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基于铺龙湾瓦斯地质特征优化治理方案的技术研究

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煤矿现代化 2024年第2期33卷 13-16页

作者：郭艳峰山西铺龙湾煤业有限公司山西大同037100

瓦斯突出是制约煤矿安全高效生产的重要因素,但开展瓦斯治理工作过程中多侧重于发展新型钻孔抽采技术,忽略了瓦斯地质特征对瓦斯治理的影响,结合瓦斯地质特征对瓦斯抽采方案进行优化能够有效实现煤矿瓦斯的精准控制。基于此种情况,从地... 详细信息

瓦斯突出是制约煤矿安全高效生产的重要因素,但开展瓦斯治理工作过程中多侧重于发展新型钻孔抽采技术,忽略了瓦斯地质特征对瓦斯治理的影响,结合瓦斯地质特征对瓦斯抽采方案进行优化能够有效实现煤矿瓦斯的精准控制。基于此种情况,从地质构造特征、煤层埋深、煤层厚度3个方面分析了煤矿瓦斯地质特征,揭示了区域煤层的成因及对瓦斯突出的影响;总结了区域瓦斯突出的常见位置、强度及类型;结合不同采煤工作面特点开展了多种瓦斯治理措施,实现了煤矿的安全开发。

关键词：瓦斯地质瓦斯突出铺龙湾煤业

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动态瓦斯地质预测算法研究与可视化应用

中国安全生产科学技术 2022年第6期18卷 65-69页

作者：廖巍中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

为实现煤矿瓦斯地质动态精准预测与可视化,基于煤层埋深、厚度、倾角、地质构造等多种因素,通过将相似的地质模块定义为同一微单元,在此基础上将反距离权重插值算法和递归邻域搜索策略与数据优化处理算法相结合,应用于瓦斯地质动态预测... 详细信息

为实现煤矿瓦斯地质动态精准预测与可视化,基于煤层埋深、厚度、倾角、地质构造等多种因素,通过将相似的地质模块定义为同一微单元,在此基础上将反距离权重插值算法和递归邻域搜索策略与数据优化处理算法相结合,应用于瓦斯地质动态预测可视化系统开发。研究结果表明:根据递归邻域搜索算法模型开发的多级瓦斯地质图动态分析系统利用瓦斯地质基础数据可对矿井瓦斯含量、压力、涌出量等瓦斯赋存参数进行实时分析和计算,动态绘制散点图、等值线和区域预测图,使瓦斯区域预测图过渡更加平缓,显著提高预测的精准性及整体的显示效果,同时其制图耗时也无明显增加,可为高瓦斯矿井安全生产提供决策依据。

关键词：瓦斯地质微单元插值动态预测精准性

阳泉矿区瓦斯地质特征与CO2相变致裂瓦斯治理研究

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阳泉矿区瓦斯地质特征与CO2相变致裂瓦斯治理研究

作者：杨百舸河南理工大学

学位级别：硕士

阳泉矿区是我国煤与瓦斯突出较为严重的矿区,突出矿井数量较多,煤矿瓦斯灾害严重。CO相变致裂技术是一种新兴的煤矿瓦斯治理技术,目前已在全国多个矿区开展应用,应用效果良好。但阳泉矿区具有独特的瓦斯地质特征,与之适配的CO相变致裂... 详细信息

阳泉矿区是我国煤与瓦斯突出较为严重的矿区,突出矿井数量较多,煤矿瓦斯灾害严重。CO相变致裂技术是一种新兴的煤矿瓦斯治理技术,目前已在全国多个矿区开展应用,应用效果良好。但阳泉矿区具有独特的瓦斯地质特征,与之适配的CO相变致裂瓦斯治理模式尚未得到充分研究。鉴于此,借助CO相变致裂技术,研究阳泉矿区瓦斯地质特征及瓦斯治理技术难题,综合采用煤样冲击实验、数值模拟、瓦斯治理现场实验方法,完成孔裂隙尺度变化情况分析、煤层裂缝扩展规律研究、掘进工作面瓦斯治理效果考察,分析不同技术参数下CO相变致裂对煤层的破坏规律,探究适配于阳泉矿区的CO相变致裂瓦斯治理模式,形成如下主要研究结论。(1)查明了阳泉矿区瓦斯地质特征与瓦斯治理难题。阳泉矿区主体位于区域单斜构造,区内小型正断层、背斜和向斜发育,瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯涌出量、突出危险性大,并随采深增加而增大。瓦斯赋存不均衡,构造软煤发育,煤层透气性差,瓦斯抽采和瓦斯治理难度大。矿区目前采用的密集钻孔掘进防突技术效果不明显,瓦斯抽采效率和巷道掘进效率低下,K值和瓦斯涌出量持续超限,瓦斯动力现象频繁发生,严重影响了煤矿采掘衔接。(2)揭示了“造缝扩孔”效应,该效应随致裂压力增大而增强。扫描电子显微镜观测及高压压汞实验显示:相比120MPa致裂冲击煤样,150MPa致裂冲击煤样孔裂隙增加,最大裂缝宽度从3.29μm提高到3.84μm,提高了17%;100 nm以上孔的孔容从0.0141 m L/g提高到0.0165 m L/g,提高了17%;100 nm以上孔的孔比表面积从0.0200 m/g提高到0.0315 m/g,提高了58%,孔容中值孔径从33.80 nm提高到82.20nm,提高了143%。(3)150 MPa双孔致裂模式下,煤层裂缝扩展尺度和损伤面积大。借助ANSYS开展不同压力单孔/双孔CO相变致裂煤层裂缝扩展数值模拟,结果显示:“150 MPa双孔致裂”模式下,卸压范围10.50 m,损伤面积26.82 m,形成的裂缝更发育,可有效覆盖掘进巷道及两帮范围,更加具有现实意义。(4)实际验证了“150 MPa双孔致裂”模式下,增透、卸压、均化瓦斯涌出、防突效果显著。150 MPa双孔致裂模式相比密集钻孔技术,瓦斯抽采单孔浓度从36%提高到69%,提高了0.9倍;百米钻孔纯流量从31 m/d提高到122 m/d,提高了2.9倍;K值超标率从39.1‰降低到1.9‰,降低了95%;K值方差从0.0108降低到0.0012,降低了89%;动力现象从18次降低到0次;掘进月进尺从47 m提高到90 m,提高了91%。(5)阳泉矿区煤的透气性差,易发生煤与瓦斯突出,瓦斯抽采难度大,巷道掘进效率低下,K值和瓦斯涌出量持续超限,瓦斯动力现象频繁,严重影响了煤矿采掘衔接。CO相变致裂对煤层具有“造缝扩孔”的综合作用效应,该效应随致裂压力的增大而增强。150 MPa双孔致裂模式下,煤层裂缝扩展尺度和损伤面积大,增透、卸压、均化瓦斯涌出、防突效果显著,在阳泉矿区得到了工程化验证,形成了适配于阳泉矿区突出煤层掘进工作面的高效抽采、卸压均压、均化瓦斯涌出、防突消突和快速掘进的瓦斯治理模式。图59幅,表26个,参考文献116篇。

关键词：瓦斯地质 CO2相变致裂煤矿瓦斯治理煤与瓦斯突出阳泉矿区煤巷掘进数值模拟

基于瓦斯防治工程的隐伏构造勘查与瓦斯异常区域预测

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中国地质灾害与防治学报 2024年第2期35卷 115-126页

作者：何鑫崔洪庆关金锋王泽华河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室河南焦作454000 中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心河南焦作454000 贵州工程应用技术学院矿业工程学院贵州毕节551700

隐伏构造勘查与瓦斯异常区域预测研究是瓦斯灾害防治工程的基础。根据中国煤矿生产法律规章,开采具有瓦斯灾害危险的煤层前,必须实施瓦斯抽放工程。通常,地质异常区域即是瓦斯灾害危险区,构造应力场和采动应力场的叠加会扰动煤体并加压... 详细信息

隐伏构造勘查与瓦斯异常区域预测研究是瓦斯灾害防治工程的基础。根据中国煤矿生产法律规章,开采具有瓦斯灾害危险的煤层前,必须实施瓦斯抽放工程。通常,地质异常区域即是瓦斯灾害危险区,构造应力场和采动应力场的叠加会扰动煤体并加压瓦斯。为精准定位地质异常区,评价其瓦斯致灾潜能,提出了一种基于瓦斯抽采工程进行瓦斯异常区域勘测的研究方法。该方法利用抽采钻孔参数和施工记录,采集钻孔数据并计算煤层顶底板控制点坐标,进而利用二维投影图件及三维应力场模型对隐伏地质构造(如小的断层、褶曲、局部煤厚异常变化等)进行勘查和预测;通过分析小型地质构造周围的附加应力场,并对瓦斯致灾潜能进行动态预测。应用该方法,可以对地质异常区进行精细调查,揭示采煤工作面瓦斯地质演化的一般规律。其研究结果为高瓦斯或突出煤层瓦斯灾害防治措施优化设计及有效实施提供科学依据。

关键词：瓦斯灾害防治瓦斯抽采钻孔瓦斯地质瓦斯异常地质异常

高瓦斯矿井采煤工作面瓦斯地质分级评价方法与实践

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煤炭学报 2019年第8期44卷 2409-2418页

作者：郭晨夏玉成孙学阳王生全王社荣杜荣军解海军许珂西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 西安科技大学地质资源与地质工程博士后科研流动站陕西西安710054 陕西煤业化工集团韩城矿业有限公司陕西韩城715400

瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的主要灾害类型,在当前煤炭精准开采背景下,如何在工作面尺度实现瓦斯地质分级评价与风险精准识别,成为保障高瓦斯矿井安全、高效生产的关键。韩城矿区位于鄂尔多斯盆地东南缘渭北石炭—二叠纪煤田,构造... 详细信息

瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的主要灾害类型,在当前煤炭精准开采背景下,如何在工作面尺度实现瓦斯地质分级评价与风险精准识别,成为保障高瓦斯矿井安全、高效生产的关键。韩城矿区位于鄂尔多斯盆地东南缘渭北石炭—二叠纪煤田,构造条件复杂,瓦斯含量高且瓦斯动力现象频发,但工作面尺度瓦斯地质及致灾风险缺乏精细研究,对实际生产指导性不足。基于此,本文立足韩城矿区瓦斯地质条件,基于适用性与可行性原则优选煤层埋深、厚度、煤体结构、构造变形、绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量共6个参数作为基本指标,厘定其分级评价阈值标准;基于多层次模糊数学评价原理,提出了包括评价参数体系确立与分级、隶属函数与权重确定、数学模型构建、地质成图与分区评价等流程的工作面瓦斯地质分级评价方法。在此基础上,以桑树坪矿4321回采工作面为例,对其进行网格剖分,耦合单因素地质指标计算瓦斯地质分级评价指数,结果显示该工作面瓦斯地质条件差异显著,可划分为Ⅰ型有利区、Ⅱ型相对有利区、Ⅲ型相对不利区和Ⅳ型不利区,分区结果与实际地质条件具有较好的一致性,煤层构造变形及煤体结构破碎是制约工作面安全回采的主要地质因素。建立的工作面多层次模糊数学瓦斯地质分级评价方法符合当前煤炭精准、安全开采的现实需求,对其他高瓦斯矿井和构造煤区瓦斯地质保障具有借鉴意义。

关键词：瓦斯地质工作面分级评价层次分析构造煤

复杂地质条件下瓦斯含量精准预测研究与系统开发

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煤炭工程 2022年第5期54卷 142-145页

作者：廖巍煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122

为研究在地质构造、煤质、地层特征等复杂地质因素影响下的瓦斯赋存与运移规律,以小回沟煤矿为工程案例,对地质构造为主导影响因素下的瓦斯含量精准预测进行深入分析,采用泛克里金插值模型与瓦斯地质单元划分的手段,研究瓦斯含量预测算... 详细信息

为研究在地质构造、煤质、地层特征等复杂地质因素影响下的瓦斯赋存与运移规律,以小回沟煤矿为工程案例,对地质构造为主导影响因素下的瓦斯含量精准预测进行深入分析,采用泛克里金插值模型与瓦斯地质单元划分的手段,研究瓦斯含量预测算法模型,运用计算机软件技术与瓦斯地质分级评价方法开发了动态瓦斯地质预测与分析系统。结果表明,该系统实现了矿井瓦斯地质图动态绘制与综合分析,并完成瓦斯含量精准预测预报与瓦斯地质信息的信息化与精准化管理,为瓦斯防治提供决策性依据与辅助手段。

关键词：瓦斯含量精准预测算法模型瓦斯地质分级评价

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煤与瓦斯突出地质控制机理探讨

煤炭学报 2013年第7期38卷 1174-1178页

作者：闫江伟张小兵张子敏河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003 河南理工大学瓦斯地质研究所河南焦作454003 中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会河南焦作454003

在综合考察国内外煤与瓦斯突出研究基础上,从瓦斯地质角度深入分析构造煤体、高压瓦斯和构造作用等影响突出发生的关键因素,初步提出以瓦斯突出煤体为核心的煤与瓦斯突出地质控制机理。认为地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破... 详细信息

在综合考察国内外煤与瓦斯突出研究基础上,从瓦斯地质角度深入分析构造煤体、高压瓦斯和构造作用等影响突出发生的关键因素,初步提出以瓦斯突出煤体为核心的煤与瓦斯突出地质控制机理。认为地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度以及厚度分布,控制着煤与瓦斯突出;煤与瓦斯突出动力现象是一定规模的瓦斯突出煤体在临近采掘工作面煤壁时,卸载引起煤体拉张向深部扩展破坏,煤层透气性高倍增加,同时煤体内大量瓦斯因降压而快速解吸,靠近煤壁的煤体内瞬间形成高动能的气、煤颗粒混合体,类似点爆炸药包,造成煤层严重崩塌破坏,发生煤与瓦斯突出。以郑煤集团大平煤矿"10.20"特大型煤与瓦斯突出为基础,进行地质控制煤与瓦斯突出实例分析,结合新疆自治区煤矿瓦斯地质特征揭示了瓦斯突出煤体发育和分布规律。

关键词：瓦斯地质煤与瓦斯突出地质控制瓦斯突出煤体

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彬长低阶煤高瓦斯矿区瓦斯地质及其涌出特征

煤炭学报 2019年第7期44卷 2151-2158页

作者：蔺亚兵秦勇王兴段中会马东民中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221116 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054

针对近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多,但瓦斯赋存规律及涌出特征知之甚少的问题,以陕西省黄陇煤田彬长矿区为例,依据勘查阶段和煤矿生产过程中测试的瓦斯参数及抽采数据,总结分析低煤阶煤矿区矿井瓦斯参数及瓦斯富集规律,讨论地... 详细信息

针对近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多,但瓦斯赋存规律及涌出特征知之甚少的问题,以陕西省黄陇煤田彬长矿区为例,依据勘查阶段和煤矿生产过程中测试的瓦斯参数及抽采数据,总结分析低煤阶煤矿区矿井瓦斯参数及瓦斯富集规律,讨论地质因素对低煤阶煤矿区瓦斯涌出特征的影响及其机理。研究表明,低阶煤煤化程度低,孔隙度较高,游离气含量高,煤层透气性好,瓦斯富集规律和涌出特征明显区别于中、高阶煤。彬长矿区发育大佛寺瓦斯富集区、小庄-亭南瓦斯富集区、胡家河瓦斯富集区3个瓦斯富集区。地质构造是控制低煤阶煤矿区矿井瓦斯富集的主要因素,煤质特征决定了低煤阶矿区瓦斯赋存状态。瓦斯涌出量同时受控于开采层瓦斯含量、煤厚、煤层底板标高、地质构造等地质因素。开采煤层原位瓦斯含量越高,煤层厚度越大,煤层底板标高越大,回采工作面瓦斯涌出量越大。褶曲翼部瓦斯涌出量明显要大于向斜轴部宽缓区域,翼部地层倾角越大,回采工作面瓦斯涌出量越大,褶曲对煤层倾角的影响控制了低阶煤瓦斯涌出特征。断层附近受游离气含量的影响,易造成回采工作面瓦斯涌出量突然增大。综采放顶煤采煤工艺在显著提高煤炭产量的同时,也造成了近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多。

关键词：低阶煤高瓦斯矿区瓦斯地质瓦斯涌出地质因素彬长矿区

基于瓦斯地质与监控信息耦合的煤与瓦斯突出预测方法

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工业安全与环保 2022年第6期48卷 27-32页

作者：梁跃强中国煤炭工业协会咨询中心北京100013

在矿井瓦斯地质研究基础上,从地质、瓦斯及监测监控3方面选取9个指标构建了煤与瓦斯突出预测指标体系,并利用多元信息耦合技术建立了煤与瓦斯突出预测模型。其中特征级运用模糊综合评判对数据级预测指标信息进行耦合,决策级运用D-S证据... 详细信息

在矿井瓦斯地质研究基础上,从地质、瓦斯及监测监控3方面选取9个指标构建了煤与瓦斯突出预测指标体系,并利用多元信息耦合技术建立了煤与瓦斯突出预测模型。其中特征级运用模糊综合评判对数据级预测指标信息进行耦合,决策级运用D-S证据理论对特征级预测信息进行耦合,通过分级耦合得出反映煤与瓦斯突出危险性等级的可信度值。以郑煤集团超化煤矿31041工作面下付巷为例,一方面将预测等级和现场预测等级及钻孔动力现象记录进行对比,另一方面对信息耦合模型的准确性和可靠性进行验证,结果表明应用多元信息耦合模型对煤与瓦斯突出预测是可行的。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯地质信息耦合预测方法证据理论