深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论_中国煤炭行业知识服务平台

深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论

来源：《煤炭学报》2015年第4期

　　深部煤与瓦斯共采是提升我国煤矿安全高效洁净生产水平的重要途径,对优化我国能源结构、减少温室气体排放具有十分重要的意义。目前,我国煤与瓦斯共采的工程实践规模日趋扩大,构建煤与瓦斯共采基础理论体系可以为我国煤与瓦斯共采工程实践提供有力的理论支撑。以谢和平院士为首席科学家的国家973 计划项目“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”,自2011 年立项以来,围绕深部开采条件下煤与瓦斯共采核心科学问题开展了研究,取得了显著的研究进展和丰富的研究成果。本期前25篇论文是从该项目2014年研究进展中,遴选出的部分有代表性的研究成果。研究成果涉及了不同瓦斯压力原煤全应力应变过程中渗透特性,煤粒瓦斯放散的数学模型、实验和数值模拟研究结果,采动过程中煤层支承应力与瓦斯抽采流量及瓦斯流动的耦合效应,深部煤与瓦斯共采中的优质瓦斯通道及其构建方法,单一低透气性煤层卸压增透技术作用下煤体裂纹扩展,煤与瓦斯共采评价指标体系及评价模型的建立等重要研究进展。希望本期“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”专题学术论文能够为从事同类研究的学者提供帮助和借鉴。

行业视野: 安全
类别; 94个
关键词; 97位
专家; 25篇
论文; 29817IP
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割缝扰动区裂纹扩展模式及能量演化规律

作者(Author)：林柏泉, 刘厅, 邹全乐, 朱传杰, 闫发志

摘要：基于颗粒流基本原理,采用PFC2D软件建立数值模型,模拟了割缝钻孔周围裂纹在不同侧压系数λ下的扩展模式。结果表明:当λ1时,裂纹集中于垂直方向上。此外,随着λ的增大,裂纹数总体呈增长趋势。通过记录钻孔破坏过程中动能变化发现:不同侧压系数下动能演化呈现出明显的分区特征,可分为动能快速释放区、动能快速衰减区、动能剧烈波动区和平衡区,动能峰值随λ的增大线性增加。当λ较小时,声发射事件分布较为离散;当λ=1时,声发射事件在整个时程中均匀分布;当λ>1时,声发射事件数在经历急速升高后开始下降。

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煤与瓦斯共采评价指标体系及评价模型的应用

作者(Author)：梁冰, 秦冰, 孙福玉, 王岩, 孙雅楠, KHUONGPhuclo

摘要：针对我国尚未形成系统性的煤与瓦斯共采基础理论体系的现状,提出经济预评价、安全评价、共采效果3部分建立煤与瓦斯共采评价系统,并建立多层次评价指标体系,构建煤与瓦斯共采模糊综合评判模型。将模糊层次法(FAHP)与层次分析法(AHP)组合赋权,将专家的主观经验与目标区指标客观反映相结合,建立模糊综合评判模型对沙曲矿煤与瓦斯共采进行综合评价。在共采系统各部分的模糊综合评价的基础上,利用协调度函数量化煤炭开采与瓦斯抽采系统之间的协同程度。评价结果表明,沙曲矿24207工作面煤炭开采子系统和瓦斯抽采子系统初级协调有序,煤与瓦斯共采技术是合理可行的。

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采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性

作者(Author)：尹光志, 何兵, 李铭辉, 曹偈, 秦虎, 李文璞

摘要：煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以松藻煤电有限责任公司松藻煤矿3211采煤工作面现场试验为基础,通过现场监测工作面采动过程中的煤层支承应力变化和本煤层瓦斯抽采流量变化,对工作面附近煤层支承应力和瓦斯抽采流量之间的相关性进行了研究。研究结果表明:随着采煤工作面的推进,煤层实测支承应力依次经历了低—高—低的过程,可以划分为卸压区、应力集中区和原岩应力区,并在工作面前方15~25 m处达到峰值。在煤层卸压区,煤层内孔隙、裂隙发育贯通,透气性增大,瓦斯抽采流量增大,在煤层支承应力集中区,煤层内裂隙收缩闭合,煤层透气性减小,瓦斯抽采流量也减小,在煤层原岩应力区,煤层透气性变化不大,瓦斯抽采流量趋于稳定。基于工作面煤层支承应力与瓦斯抽采流量的相互关系,以处于原岩应力区的煤层支承应力和瓦斯抽采流量为基准,构建了瓦斯抽采流量的负指数表达式。

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煤粒瓦斯吸附规律的实验研究及数值分析

作者(Author)：秦跃平, 刘鹏

摘要：为研究煤粒瓦斯流动规律,进行了煤粒瓦斯定压动态吸附实验,得到3种粒度煤样在不同瓦斯压力下累积吸附量随时间变化的实测曲线。基于达西定律和朗格缪尔方程,建立了煤粒瓦斯吸附数学模型,编制解算程序对煤粒瓦斯吸附过程进行数值分析,得到煤粒内部瓦斯压力的变化规律及累积吸附量与时间的关系曲线。通过将数值分析结果与实验结果进行对比,发现二者变化趋势吻合良好,由此验证了煤粒瓦斯吸附过程符合达西定律。

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煤体吸附-解吸瓦斯变形特征实验研究

作者(Author)：聂百胜, 卢红奇, 李祥春, 李丽, 吕长青

摘要：在煤层瓦斯抽放过程中,煤体瓦斯处于吸附-解吸状态,煤体发生膨胀和收缩。利用自主设计的煤体变形实验装置,分析了杜儿坪煤矿原煤在不同方式下吸附-解吸全过程中变形特征。实验结果表明:煤体变形量随着瓦斯压力的增加而增大,垂直层理方向变形量大于平行层理方向变形量;煤体在一次加压吸附实验中分为变形下降阶段、变形快速上升阶段和变形平稳上升至稳定阶段3个阶段;等梯度加压吸附-降压解吸过程中,0→0.5 MPa阶段变形量最大;等梯度加压吸附煤体变形量大于一次加到目标压力值的吸附煤体变形量,且等梯度解吸煤体残余变形量较大;煤体吸附-解吸变形可分为充气下降阶段、吸附快速上升阶段、吸附变形平稳上升至平稳阶段、解吸变形快速下降阶段和解吸平稳下降至稳定阶段。

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浅埋煤层超大采高开采柱式崩塌模型及失稳

作者(Author)：薛东杰, 周宏伟, 任伟光, 刘亚群, 陈超凡

摘要：为认清西部典型浅埋条件下覆岩致裂机理及定量分析失稳条件,基于相似模拟试验开展浅埋深薄基岩厚松散层超大采高采动裂隙演化研究。提出采动裂隙柱式结构并揭示柱式结构生成机制。基于支架工作阻力,指出周期来压期间,柱式结构的形成给支架带来了巨大的压力,波浪式特征明显,是导致压架发生的主要原因。依据破裂角演化规律,揭示切顶线破裂角较大,切落特征明显,易促成垂直柱式结构的形成。提出岩柱失稳的3种主要方式:拉裂式崩塌失稳、滑移失稳及倾覆失稳。推导了2种模式的不同失稳模型的稳定系数表达式。对于上覆软土、砂情况,最有可能发生的是拉剪混合型,然后是纯拉型;对于上覆硬土情况,最有可能发生的是纯剪型。从2种模型失稳模式可以看出,倾覆失稳的稳定系数最容易小于1,因此也是最容易发生的,其次是拉裂式崩塌失稳。

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近距离煤层群围岩碎裂特征与裂隙分布关系

作者(Author)：刘洪涛, 赵志强, 张胜凯, 刘国保, 白毅

摘要：六家煤矿近距离煤层群裂隙网络发育,为了防止顶板及层内裂隙导水、邻空面瓦斯超限与煤体自然发火等隐患,基于分形理论,以巴西劈裂试验和现场窥视统计试验为研究手段,探讨了岩体碎裂尺度及均匀度对裂隙分形特征的影响。研究表明:劈裂块度分维值越接近2,则破裂后碎块尺度越均匀,表现为存在一条主裂隙将试样大致均分且裂隙面较平整;劈裂块度分维值与2相差越大,碎块尺度差距越悬殊,裂隙面越粗糙。劈裂块度分维值与裂隙分维值之间符合抛物线分布,劈裂块度分维值越接近2,则裂隙分维值越大,表明劈裂块体尺度越接近,岩层内裂隙条数越少、裂隙环越平整且与层面夹角越小;劈裂块度分维值与2相差越大,则裂隙分维值越小,表明劈裂块体尺度相差越悬殊,裂隙条数越多、裂隙面越粗糙且裂隙方位无规律。裂隙分布规律与劈裂碎块尺度大小无关,与碎块尺度均匀性密切相关。

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煤粒瓦斯放散数学模型及数值模拟

作者(Author)：王健

摘要：为了进一步验证将煤粒视为规则球形研究得到煤粒瓦斯放散符合达西定律的合理性,选取煤粒的另一种极限形状——圆柱形煤粒进行研究。基于达西定律和菲克定律,分别建立圆柱形煤粒瓦斯放散的有限差分数学模型,编制Visual Basic程序进行数值解算,并进行达西和菲克数值模拟。通过对比圆柱形煤粒的模拟结果和实验结果,得出达西模拟结果与实验结果的吻合程度远高于菲克模拟结果。同时,通过对比圆柱形煤粒和球形煤粒的研究结果,发现瓦斯累积解吸量随时间的变化和煤粒形状无直接关系,从而证实煤粒瓦斯放散服从达西定律。

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