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保护层开采防突效果区域时空特征分析

中国安全科学学报 2019年第3期29卷 108-113页

作者：郭怀广河南理工大学安全科学与工程学院煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室

为获得保护层开采区域防突效果的时空演化特征,确定区域抽采补充措施相关参数,制定更优的被保护煤层采掘时空规划,建立伏岩应力(变形)力学模型开展数值模拟,并现场考察被保护煤层参数变化的时空分布情况。结果表明:覆(伏)岩层岩性及结... 详细信息

为获得保护层开采区域防突效果的时空演化特征,确定区域抽采补充措施相关参数,制定更优的被保护煤层采掘时空规划,建立伏岩应力(变形)力学模型开展数值模拟,并现场考察被保护煤层参数变化的时空分布情况。结果表明:覆(伏)岩层岩性及结构、煤层开采厚度、工作面长度等是影响保护效果时空分布特征的主要因素;被保护区域煤层的应力呈W型分布,变形呈M型分布;随工作面位置变化,瓦斯压力先增加后降低,膨胀率和透气性先降低后增加;煤岩变形量相对于工作面位置的推移存在一定的迟滞性,体现了煤岩变形的蠕变特征。

关键词：保护层时空特征防突效果蠕变特征应力分布

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煤层注水防突效果评价主控因素研究

煤矿安全 2012年第B10期43卷 31-34页

作者：郭怀广煤炭科学研究总院沈阳研究院辽宁沈阳110016

采用实验模拟的方法,模拟了不同水分条件下煤体抗压强度、渗透率和瓦斯解吸速度的变化情况。结果表明:煤体水分在小于区间6%～8%时,随着煤体水分的增加,煤体抗压强度、透气性和瓦斯解吸速度不断减小,煤体各参数的绝对变化量和相对变化... 详细信息

采用实验模拟的方法,模拟了不同水分条件下煤体抗压强度、渗透率和瓦斯解吸速度的变化情况。结果表明:煤体水分在小于区间6%～8%时,随着煤体水分的增加,煤体抗压强度、透气性和瓦斯解吸速度不断减小,煤体各参数的绝对变化量和相对变化量关系是:抗压强度R>渗透率K>累积瓦斯解吸量Q150 min,煤体抗压强度是评价煤层注水措施防突效果的主控因素,煤体的渗透率和瓦斯解吸量可作为辅助参数;煤体水分在大于区间6%～8%后,各参数变化不再明显。

关键词：煤与瓦斯突出煤层注水抗压强度渗透率瓦斯解吸规律主控因素

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煤层注水防突机理及合理水分研究

煤层注水防突机理及合理水分研究

作者：郭怀广河南理工大学

学位级别：硕士

煤层注水预防煤和瓦斯突出灾害己经有较长的历史。以往对煤层注水量的确定大都是根据现场经验,很少有进行过理论研究。研究煤层注水的防突机理,分析水分对煤体的物性参数和瓦斯解吸规律的影响,考察煤层注水防突措施合理水分,为煤层注水... 详细信息

煤层注水预防煤和瓦斯突出灾害己经有较长的历史。以往对煤层注水量的确定大都是根据现场经验,很少有进行过理论研究。研究煤层注水的防突机理,分析水分对煤体的物性参数和瓦斯解吸规律的影响,考察煤层注水防突措施合理水分,为煤层注水措施合理注水量的确定提供依据,不仅具有理论意义,而且具有重要的实际应用价值。本文首先进行了煤层注水措施的现场试验和考察,测试工作面迎头注水后,不同水分条件下,钻孔瓦斯涌出初速度q值和钻屑瓦斯解吸指标K值的变化情况,得到煤体水分在6%-8%区间时,K和q降到了防治煤与瓦斯突出规定要求的临界值以下,达到了防治煤与瓦斯突出的效果。建立了实验室试验水分对煤体物性参数和瓦斯解吸规律的影响研究装置,进行了不同水分条件下煤体渗透率、瓦斯解吸速度和力学性质变化规律的实验,得到了水分和煤体抗压强度R对应关系式R= 5.0538e,水分和渗透率k对应关系式k = 4.099e,水分和累积瓦斯解吸量Q的对应关系式Q =8.8368e。根据注水参数和条件建立数学模型,模拟注水后煤体物性参数以及瓦斯解吸规律的变化情况,结合实验室实验结果,研究煤层注水的防突机理,确定煤层注水措施的合理水分为8%。提出了煤层注水防突效果的综合评价指标ψ,得到了ψ和水分W的对应关系式:ψ= 183.059e,在合理水分条件下ψ为2.5。

关键词：煤与瓦斯突出煤层注水合理水分评价指标

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上保护层开采防突效果区域时空演化规律研究

煤矿安全 2019年第4期50卷 186-190页

作者：郭怀广河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110016 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

在煤层群开采中,利用保护层采动作用产生的"卸压增透"效应来提高煤层透气性是最具有效的措施。基于理论分析结合数值模拟的方法,研究贵州某矿区上保护层开采后,伏岩应力、应变的区域时空分布规律。结果表明:开采保护层后,伏岩区域存在... 详细信息

在煤层群开采中,利用保护层采动作用产生的"卸压增透"效应来提高煤层透气性是最具有效的措施。基于理论分析结合数值模拟的方法,研究贵州某矿区上保护层开采后,伏岩应力、应变的区域时空分布规律。结果表明:开采保护层后,伏岩区域存在应力集中区、过渡区和卸压区,根据建立的方程得出卸压区最大变形量为82.7 mm;伏岩部分区域应力(变)及变形量随着保护层开采有所恢复,表明区域增透卸压效果存在时效性和空间差异性;模拟伏岩最大变形量为80 mm,与理论计算结果基本一致。

关键词：保护层开采时空特征膨胀变形渗透特征防突效果

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软硬煤二元气体竞争吸附差异性研究

煤矿安全 2019年第7期50卷 37-41页

作者：郭怀广煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室河南理工大学安全科学与工程学院

同一煤层软煤和硬煤物性参数特征不同,导致其对气体吸附行为存在差异。基于实验室测试模拟的方法,测试软硬煤体物性参数的差异性,搭建二元气体竞争吸附实验平台,研究软、硬煤体CO2和CH4竞争吸附特性规律。结果表明:除坚固性系数f值外,... 详细信息

同一煤层软煤和硬煤物性参数特征不同,导致其对气体吸附行为存在差异。基于实验室测试模拟的方法,测试软硬煤体物性参数的差异性,搭建二元气体竞争吸附实验平台,研究软、硬煤体CO2和CH4竞争吸附特性规律。结果表明:除坚固性系数f值外,软硬煤基本参数相近,软煤微孔体积及孔表面积大于硬煤;单组分等温吸附,软煤吸附量大于硬煤,对CO2吸附量大于CH4,过程呈先增加后平缓趋势;煤对单一组分的CO2的吸附量最大,对CH4的吸附量最小,煤对CO2+CH42种混合气体总吸附量介于两者之间;随着吸附平衡压力增加,煤对混合气体的吸附曲线会逐渐远离煤对单一组分的CH4的吸附曲线,而不断接近CO2的吸附曲线。

关键词：软煤二元气体竞争吸附物性参数等温吸附

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基于落锤法的含瓦斯煤岩体强度试验研究

煤矿安全 2019年第8期50卷 10-13页

作者：郭怀广煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室河南理工大学安全科学与工程学院

进入深部煤层后,吸附瓦斯量增加,煤岩体力学性质及煤样强度发生变化。基于实验室测试模拟的方法,搭建瓦斯煤岩普氏系数测试物理实验平台,测试不同瓦斯压力条件下、不同矿区煤岩体的坚固性系数,来反映含瓦斯煤岩体强度变化规律。结果表明... 详细信息

进入深部煤层后,吸附瓦斯量增加,煤岩体力学性质及煤样强度发生变化。基于实验室测试模拟的方法,搭建瓦斯煤岩普氏系数测试物理实验平台,测试不同瓦斯压力条件下、不同矿区煤岩体的坚固性系数,来反映含瓦斯煤岩体强度变化规律。结果表明:随着瓦斯吸附平衡压力增加,煤岩含瓦斯的坚固性系数f值呈递减趋势,满足负指数变化规律;长焰煤在吸附平衡压力超过0.8 MPa后,f值降到突出临界值以下,煤的突出危险性发生变化;相对于构造煤,非构造煤f值受吸附平衡压力更加明显,无烟煤在1.2~2 MPa区间吸附平衡压力f值变化更加明显,贫煤在0.8~1.2 MPa区间吸附平衡压力f值变化更显著,长焰煤在0.4~0.8 MPa和1.2~2 MPa 2个区间吸附平衡压力f值变化较明显。

关键词：落锤法含瓦斯煤岩煤体强度坚固性系数临界值

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煤岩层静态爆破释能增透机制探讨

中国安全科学学报 2020年第5期30卷 60-65页

作者：郭怀广朱立凯河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 中国煤炭科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁沈阳110016

针对高应力低透气煤层煤与瓦斯突出频发的问题,建立静态破岩致裂力学模型,数值模拟致裂过程,测试并分析影响致裂效果的致裂时效、膨胀压力、致裂孔布置工艺等相关参数,研究静态爆破释能防突及致裂增透机制。结果表明:配置膨胀剂、抑制... 详细信息

针对高应力低透气煤层煤与瓦斯突出频发的问题,建立静态破岩致裂力学模型,数值模拟致裂过程,测试并分析影响致裂效果的致裂时效、膨胀压力、致裂孔布置工艺等相关参数,研究静态爆破释能防突及致裂增透机制。结果表明:配置膨胀剂、抑制剂、水分配比分别为100∶8∶30、100∶12∶30、100∶15∶30,起效时间分别为50、30、100 min的3种破碎剂;其中配比2膨胀效果最好,最大致裂压力为150.8 MPa。破碎剂膨胀稳态持续拉应力大于介质抗拉强度,实现静态爆破功能;控制孔起到裂隙扩展引导和尺寸放大作用。静态爆破降低煤体瓦斯及应力潜能积聚,增加煤体裂隙数量,达到静态爆破释能增透目的。

关键词：煤与瓦斯突出静态爆破释能增透断裂力学致裂时效

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水分对阳泉3^#煤力学性质影响研究

煤矿安全 2013年第2期44卷 12-15页

作者：郭怀广仇海生煤炭科学研究总院沈阳研究院辽宁沈阳110016

为了获得水分对煤体力学性质的影响规律,为煤层注水防治冲击地压和煤与瓦斯突出的机理研究和注水参数的确定提供依据,模拟了水分对煤体弹性模量和抗压强度的影响。首先采用数值模拟的方法,模拟了注水后不同水分条件下煤体弹性模量的变... 详细信息

为了获得水分对煤体力学性质的影响规律,为煤层注水防治冲击地压和煤与瓦斯突出的机理研究和注水参数的确定提供依据,模拟了水分对煤体弹性模量和抗压强度的影响。首先采用数值模拟的方法,模拟了注水后不同水分条件下煤体弹性模量的变化情况;实验模拟了不同水分、不同围压条件下煤体抗压强度的变化情况。结果表明,煤层注水后,在注水孔周围弹性模量有一定的降低,从740 MPa降到540 MPa,使弹性模量降低到原始煤体的60%左右,随着水分的增加,煤体抗压强度不断减小,煤体抗压强度和水分对应关系式为R=5.053 8e-0.169 7W,确定了煤层注水的合理水分为6%～8%。

关键词：冲击地压煤与瓦斯突出抗压强度弹性模量合理水分

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纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律研究

煤炭科学技术 2021年第10期49卷 78-84页

作者：徐成仇海生吕晓波张开加郭怀广中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110016 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术,核心是控制裂缝开裂以及扩展方向,然而裂缝在定向起裂后通常受最大主应力的影响而发生偏转,裂缝的扩展方向与地应力条件、切槽角度、泵流量以及岩石力学性质等多种因素有关。对纵向... 详细信息

纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术,核心是控制裂缝开裂以及扩展方向,然而裂缝在定向起裂后通常受最大主应力的影响而发生偏转,裂缝的扩展方向与地应力条件、切槽角度、泵流量以及岩石力学性质等多种因素有关。对纵向切槽水力压裂多因素影响下的裂缝偏转规律展开研究,为纵向切槽水力压裂钻孔施工设计提供1种借鉴方法。采用ABAQUS软件中的XFEM模块,建立纵向切槽水力压裂二维模型,通过与前期纵向切槽水力压裂物理试验结果对比,实现了数值模型可行性验证,进而建立大尺寸纵向切槽水力压裂模型对煤矿顶板砂岩条件下的纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律展开了详细研究。结果表明:水平应力比为重要的裂缝偏转距影响因素,在垂直主应力为10 MPa,最小水平主应力为6 MPa,水平应力比由1.5增加到3.5过程中,裂缝偏转距先后减小55.3%、56.9%和41%;切槽角度对裂缝扩展路径影响较大,对裂缝偏转距影响相对较小;水平应力比为1.5与2.0两种条件下,泵流量由30 L/min增加到180 L/min过程中,裂缝偏转距不断增大,且具有较大增长幅度,在水平应力比为2.5条件下,裂缝偏转距的增长幅度明显减弱;水平应力比分别为1.5、2.0、2.5的3种条件下,泵流量90 L/min对应的裂缝偏转距分别为4.05、1.81、0.75 m,可通过大幅提升泵流量,实现偏转距的较大增长;该研究对纵向切槽水力压裂泵流量的选取以及不同条件下钻孔间距的确定具有参考意义。

关键词：水力压裂纵向切槽裂缝偏转距切顶卸压