同位素分析实现的必要条件是混合气样的瓦斯体积分数不低于10%,对此,首先提出煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理,并构建了高效分离低浓度瓦斯方法,研究了吸附柱中甲烷、氧气和氮气的分离规律,对比确定了优化的吸附剂种类和吸附柱尺寸,对上隅角、回风巷等地点的超低浓度瓦斯进行分离,进而进行稳定碳氢同位素测试。然后通过测得的各煤层端元气体以及工作面不同位置混合气体的甲烷碳、氢同位素值,利用二端元、三端元线性混合模型,定量分析了西山矿区东曲矿和屯兰矿的4个试验工作面各位置瓦斯来源的占比及规律。最终确定了近距离煤层群回采工作面瓦斯的重点抽采目标:工作面上隅角只有5%来自上邻近层,本煤层占比达到78%,因此应着力加大本煤层瓦斯抽采强度;采空区、上隅角、回风巷的瓦斯主要来源于本煤层卸压瓦斯,从采空区到上隅角和回风巷,上邻近层瓦斯占比呈现上升趋势;采空区、上隅角瓦斯各来源比例受工作面推进度影响较小,基本维持稳定。煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源技术实施简便,效果显著,有效解决了上隅角、回风巷等地点精准定量溯源的重大工程难题。
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关键词
煤层群
碳氢同位素
瓦斯涌出
定量溯源
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职称材料
MST与水环境生物源污染定量化溯源
被引量：
3
3
作者
郭萍
李红娜
李峰
《农业环境科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2016年第2期205-211,共7页
微生物溯源技术(Microbial source tracking,MST)通过靶标生物标记定位污染来源,为难以确定污染来源的非点源生物源污染监测提供了技术手段。基于微生物溯源技术从定性到定量化的发展历程,介绍了MST技术的产生、发展与特点以及MST在水...
微生物溯源技术(Microbial source tracking,MST)通过靶标生物标记定位污染来源,为难以确定污染来源的非点源生物源污染监测提供了技术手段。基于微生物溯源技术从定性到定量化的发展历程,介绍了MST技术的产生、发展与特点以及MST在水环境污染监测与管理中的应用重点论述了拟杆菌(Bacteroides spp.)基因标记水环境定量化溯源的研究进展,集中分析了温度、光照、盐度等环境因子对拟杆菌基因标记环境衰变的影响以及环境因子与定量化溯源结果准确性的相关关系,并据此判定环境生物因子可能对基因标记环境衰变结果存在一定的影响。依据目前定量溯源研究与应用现状,提出了提高拟杆菌定量溯源准确性和广泛性的研究重点和应用前景。
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关键词
微生物
溯源
技术
生物源污染
定量
化
溯源
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职称材料
题名
复杂构造下保护层开采卸压瓦斯异常涌出机制及定量溯源技术
1
作者
陈学习
陈星宇
胡嘉英
周爱桃
肖健
孙际宏
严志龙
机构
华北科技学院矿山安全学院
中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院
西安科技大学安全科学与工程学院
安徽理工大学安全科学与工程学院
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第5期2509-2526,共18页
基金
国家自然科学基金资助项目(52174181)
河北省省级科技计划资助项目(22375401D)
河北省青年科学基金资助项目(E2024508014)。
文摘
保护层开采是瓦斯灾害防治的有效技术手段,开采过程中工作面异常涌出问题是矿井安全生产的重要威胁。以象山煤矿21313工作面为研究对象,基于地质统计法数值建模实现21512工作面瓦斯地质精细反演,通过FLAC3D-COMSOL耦合模拟分析了复杂构造应力下保护层开采的力学演化规律及卸压增透机制,探究了开采后本煤层、邻近层瓦斯运移和瓦斯涌出量规律,结合现场统计、碳同位素测试、数值模拟对比分析实现了工作面异常涌出定量溯源,并针对性采取了底板卸压拦截定向长钻孔抽采措施。结果表明:当保护层工作面由40 m推进至200 m时,底板塑性破坏深度由8.5 m增至25 m,最大垂直应力由-19.09 MPa上升到-29.17 MPa,最大应力释放率由62%升至100%,反映随着推进距离的不断增加,煤岩层受采动破坏明显,底板岩体裂隙发育贯通到5号煤层,卸压范围及程度不断增大。开采200 m后工作面,计算得知保护层走向卸压角为66°、倾向卸压角为62°,5号煤渗透率约为原始煤层的600倍,卸压增透效果明显。随保护层工作面推进距离增大,瓦斯压力降低幅度及范围增大,本煤层、邻近层最大瓦斯压力在开采90 d时,下降幅度分别为3.7%、19.4%;瓦斯总涌出量随着推进距离增加而上升的同时,邻近层绝对瓦斯涌出量占比逐渐上升,推进到200 m时,邻近层绝对瓦斯涌出量占比63.00%。通过综合运用现场统计数据、碳同位素测试结果以及数值模拟方法的对比分析表明,采空区、上隅角瓦斯各来源比例随工作面向前推进基本保持稳定,瓦斯主要来源于邻近层,采空区、上隅角的邻近层瓦斯占比平均值分别为77.99%、49.33%,数值模拟得到的瓦斯涌出量略大于实测瓦斯涌出量,邻近层瓦斯涌出量占比小于实测值,增长趋势两者相符合。采取卸压瓦斯精准治理措施后,卸压瓦斯抽采率为55.80%、55.01%,工作面风排瓦斯量至少下降62.06%,回风流甲烷质量分数至少降低了52.38%,保护层工作面及被保护层瓦斯治理效果明显,实现了复杂构造矿区多煤层综合瓦斯精准治理。
关键词
保护层开采
瓦斯运移
耦合模拟
瓦斯涌出量
定量溯源
Keywords
protective layer mining
gas migration
coupling simulation
gas emission
quantitative tracing
分类号
TD712.5 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理与技术
被引量：
13
2
作者
周福宝
刘宏
刘应科
康建宏
贺志宏
机构
中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室
中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室
西山煤电(集团)有限责任公司
出处
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第5期11-18,共8页
基金
河北省自然科学基金生态智慧矿山联合基金资助项目(E2020402075)
中央高校基本科研业务费资助项目(2018CXTD01)。
文摘
煤层群开采工作面瓦斯涌出来源及比例的定量分析,是矿井瓦斯抽采设计与治理的重要前提。稳定碳氢同位素法基于瓦斯气体混合前后碳、氢同位素总量各自保持不变的原理,可以对工作面瓦斯各来源比例进行定量计算,成为工作面瓦斯精准定量溯源的有效方法。稳定碳氢同位素分析实现的必要条件是混合气样的瓦斯体积分数不低于10%,对此,首先提出煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理,并构建了高效分离低浓度瓦斯方法,研究了吸附柱中甲烷、氧气和氮气的分离规律,对比确定了优化的吸附剂种类和吸附柱尺寸,对上隅角、回风巷等地点的超低浓度瓦斯进行分离,进而进行稳定碳氢同位素测试。然后通过测得的各煤层端元气体以及工作面不同位置混合气体的甲烷碳、氢同位素值,利用二端元、三端元线性混合模型,定量分析了西山矿区东曲矿和屯兰矿的4个试验工作面各位置瓦斯来源的占比及规律。最终确定了近距离煤层群回采工作面瓦斯的重点抽采目标:工作面上隅角只有5%来自上邻近层,本煤层占比达到78%,因此应着力加大本煤层瓦斯抽采强度;采空区、上隅角、回风巷的瓦斯主要来源于本煤层卸压瓦斯,从采空区到上隅角和回风巷,上邻近层瓦斯占比呈现上升趋势;采空区、上隅角瓦斯各来源比例受工作面推进度影响较小,基本维持稳定。煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源技术实施简便,效果显著,有效解决了上隅角、回风巷等地点精准定量溯源的重大工程难题。
关键词
煤层群
碳氢同位素
瓦斯涌出
定量溯源
Keywords
coal seams
hydrogen and carbon isotopes
gas emission
quantitative traceability
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
MST与水环境生物源污染定量化溯源
被引量：
3
3
作者
郭萍
李红娜
李峰
机构
中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所清洁流域团队
出处
《农业环境科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2016年第2期205-211,共7页
基金
国家科技重大专项"水体污染控制与治理"(2008ZX07425-002)
文摘
微生物溯源技术(Microbial source tracking,MST)通过靶标生物标记定位污染来源,为难以确定污染来源的非点源生物源污染监测提供了技术手段。基于微生物溯源技术从定性到定量化的发展历程,介绍了MST技术的产生、发展与特点以及MST在水环境污染监测与管理中的应用重点论述了拟杆菌(Bacteroides spp.)基因标记水环境定量化溯源的研究进展,集中分析了温度、光照、盐度等环境因子对拟杆菌基因标记环境衰变的影响以及环境因子与定量化溯源结果准确性的相关关系,并据此判定环境生物因子可能对基因标记环境衰变结果存在一定的影响。依据目前定量溯源研究与应用现状,提出了提高拟杆菌定量溯源准确性和广泛性的研究重点和应用前景。
关键词
微生物
溯源
技术
生物源污染
定量
化
溯源
Keywords
microbial source tracking（ MST）
biological-source contamination
quantitative source tracking
分类号
X52 [环境科学与工程—环境工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
复杂构造下保护层开采卸压瓦斯异常涌出机制及定量溯源技术
陈学习
陈星宇
胡嘉英
周爱桃
肖健
孙际宏
严志龙
《煤炭学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
煤层群开采工作面瓦斯精准定量溯源原理与技术
周福宝
刘宏
刘应科
康建宏
贺志宏
《煤炭科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2021
13
在线阅读
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职称材料
3
MST与水环境生物源污染定量化溯源
郭萍
李红娜
李峰
《农业环境科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2016
3
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职称材料
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