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地应力主导型突出危险煤巷水力扩孔卸压防突技术研究

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煤炭工程 2020年第4期52卷 97-102页

作者：李生舟瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为了防治桑树坪煤矿松软3#煤层地应力主导型突出灾害,提出了采用水力扩孔卸压增透技术进行煤巷条带区域防突的防治措施。采用理论分析、FLAC3D数值模拟软件获得了扩孔后煤体破坏形态、塑性区范围及应力分布规律,据此确定水力扩孔合理布... 详细信息

为了防治桑树坪煤矿松软3#煤层地应力主导型突出灾害,提出了采用水力扩孔卸压增透技术进行煤巷条带区域防突的防治措施。采用理论分析、FLAC3D数值模拟软件获得了扩孔后煤体破坏形态、塑性区范围及应力分布规律,据此确定水力扩孔合理布孔参数。并提出以残余瓦斯含量、扩出煤屑率作为防突效果的双重评价指标,从而提出穿层钻孔水力扩孔卸压防突技术,并进行了现场应用。应用表明:扩孔后煤层卸压增透及防突效果显著,瓦斯流量衰减系数降低65%~74%,自然瓦斯涌出量提高2~3倍。残余瓦斯含量的临界值为8m3/t,煤层正常、异常区域扩出煤屑率的临界值分别为3%、5%,可实现煤巷安全高效掘进。

关键词：地应力主导水力扩孔松软煤层掘进防突煤层蠕变

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采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究

采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究

作者：李生舟重庆大学

学位级别：硕士

采动覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律是“煤与瓦斯安全共采”技术的核心，也是煤矿绿色开采技术的重要内容之一。本文以平煤十矿己15煤层为研究对象，采用FLAC3D、UDEC数值模拟软件分别分析了采动覆岩应力场变化和裂隙场的分布规律，通... 详细信息

采动覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律是“煤与瓦斯安全共采”技术的核心，也是煤矿绿色开采技术的重要内容之一。本文以平煤十矿己15煤层为研究对象，采用FLAC3D、UDEC数值模拟软件分别分析了采动覆岩应力场变化和裂隙场的分布规律，通过分析模拟结果提取了裂隙场的三维工程简化模型，结合多物理场耦合分析软件COMSOL MULTIPHYSICS，对U型和U型+走向高抽巷两种通风系统下的采空区卸压瓦斯的分布规律进行模拟，取得以下主要研究成果：①对采空区覆岩破断离层规律进行了分析，认为在整个采场覆岩中形成了一个可满足工程精度的、较为形象的采动裂隙矩形梯台，而且可以把矩形梯台近似为非均质的多孔介质，为在其中进行瓦斯运移规律的研究提供了理论基础。②原煤试件全应力应变过程的渗透率随着轴向应变的增加先减小后增大;原煤试件加卸载条件下，煤样的渗透率在达到峰值强度的40％～60％突然增大，而后持续一段时间，然后在煤样破坏段再次急剧增加;相同的围压和瓦斯压力条件下，煤样加卸载条件下的峰值强度比常规三轴条件下的峰值强度要低。③采用FLAC3D数值软件分析了煤层开采后覆岩的应力分布规律以及塑性破坏形态，覆岩破坏形态沿煤层走向垂直剖面呈马鞍状，沿平行煤层剖面看，距煤层较近处顶板塑性破坏区为圆角矩形圈，随着距离煤层高度的增大，顶板塑性破坏区域形态趋于椭圆形。④采用UDEC数值模拟软件分析覆岩垮落后的形态。根据UDEC模拟的垮落形态图，结合前人的研究成果，勾画出了采动裂隙矩形梯台的三维空间图，根据本文研究的对象，确定了裂隙圈的范围，采动裂隙矩形梯台的高度以及断裂角等参数。⑤数值模拟软件COMSOL模拟结果显示：U型通风系统条件下，工作面上隅角，瓦斯浓度大大超过了1%的限制要求;U型+走向高抽巷条件下，高抽巷对气流的导向作用使采空区深部高浓度瓦斯和工作面新鲜风流向高抽巷口汇集，改变了瓦斯浓度分布，上隅角瓦斯浓度降到1%以下。

关键词：裂隙场瓦斯运移应力场 COMSOL MULTIPHYSICS数值模拟

深部突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究与应用

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矿业安全与环保 2020年第4期47卷 57-61页

作者：李生舟乔伟王建瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

超高压水射流割缝技术能显著改善深部煤层的应力状态、减少抽采钻孔工程量。针对割缝作业工艺参数选取缺少依据、易导致割缝误穿透相邻钻孔、卸压增透效果差等问题,开展了大埋深条件下的突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究。首先,理... 详细信息

超高压水射流割缝技术能显著改善深部煤层的应力状态、减少抽采钻孔工程量。针对割缝作业工艺参数选取缺少依据、易导致割缝误穿透相邻钻孔、卸压增透效果差等问题,开展了大埋深条件下的突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究。首先,理论分析了水射流压力、割缝时间、水射流旋转速度等工艺参数对超高压水射流割缝效果的影响;然后,通过不同参数下水射流割缝卸压增透效果现场考察,获得最佳水射流割缝工艺参数组合;最后,在赵固二矿西胶带大巷进行现场工艺验证。试验结果表明:优化后的煤层割缝钻孔抽采瓦斯纯量为对比钻孔的3.8倍,割缝钻孔有效瓦斯抽采半径为对比钻孔的2倍,割缝后穿层钻孔设计参数由4 m×5 m优化为8 m×5 m布置,在钻孔工程量减少50%的基础上,抽采达标时间由12个月以上缩短为7个月,抽采达标时间缩短了约40%。

关键词：超高压水力割缝深部煤层卸压瓦斯抽采工艺参数

地应力主导型煤巷突出防治技术及评价指标研究

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矿业安全与环保 2020年第3期47卷 70-75页

作者：李生舟陈玉涛徐斌瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为了解决桑树坪煤矿无保护层开采条件下由地应力主导的突出危险松软3#煤层煤巷掘进防突难题,提出以卸压为主,兼顾瓦斯抽采的治理措施。在桑树坪煤矿开展水射流扩孔卸压抽采试验,考察结果表明:经水射流扩孔后,抽采钻孔瓦斯流量衰减系数... 详细信息

为了解决桑树坪煤矿无保护层开采条件下由地应力主导的突出危险松软3#煤层煤巷掘进防突难题,提出以卸压为主,兼顾瓦斯抽采的治理措施。在桑树坪煤矿开展水射流扩孔卸压抽采试验,考察结果表明:经水射流扩孔后,抽采钻孔瓦斯流量衰减系数降低了65%~74%,自然瓦斯涌出流量提高了2~3倍,煤层的可抽性得到改善。提出采用扩出煤屑率结合残余瓦斯含量的方法进行防突效果评价,根据煤巷掘进区域赋存条件差异化的特点确定了相应的临界值。该技术和评价指标的结合应用,可有效解决桑树坪煤矿地应力主导型松软突出厚煤层煤巷掘进的防突难题。

关键词：水射流扩孔松软厚煤层地应力主导煤巷突出扩出煤屑率

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煤岩体破裂电磁辐射分形特征研究

岩石力学与工程学报 2010年第A02期29卷 4102-4107页

作者：姚精明闫永业税国洪姚俊伟李生舟重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400044 河南科技学院机电学院河南新乡453003

为提高电磁辐射预测煤岩体动力灾害的准确性,采用室内试验和分形理论相结合的方法研究单轴压缩煤体产生的电磁辐射分形特征。研究结果表明:煤岩体受载过程中产生的电磁辐射脉冲数在时间上具有明显的分形特征,分形维数与煤样的冲击能指... 详细信息

为提高电磁辐射预测煤岩体动力灾害的准确性,采用室内试验和分形理论相结合的方法研究单轴压缩煤体产生的电磁辐射分形特征。研究结果表明:煤岩体受载过程中产生的电磁辐射脉冲数在时间上具有明显的分形特征,分形维数与煤样的冲击能指数成正幂指数关系;当受载煤岩体处于压密阶段时电磁辐射分形维数较小;处于弹性阶段时,电磁辐射分形维数有一个较小增长,并保持在一个稳定的水平;当受载煤岩体处于塑性阶段时,电磁辐射分形维数大幅度提高;临近主破裂时电磁辐射逐渐降低;主破裂时电磁辐射分形维数降低到最低水平;残余变形阶段,电磁辐射分形维数先增长后减少,总趋势减少。利用上述研究成果,成功地对7249工作面的冲击地压进行准确的预测预报。实践表明,计算脉冲数分形维数的电磁辐射法能够预测煤岩动力失稳现象。

关键词：采矿工程煤岩体电磁辐射分形维数试验

基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟

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煤炭学报 2013年第4期38卷 535-541页

作者：尹光志李铭辉李生舟李文璞姚俊伟张千贵重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 重庆大学资源及环境科学学院重庆400030 西南石油大学石油工程学院四川成都610500

通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合... 详细信息

通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型。以平顶山十矿的相关物性参数为基础进行了数值模拟,首先对建立的三维模型进行了开挖处理,得到了开挖后煤层的应力分布状态,而非简单的均布载荷,然后利用所建立的数学模型进行钻孔抽采瓦斯三维数值模拟。从数值模拟结果得到:①抽采负压对钻孔抽采瓦斯的影响不明显;②随着抽采时间的增长,煤层的孔隙率逐渐减小;③随着时间的推移,钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径均逐渐增大,最后会迫近一个定值。

关键词：渗透率固气耦合模型数值模拟含瓦斯煤

坚硬顶板组合煤岩样破坏电磁辐射规律及其应用

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重庆大学学报（自然科学版） 2011年第5期34卷 71-75,81页

作者：姚精明闫永业尹光志姚俊伟李生舟重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 河南科技学院机电学院河南新乡453003

采用实验室试验和分形理论相结合的方法研究了组合煤岩样变形破裂的电磁辐射规律。研究结果表明,加载初期,电磁辐射信号增加,然后略微减小,出现一段较为稳定的区域,当临近主破裂时,又大幅度增加,进入残余变形阶段时,电磁辐射又逐渐减小... 详细信息

采用实验室试验和分形理论相结合的方法研究了组合煤岩样变形破裂的电磁辐射规律。研究结果表明,加载初期,电磁辐射信号增加,然后略微减小,出现一段较为稳定的区域,当临近主破裂时,又大幅度增加,进入残余变形阶段时,电磁辐射又逐渐减小;电磁辐射信号与顶板在组合煤岩样的比例成正指数关系;电磁辐射脉冲数具有分形特征,并且随着加载进行,分形维数增加,临近主破裂时分形维数急剧减少;分形维数与顶板在组合煤岩样的比例成正线性关系。利用上述规律,成功地对7251工作面的冲击危险进行了预测预报。

关键词：坚硬顶板组合煤岩样电磁辐射分形维数冲击地压

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含瓦斯煤的渗透率-应变特征的试验研究

煤矿安全 2020年第6期51卷 1-4页

作者：陆占金李生舟瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

基于含瓦斯煤热流固耦合试验系统,进行了不同瓦斯压力条件下型煤试件渗透率与体积应变的试验研究。结果表明:随着瓦斯压力的增加,煤样的峰值强度呈减小的趋势;煤样的应力-轴向应变曲线与渗透率-轴向应变曲线有较好的对应关系;渗透率-体... 详细信息

基于含瓦斯煤热流固耦合试验系统,进行了不同瓦斯压力条件下型煤试件渗透率与体积应变的试验研究。结果表明:随着瓦斯压力的增加,煤样的峰值强度呈减小的趋势;煤样的应力-轴向应变曲线与渗透率-轴向应变曲线有较好的对应关系;渗透率-体积应变曲线存在1个渗透率反弹点,反弹点前渗透率随体积应变的增加呈现出降低的趋势,反弹点后随着体积应变的减小呈现出增加的趋势;反弹点前和反弹点后渗透率与体积应变的关系均可以用线性表达式进行拟合,且拟合度比较高;反弹点前渗透率降低的趋势比反弹点后渗透率增加的趋势陡。

关键词：采矿工程含瓦斯煤渗透率体积应变瓦斯压力热流固耦合

远距离下保护层底板穿层钻孔卸压瓦斯抽采研究

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煤矿安全 2017年第12期48卷 127-130,134页

作者：刘军李生舟姚明柱瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 韩城矿业有限公司陕西韩城715400

以桑树坪煤矿远距离下保护层11~#煤层开采保护主采3#煤层为研究对象,利用底板巷布置上向穿层网格式钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,研究得出将3314底板瓦斯抽放巷布置在3#煤层底部法距15 m处较为合理。实际抽采数据表明,在远距离下保护层开... 详细信息

以桑树坪煤矿远距离下保护层11~#煤层开采保护主采3#煤层为研究对象,利用底板巷布置上向穿层网格式钻孔抽采被保护层卸压瓦斯,研究得出将3314底板瓦斯抽放巷布置在3#煤层底部法距15 m处较为合理。实际抽采数据表明,在远距离下保护层开采期间,采动影响能够有效卸压,提高被保护层的透气性,底抽巷预抽区域瓦斯预抽率约为65.6%。从卸压瓦斯抽采效果分析,11#煤层回采后保护层工作面前方10 m至保护层工作面后方60 m范围内对应的上覆3#煤层区域为最佳卸压瓦斯抽采区域。

关键词：远距离下保护层保护范围穿层钻孔瓦斯抽采透气性活跃区