复杂条件下煤与瓦斯突出的区域预测理论技术研究

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目前煤层突出危险性区域预测存在准确率低、预测指标不够合理等问题,给有效的开展防突工作带来了较大的困难。本文利用理论分析、实验研究、现场实测与应用相结合的方法,对基于瓦斯含量的煤层突出危险性区域预测技术进行了较为深入的研究。  通过理论分析,得到了瓦斯压力和煤层埋深的关系式,并且根据关系式进行了煤岩弹性模量、泊松比、温度梯度和地应力梯度对瓦斯压力和煤层埋深关系影响的分析;在煤与瓦斯突出过程中,突出能量主要来自于瓦斯膨胀能,进行了煤与瓦斯突出条件和瓦斯突出裂隙通道的分析,分析推导出了基于瓦斯含量的瓦斯内能释放做功的表达式;进行了煤与瓦斯突出能量的动态平衡分析,认为工作面瓦斯的突出动能和突出所消耗的能量是否保持平衡决定了煤与瓦斯突出发生与否,并得出了煤与瓦斯突出的能量动态平衡式。根据煤层瓦斯的解吸原理和相关测定标准,进行了瓦斯解吸测定实验系统的设计和实验条件的选择,进行了不同吸附压力和粒度条件下的瓦斯解吸实验,根据所得实验结果:煤样的总的瓦斯解吸量随吸附压力的增大而增加,解吸速度也显著受到吸附压力的影响,初始解吸速度随吸附压力的增加而增大,煤样的解吸量和解吸速度随吸附压力的增大而增加,但是不同粒度的煤样对吸附压力的敏感性不同。各个粒度的煤样在不同吸附压力下,解吸初始阶段的解吸量随煤样粒度的增大而减小,在解吸实验进行约10 h之后呈现不同的变化规律,即随着煤样粒度的增加,初始瓦斯解吸量占得比例也逐步减小。进行了基于瓦斯含量的煤层突出危险性区域预测技术的研究,即依靠瓦斯解吸量快速测定方法,直接快速地测定和计算出煤层可解吸瓦斯含量,作为煤层突出危险性区域预测的依据,并且进行了瓦斯含量直接测定系统的研究和设计。  在贵州省桐梓煤矿进行了现场应用,根据桐梓煤矿采掘现状,进行了预测方案的设计,现场测定了7#、9#、10#煤层二、三采区瓦斯基本参数,并根据煤层瓦斯含量进行了瓦斯压力的计算。测定结果表明,7#、9#、10#煤层未受断层构造影响的原始煤体区域的有效瓦斯含量,在埋深相近时变化不大,瓦斯含量随埋深增加而增大,符合瓦斯含量与埋深的相关关系。根据以上所测参数,通过分析煤层的瓦斯压力、瓦斯含量、煤的相关物理性质以及煤吸附瓦斯特性,综合桐梓煤矿的地质、开拓等资料,鉴于桐梓煤矿为煤与瓦斯突出矿井,7#、9#、10#煤层为煤与瓦斯突出煤层。所测得的7#、9#、10#煤层瓦斯压力和瓦斯含量较大,对桐梓煤矿在以后的开拓开采过程中提出了相应的建议。
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