摘要：为了解决瓦斯含量高、松软煤层、承压灰岩水等赋存条件下突出煤层群钻进过程中经常出现瓦斯或瓦斯与水异常喷出的难题,通过改进钻孔封孔工艺、孔口装置、气渣分离装置以及缓冲释压囊袋等,结合水力排渣工艺,利用气固分离停留时间原理,设计出一套新型多通道大口径快速降压装置、自动旋转气固分离排渣装置、具有大储存空间防喷囊袋组成的打钻防喷系统。应用实践表明,在高瓦斯、松软突出煤层、瓦斯与水共存、地质构造区等多种灾害叠加的条件下能够实现连续安全钻进孔深达到千米以上,取得显著的安全效益,为大面积区域超前抽采煤层瓦斯提供了新的治理模式。

摘要：针对低透气性、高吸附性、高瓦斯煤层群安全高效开采技术难题,以淮南矿区为主要试验研究基地,应用岩石力学、岩层移动、"O"形圈、瓦斯流动等理论,研究卸压开采采场内岩层移动及应力场分布规律、裂隙场演化及分布规律、卸压瓦斯富集区及运移规律等科学规律.针对不同煤(岩)层和瓦斯地质条件,探索出卸压开采抽采瓦斯理论,建立了卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采技术体系.创新了低透气性、高瓦斯煤层群安全高效开采矿井设计理论,解决了煤与瓦斯共采重大工程技术难题.

摘要：为确保近距离上保护层工作面的开采安全,同时有效抽采下被保护层的卸压瓦斯消除其突出危险性,开展了近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出规律研究,在此基础上对被保护层的卸压瓦斯抽采参数进行了优化。研究结果表明:下被保护层12煤层位于上保护层开采后形成的底臌断裂带内,层间裂隙发育充分,保护层工作面瓦斯涌出量大多来自被保护层的卸压瓦斯;在采用底板岩巷上向网格式穿层钻孔对被保护层进行卸压瓦斯抽采时,被保护层卸压瓦斯流向保护层工作面还是穿层钻孔由瓦斯在裂隙中流动形成的沿程阻力决定;被保护层12煤层穿层钻孔间距确定为1倍层间距大小,即穿层钻孔间距为16m。工程应用表明,该设计参数能够满足保护层安全开采及被保护层消除突出危险性的要求。

摘要：以顾桥煤矿1115(1)工作面为试验点,运用国际先进的岩层应力、位移、孔隙流压等实时监测手段,围岩变形与水、气耦合的COSFLOW数值模拟技术以及研究采动区流场特征的CFD模拟技术,系统研究并基本掌握了11号煤层深部煤层开采过程中的围岩应力场、裂隙场以及瓦斯流动场之间的动态变化规律。研究表明,采动支承压力影响范围可达300 m,覆岩运动和采动裂隙发育范围在工作面后方170 m以内,170 m以后采动裂隙基本压实,采动裂隙发育高度以及孔隙流压明显降低的高度可达145 m。在此基础上判别了1115(1)工作面上覆煤层群瓦斯高效抽采范围,并初步建立了低透气性煤层群瓦斯高效抽采的高位环形裂隙体及其判别方法,为煤与瓦斯共采理论发展以及工程实践提供了一套新的科学研究方法和工程设计手段。

摘要：在多年煤矿瓦斯理论研究及工程实践的基础上,总结提出了适用于煤矿瓦斯抽采指标考核要求的瓦斯抽采分类方法,即采前抽采、采中抽采和采后抽采.对各种抽采方法的基础理论进行了简要论述,并给出了具体的设计方法和技术参数.通过实例重点介绍了采前抽采煤层瓦斯的区域性瓦斯抽采方法,充分体现了"区域性防突措施先行"的工作原则.最后以淮北祁南煤矿为例,简要介绍了该矿通过瓦斯的综合抽采实现煤矿安全高效开采的先进经验.

摘要：应用经典塑性力学理论确定的圆形巷道围岩弹塑性应力场存在一些问题,这影响深部圆形巷道的稳定性评价及支护设计的合理性。应用塑性力学求解新体系确定的圆形巷道围岩弹塑性应力场准确解,进行了各向同性均质地层中圆形巷道破损区、地层残余强度与支护压力关系方面的研究,取得了如下成果:(1)破损区随开采深度的增加而增大,它们基本呈线性关系。(2)建立了支护压力与巷道埋深、围岩强度、围岩破坏后残余强度、围岩泊松比和重度之间的关系。研究成果可为支护设计提供重要参考。

摘要：煤层渗透率作为衡量瓦斯渗流与抽采难易程度的重要指标,对其进行准确测定具有重要意义。针对现有方法计算渗透率测试周期长、结果不稳定、模型不完善等问题,研究煤层渗透率的快速准确测定方法及相应的计算模型。基于煤层中气体径向不稳定流控制方程,结合不同压差下气体在煤层中的体积流量方程,建立可利用全区间压降数据测定煤层渗透率的注气压降计算模型。应用COMSOL数值模拟软件的达西渗流模块对模型进行求解,针对现场工程设计中可对压降曲线产生影响的测压气室长度进行单变量处理,根据模拟结果分析钻孔的测压气室长度可设计为2.0 m。根据数值模拟结果进行现场布置,搭建井下重复注气压降试验系统,结合煤层瓦斯赋存条件和巷道条件施工两组穿层钻孔,对2个测点分别注入两次高于煤层瓦斯压力的补偿气体进行渗透率原位测试,测试周期分别约为6 d和17 d,第2轮测试的注气压力高于第1轮。结合理论推导验证了注气压降过程中煤层瓦斯的雷诺数均处于线性达西渗流段,瓦斯在煤层中的渗流符合达西定律,满足计算模型的假设。与传统煤层渗透率计算方法进行了比较,结果表明:本方法和径向流量法的计算结果基本一致,可以满足实际工程需要。重复注气压降法的测试结果稳定可靠,具备快速测定的优点。

摘要：为提高保护层开采的有效性、安全性和经济性,通过引入理想弹脆塑性模型和内切圆准则,采用FLAC3D技术,在德鲁克–普拉格塑性流动格式基础上建立采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型的数值格式。利用VC++2005开发环境将本构模型编写成可供FLAC3D软件调用的自定义模型,并通过试件单轴和三轴压缩数值试验的对比,验证模型用于研究采动煤岩体脆性应变软化特征的正确性和合理性。将所建立模型用于阳泉新景矿超远距离保护层开采的数值模拟得出:位于保护层上部125m的超远距离被保护煤层处于裂隙带上边缘,被保护层卸压瓦斯取得良好效果,能利用保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采消除被保护层的突出危险。计算结果与物理相似模拟结果基本吻合,表明所建立的采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型可用于保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采效果的预评价。模拟结果可为保护层开采及被保护层卸压瓦斯抽采设计提供合理建议。

摘要：针对淮北矿业集团宿南矿区煤层赋存状况及瓦斯灾害程度,提出了倾斜煤层远距离下保护层开采的瓦斯治理方案.分析了倾斜煤层远距离下保护层开采存在的若干问题,并给出了解决方案：1）保护层开采下延,使同水平的被保护层得到完全的保护;2）保护层工作面开采必须超前被保护层工作面1~2个区段,使得被保护层工作面在倾向上得到卸压保护;3）采用沿空留巷或小煤柱护巷技术,杜绝保护层煤柱的留设;4）保护层与被保护层采用联合布置的方式,且将水平大巷和采区上山都布置在保护层的底板岩层中.最后以桃园矿Ⅱ2采区左翼为例,进行了倾斜煤层远距离下保护层开采设计.工程应用表明,该方案能够确保类似地质条件下保护层的安全开采及被保护层的连续卸压保护.

摘要：经过多年的科学研究和工程实践证明,采动卸压瓦斯抽采技术是防治煤与瓦斯突出、降低煤层瓦斯含量最有效、最经济的区域性措施。尽管近几十年来开展了大量的采动卸压瓦斯抽采现场试验,但对采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动相互作用的研究尚不够成熟,还无法为卸压瓦斯的高效抽采提供理论基础和技术支持。以远程采动煤岩体为研究对象,运用岩石力学、采矿工程、渗流力学、数值仿真等理论,采用现场实验、实验室实验、理论分析和数值分析相结合的研究方法,系统研究了采动煤岩体的卸压特征、移动变形、采动应力变化及卸压瓦斯流动规律;开展了采动煤岩体变形与瓦斯流动耦合作用研究,构建了采动煤岩体弹脆塑性本构模型和采动煤岩体变形与瓦斯流动耦合动力学模型及数值计算方法,通过模型的应用初步获得了远程上被保护层应力场、位移场与渗透率的时空变化规律,最后提出了保护层开采工程分类及判定方法,以及远程保护层开采及卸压瓦斯抽采技术体系,并在阳泉新景矿成功地进行了试验,取得了显著的抽采效果。为保护层开采设计及远程被保护层卸压瓦斯的高效抽采提供了理论依据和技术支持。主要研究内容及成果有:(1)利用平面应变相似模拟实验系统,以阳泉矿区新景矿为地质背景,开展了远程采动煤岩体裂隙演化相似模拟试验研究,获得了远程被保护层采动应力、裂隙发育和变形的时空演化规律;(2)基于Drucker-Prager准则,引入理想弹脆塑性模型和内切圆准则,构建了采动煤岩弹脆塑性损伤本构模型及数值格式,采用VC++2005将其开发成FLAC3D能够调用的模型,并开展了模型验证与应用,为采动煤岩体变形的研究提供了本构模型;(3)构建了反映采动裂隙、离层对瓦斯流动影响的非线性卸压瓦斯流动方程———广义幂定律,为采动煤岩体卸压瓦斯流动提供了控制方程;(4)构建了适合高强度开采条件下低渗透性煤岩体变形与瓦斯流动特点的采动煤岩变形与瓦斯流动气固耦合动力学模型;利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件平台实现了模型的验证与应用,初步获得了远程下保护层上覆岩应力场、位移场与渗透率的时空变化规律;(5)提出了综合考虑煤层赋存条件、层间硬岩以及保护层工作面回采参数等影响因素的保护层工程分类及判定方法,以当量相对层间距为指标对上、下保护层进行了分类;(6)提出了远程保护层开采及卸压瓦斯抽采技术体系,并在阳泉新景矿成功地进行了试验,取得了显著的抽采效果。保护范围内被保护层综合瓦斯抽采率达到了70.1%,瓦斯含量由18.17 m3/t降至5.4 m3/t,有效地消除了3号煤层的煤与瓦斯突出危险性,实践验证了采动煤岩变形与瓦斯流动气固耦合模型的合理性和可行性。