《煤炭科学技术》“煤与瓦斯突出机理及防治” | 虚拟专题

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《煤炭科学技术》“煤与瓦斯突出机理及防治” | 虚拟专题

来源：煤炭科学技术

本专题收录了《煤炭科学技术》2023年至今发表的“煤与瓦斯突出机理及防治”领域的部分文章，希望推进我国煤矿煤与瓦斯突出治理前沿研究，为煤与瓦斯突出治理提供关键信息。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 55个
关键词; 59位
专家; 12篇
论文; 1904IP
点击量; 809次
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基于关键层理论的切顶留巷下覆岩裂隙分布特征研究

作者(Author)：双海清, 辛越强, 李树刚, 林海飞, 周斌, 尚英智, 刘思博

摘要：针对切顶留巷工艺使得切顶侧采空区覆岩裂隙分布改变的问题，采用物理相似模拟与数值模拟相结合的手段分析了切顶留巷工艺下采空区应力分布、覆岩运移和采动裂隙分布规律。在此基础上，基于关键层理论与采动覆岩卸荷膨胀累积效应，探讨了切顶与未切顶侧覆岩裂隙发育高度和离层裂隙区宽度的变化，分析了不同层位定向卸压瓦斯抽采钻孔抽采效果，验证和反演了切顶留巷工艺下覆岩裂隙分布规律。研究结果表明：切顶留巷工艺能有效降低切顶侧顶底板的应力集中，但应力仍会向煤岩深部传递；切顶使得垮落岩层厚度与顶板破断形式发生改变，导致裂隙带发育高度、亚关键层控制范围内离层裂隙区宽度产生变化；切顶侧端头垮落带高度为未切顶侧的2倍，裂隙带高度为未切顶侧的0.87倍，在裂隙带中下部，切顶侧的离层量和穿层裂隙数量均大于未切顶侧；切顶侧在煤层顶板8～30 m范围内裂隙发育量随距离增大而增大，在30～48 m范围内随距离增大而减小，裂隙主要分布于裂隙带中下部；不同层位抽采钻孔瓦斯浓度和流量的“错峰”验证了上述研究结论。研究结果对高瓦斯矿井切顶留巷工艺下卸压瓦斯治理具有一定参考价值。

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2024年第05期

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基于CESE方法的煤矿风井泄爆全过程模拟与消波增效研究

作者(Author)：宋维宾, 孙玉宁, 王永龙, 王志明

摘要：为揭示煤矿风井泄爆过程、探寻增强泄爆效果方法，针对现行泄爆方法和多种改进泄爆方法，建立了系列全尺寸三维仿真模型，利用LS−DYNA软件的CESE求解器，进行了全过程流固耦合模拟分析。结果表明：现行防爆门在泄爆过程中会引发较强烈的反射冲击波且不能快速有效地予以消弱，致使风硐中先后出现可对风机造成二次冲击的2道冲击波；去除防爆门立壁结构对提升泄爆效果作用不明显，但可使防爆门受到的冲击明显减弱；在一定范围内，减轻防爆门质量对提高泄爆效果的作用较为有限，且会使防爆门吸收的爆炸能量明显增加；在增量不大的情况下，增大防爆门到风井和风硐交岔点的距离即能有效改善泄爆效果；侧向和正向先行泄爆方法均能明显增强泄爆效果，并对防爆门有显著的减冲和保护作用，在算例条件下，最优可使反射波超压峰值下降49.4%和28.3%；防爆门开启时间、泄爆面积和防爆门到风井/风硐交岔点的距离是影响泄爆效果的重要因素；风井达到良好泄爆效果所需要的开启时间比现行防爆门要短得多；仅在井口设置防爆门存在不能消减风硐中第1道冲击波超压峰值的局限性。基于对风井泄爆过程、机理和方法的新认识，提出了以“两区域多通道”泄爆为特征的主辅防爆门协同泄爆方法，以系统提升风井泄爆效果和防爆水平。

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煤炭科学技术

2024年第05期

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不同加载条件下含瓦斯煤岩强度极限邻域范围研究

作者(Author)：王波, 马世纪, 田志银, 任永政, 王军, 黄万朋, 王灵

摘要：煤与瓦斯突出灾害的发生机理尚不清楚，据流变假说，含瓦斯煤岩在长期载荷下可能进入“强度极限邻域”，此时受外部冲击扰动更易破坏。为研究不同加载条件下含瓦斯煤岩的“强度极限邻域”，以找到进入该状态的影响规律，并建立相应的微观判别标准，利用自主研发的岩石流变扰动效应三轴试验系统和煤岩流变扰动效应渗流实验装置，开展不同围压、不同瓦斯压力、轴压下的含瓦斯煤岩流变扰动实验，通过核磁共振手段对流变扰动前后煤岩进行分析对比，得到不同加载条件下的孔隙率、孔径分布、T2谱曲线。试验结果表明：①不同加载条件下的煤岩流变过程中，存在一个应力阈值，可以使得煤岩在受到外部冲击扰动后阈值左右邻域有不同力学性质的表现；当施加力小于此阈值时，冲击扰动后，煤岩的孔隙度减小，煤样随之被压缩紧密，T2谱曲线中代表大孔径的谱峰降低，谱峰曲线左移；当施加力大于此阈值时，冲击扰动后，煤岩大孔径孔隙增多，T2谱曲线出现右移，所有谱峰高度增大，说明该应力阈值是用来判断煤岩是否进入“强度极限邻域”关键。②围压和瓦斯压力对煤岩的影响具有相反的力学作用性质，在抗压能力、损伤程度、长期强度、“强度极限邻域”中有所表现，其中，围压越大，煤岩越晚进入“强度极限邻域”，瓦斯压力越大，煤岩则越早进入该邻域。③煤岩的孔径分布、T2谱曲线能直观反映了煤岩“强度极限邻域”内、外微观变化特征。④通过煤岩孔隙率所确定的进入“强度极限邻域”时的轴压与围压、瓦斯压力构建函数方程可判断不同加载条件煤岩进入“强度极限邻域”的时机，作为进入“强度极限邻域”范围时的判别标准，其中围压越大，此时进入“强度极限邻域”范围时的应力阈值越大；瓦斯压力越大，进入“强度极限邻域”时的应力阈值越小。

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煤炭科学技术

2024年第07期

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基于非稳态扩散的复合煤体能量失稳致灾研究

作者(Author)：秦玉金, 苏伟伟, 卢守青, 李铭杰

摘要：在我国由于地质构造作用的影响，导致煤层中多存在原生结构煤和构造煤分层的现象；而构造煤的存在导致复合煤层突出危险性急剧增加，这严重制约我国煤矿安全生产。根据软硬复合煤体瓦斯的扩散状态，模拟分析了非稳态扩散复合煤体的力学失稳规律；建立了非稳态扩散的吸附瓦斯膨胀能计算模型，探讨了稳态扩散和非稳态扩散对于吸附瓦斯膨胀能的影响，从能量角度分析了吸附瓦斯膨胀能对突出的控制作用，阐释了非稳态扩散复合煤体的突出失稳致灾机制。结果表明：复合煤层中构造煤的存在能够增加其邻近原生结构煤的塑性破坏程度，提高了原生结构煤塑性区内的瓦斯运移速度，进而增加煤与瓦斯突出危险性；非稳态扩散条件下原生结构煤和构造煤的吸附瓦斯膨胀能是稳态扩散条件的0.50～0.57倍和3.36～3.38倍，复合煤层中由于构造煤的存在导致原生结构煤内部裂隙−基质系统间产生巨大的瓦斯浓度差，使得原生结构煤基质内部的吸附瓦斯迅速解吸，增加邻近原生煤中吸附瓦斯膨胀能，进而使得复合煤层的突出危险性显著增加。

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煤炭科学技术

2024年第07期

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