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矿业安全与环保 2012年第S1期39卷 24-27页

作者：唐怀林魏明兰军重庆南桐矿业有限责任公司南桐煤矿重庆万盛400803

煤与瓦斯突出多发生在掘进工作面,而石门揭煤所占比例更高。通过实施常压水洗防突技术,石门揭煤不仅消灭了煤与瓦斯突出,而且煤层揭开后,瓦斯压力减小,缩短了揭煤时间,加快了石门揭煤进度,取得明显的经济和安全效益。

关键词：石门揭煤水洗防突半径考察

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石门揭煤固化技术防止煤与瓦斯突出的应用

煤炭工程 2011年第1期43卷 39-41页

作者：朱俊奎贵州省煤矿设计研究院贵州贵阳550025

文章介绍松河矿井在+1580轨道石门揭煤前采用注浆固化煤层,通过改变煤层原有物理结构,提高煤层的应力状态,增强阻碍煤与瓦斯突出的潜能,安全顺利地揭开突出煤层。

关键词：石门揭煤固化煤体固化防突

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石门揭煤煤岩力学特性分析与数值模拟

石门揭煤煤岩力学特性分析与数值模拟

作者：何钒安徽理工大学

学位级别：硕士

煤与瓦斯突出一直是煤矿生产中的主要灾害,一旦事故发生很可能导致严重的人员伤亡和财产损失。要防治煤与瓦斯突出,首先要对含瓦斯煤岩体破裂过程中的固流耦合作用进行研究,这对于深入认识突出机理并进而采取正确有效的防治措施,有着至... 详细信息

煤与瓦斯突出一直是煤矿生产中的主要灾害,一旦事故发生很可能导致严重的人员伤亡和财产损失。要防治煤与瓦斯突出,首先要对含瓦斯煤岩体破裂过程中的固流耦合作用进行研究,这对于深入认识突出机理并进而采取正确有效的防治措施,有着至关重要的意义。由于现场观测和实验室试验会受到人力、物力、财力和安全等因素的制约,而目前的数学、力学发展水平又使得解析方法难以得到解析解,因此数值方法便成为首选。因此,本文首先从理论上剖析含瓦斯煤岩体的物理结构和力学特性、煤岩体内瓦斯渗流规律和特点、以及煤岩体与其内部瓦斯的相互影响和相互作用;随后,建立煤与瓦斯突出的固流耦合数学模型,并且应用岩石破裂过程分析系统——RFPA2D-Flow,对石门揭煤过程进行了系统的模拟研究。通过对诸如,煤层瓦斯压力不同、煤体强度不同、煤层倾角不同等多组不同条件下的石门揭煤过程进行模拟试验研究,从横向、纵向对比分析了含瓦斯煤岩破裂过程中应力场、变形场、以及声发射的演化过程,总结其中的规律性以期对工程实践有所指导。

关键词：石门揭煤煤与瓦斯突出固流耦合数值模拟 RFPA

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石门揭煤穿层钻孔预抽瓦斯防突技术研究

石门揭煤穿层钻孔预抽瓦斯防突技术研究

作者：李斗内蒙古科技大学

学位级别：硕士

煤炭在我国的能源供给结构中,长久以来占据着核心地位。然而伴随着煤炭资源开采程度的加剧,煤与瓦斯突出事故层出不穷,而这些事故大部分发生在石门揭煤的过程中,这给我国的煤矿企业造成了巨大的人员伤亡和经济损失。所以,在揭煤之前实... 详细信息

煤炭在我国的能源供给结构中,长久以来占据着核心地位。然而伴随着煤炭资源开采程度的加剧,煤与瓦斯突出事故层出不穷,而这些事故大部分发生在石门揭煤的过程中,这给我国的煤矿企业造成了巨大的人员伤亡和经济损失。所以,在揭煤之前实施有效的消突技术措施显得尤为重要。本文针对宁夏某煤矿+1168m轨道运输石门揭露3号煤层时具有煤与瓦斯突出危险性的实际问题,通过测定瓦斯参数、理论分析、数值模拟以及工程实践等,有效消除了煤与瓦斯突出危险,保证了轨道运输石门揭煤的安全。首先,实测了3号煤层的瓦斯基本参数,在理论上研究了煤与瓦斯突出的原因、钻孔周围煤层的应力变化和渗透率变化的规律,得出钻孔预抽瓦斯可以通过减弱地应力、降低孔隙瓦斯压力和提高煤体骨架强度三个方面达到防突效果。其次,借助达西渗流方程和Comsol-Multiphysics模拟软件建立了钻孔抽采瓦斯模型,根据模拟结果分析了不同因素对抽采效果的影响,得到以下结论:（1）抽采钻孔直径越大,钻孔周围的塑性区越大,抽采效果越好,但是提升效果有限（2）抽采时间对于抽采效果的提升最明显,但存在一个极限抽采时间,达到极限抽采时间之后,瓦斯抽采流量极小,此时增加抽采时间对抽采效果的提升微乎其微（3）提高抽采负压对于试验区域的抽采效果提升不大（4）钻孔间距的选择由抽采时间决定,钻孔间距的布置不仅应该考虑生产安全,同时为了追求最大经济价值,应该合理的利用瓦斯压力有效控制半径。最后,在工程实践中,依据模拟结果同时考虑到现场实际情况,确定了穿层钻孔预抽瓦斯防突措施中抽采钻孔直径为75mm,抽采时间为90天,抽采负压为10k Pa,钻孔布置间距为4.5m。通过区域检验和工作面检验之后,所测定的瓦斯指标均低于《防治煤与瓦斯突出细则》的临界值,+1168m轨道运输石门揭煤工作可顺利进行。

关键词：预抽瓦斯数值模拟钻孔参数石门揭煤

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石门揭煤环形闭合底板巷区域防突技术研究

石门揭煤环形闭合底板巷区域防突技术研究

作者：蔡文鹏安徽理工大学

学位级别：硕士

煤与瓦斯突出事故是威胁矿井安全生产的主要事故之一,其中又以石门揭煤突出发生的概率最高,危险性也最大。国内外许多大型突出事故均发生在石门揭煤过程,造成了严重的人身伤亡和财产损失。因此,对石门揭煤突出的研究以及有针对性的制定... 详细信息

煤与瓦斯突出事故是威胁矿井安全生产的主要事故之一,其中又以石门揭煤突出发生的概率最高,危险性也最大。国内外许多大型突出事故均发生在石门揭煤过程,造成了严重的人身伤亡和财产损失。因此,对石门揭煤突出的研究以及有针对性的制定防治措施显得十分必要。通过理论分析,对石门揭煤突出的特点、影响因素以及发生突出的条件等进行了系统研究,得出石门揭煤突出与受采动影响而造成的煤层瓦斯压力迁移以及煤体应力状态变化有很大关系,并且从能量角度分析,得出促进突出发生的能量主要有瓦斯膨胀能和弹性应变能,其中又以瓦斯膨胀能为主,弹性应变能在突出过程只是将煤体破碎并提高煤体温度,因此,对突出的防治主要是从治理瓦斯入手进行。针对矿井具体情况,该煤层属于强突煤层,不具备保护层开采条件,而且是多条石门联合揭煤,揭煤作业范围广,因此采用在不同水平施工底板抽采巷,并通过联巷构建环形闭合巷道的方法对煤层瓦斯预抽进行消突,该措施保证了措施孔的施工空间,缩短了预抽时间,并避免了下向孔和近水平孔,提高了预抽效果。同时,运用COMSOL-Multiphysics仿真模拟软件对不同抽采条件下的瓦斯抽采效果进行了数值模拟,通过比较分析进行了钻孔参数优化,确定了有效抽采半径为1.5m,并对其进行了现场验证,最终确定了最优的钻孔参数。最后,在谢一矿多条石门联合揭煤过程中运用环形闭合底板巷进行区域消突现场试验,并对消突效果进行检验,结果表明防突措施有效地消除了该突出煤层的突出危险性,很好地保证了在多条石门联合揭煤时整个矿井的安全生产,具有一定的应用价值。

关键词：石门揭煤煤层预抽参数优化数值模拟

石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出及防治技术研究

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中国安全科学学报 2008年第9期18卷 167-171页

作者：叶青冯涛林柏泉贾真真湖南科技大学能源与安全工程学院湘潭411201 煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湘潭411201 中国矿业大学安全工程学院

在综述煤与瓦斯延时突出机理及其影响因素的基础上,详细地分析石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出时各种因素在延时突出中的作用,并从空间和时间的角度,对石门揭煤过程中巷道煤与瓦斯延时突出整个过程进行详细描述。根据掘进工作面附近暴... 详细信息

在综述煤与瓦斯延时突出机理及其影响因素的基础上,详细地分析石门揭煤过程中煤与瓦斯延时突出时各种因素在延时突出中的作用,并从空间和时间的角度,对石门揭煤过程中巷道煤与瓦斯延时突出整个过程进行详细描述。根据掘进工作面附近暴露煤体的"三区"分布规律及其与延时突出的关系;提出先采用钻孔抽放石门突出煤层瓦斯等措施分阶段释放煤与瓦斯突出动力源;再用注液冻结技术增强揭开煤体的强度、增加集中应力区和卸压区的长度来防止被揭开煤体发生流变而导致延时突出的防突技术;以及在揭煤后采取迅速支护防止空顶和冒落等防治措施。研究成果为开发技术可行、经济合理的快速安全揭煤技术提供理论基础。

关键词：石门揭煤延时突出 “三区”分布煤体流变冻结技术

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圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度及动力特性

中国安全科学学报 2021年第7期31卷 56-62页

作者：谢全敏晏理想周圣国王智德杨文东武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

为解决煤系地层公路隧道施工中瓦斯气体泄漏、爆炸及煤层突出、挤出、压出等地质灾害问题,以西藏拉泽高速公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用结构力学理论,结合岩柱爆破损伤范围大小和地应力与煤层瓦斯压力作用下岩柱安全厚度,得出不同煤层... 详细信息

为解决煤系地层公路隧道施工中瓦斯气体泄漏、爆炸及煤层突出、挤出、压出等地质灾害问题,以西藏拉泽高速公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用结构力学理论,结合岩柱爆破损伤范围大小和地应力与煤层瓦斯压力作用下岩柱安全厚度,得出不同煤层倾角隧道石门揭煤的岩柱安全厚度计算式,得到圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度;运用数值模拟法建立煤系地层公路隧道石门揭煤动力学模型,研究石门揭煤掏槽爆破微差间隔时间对煤层及其顶底板的动力特性,获得煤层与顶底板动力响应特征。结果表明:圭嘎啦隧道石门揭煤安全厚度2.8 m是合理的;随着微差间隔时间增加,动力响应强度降低,石门揭煤爆破最佳微差间隔时间为50 ms;随着煤层倾角增大,动力响应强度增强,应适当减小急倾斜和倾斜煤层揭煤深度,可适当增大缓倾斜煤层揭煤深度。

关键词：石门揭煤岩柱安全厚度动力响应煤系地层公路隧道

石门揭煤和立井揭煤卸压抽排钻孔布置数学模型及可视化

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石门揭煤和立井揭煤卸压抽排钻孔布置数学模型及可视化

作者：刘宪正安徽理工大学

学位级别：硕士

煤矿井下发生的煤与瓦斯突出事故是复杂的矿井动力现象之一,它的发生往往给矿井生产带来严重的影响和破坏。煤矿煤与瓦斯突出大部分在揭煤时发生,因此揭煤突出是最主要的突出模式之一。在我国目前的技术发展水平下,穿层钻孔卸压预抽煤... 详细信息

煤矿井下发生的煤与瓦斯突出事故是复杂的矿井动力现象之一,它的发生往往给矿井生产带来严重的影响和破坏。煤矿煤与瓦斯突出大部分在揭煤时发生,因此揭煤突出是最主要的突出模式之一。在我国目前的技术发展水平下,穿层钻孔卸压预抽煤体瓦斯是煤矿揭煤的主要局部防突措施,这些措施的实施有效地防治了煤与瓦斯突出。但在实际中,钻孔布置参数的选择依据不统一,理论依据不足,常带有不同设计人员的经验性,这导致了卸压抽排钻孔的有效性降低,生产成本增高;对于钻孔布置参数也没有完全实现计算机自动计算,在实际计算时耗时较长,有时存在较大误差。另外,现有卸压抽排钻孔施工图都是二维示意图,不能直观显示揭煤钻孔布置的可视化图形。因此,本文为了准确、快速地得出不同巷道与煤层位置关系下石门揭煤和立井揭煤卸压抽排钻孔参数,自动绘制其可视化图形以直观地指导煤矿井巷揭煤卸压抽排钻孔的施工,采用解析几何的方法建立石门揭煤和立井揭煤卸压抽排钻孔参数计算模型,并用AutoCAD中的可视化方法建立三维巷道、钻孔及煤层的可视化模型,然后用VBA编程,设计出便于输入不同条件参数的用户界面,通过运行程序求得钻孔布置参数,绘制出可视化图形。得出的图形及设计参数与实际较为接近,可直接指导煤矿石门揭煤和立井揭煤卸压抽排钻孔的设计及施工,所建立的参数计算模型也可作为钻孔设计人员的参考。

关键词：石门揭煤立井揭煤钻孔布置数学模型可视化模型 VBA程序设计

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石门揭煤诱发煤与瓦斯突出相似模拟实验研究

石门揭煤诱发煤与瓦斯突出相似模拟实验研究

作者：彭子烨重庆大学

学位级别：硕士

由于深部煤炭资源的赋存条件的复杂性,在地下采煤过程中,煤与瓦斯突出时有发生,而在大多数煤与瓦斯突出事故中石门揭煤诱发的突出最为典型,发生概率最大,且强度最高,石门揭煤诱发突出的机理研究则至关重要。机理研究的常用手段有室内相... 详细信息

由于深部煤炭资源的赋存条件的复杂性,在地下采煤过程中,煤与瓦斯突出时有发生,而在大多数煤与瓦斯突出事故中石门揭煤诱发的突出最为典型,发生概率最大,且强度最高,石门揭煤诱发突出的机理研究则至关重要。机理研究的常用手段有室内相似模拟实验,但是现有用于相似模拟实验的装置在应力加载、密封、充气保压、开挖掘进等方面不够完善导致实验相似度不高。因此研发一种兼顾以上各方面性能的煤与瓦斯突出实验装置,通过开展室内突出实验研究石门揭煤过程中地应力、温度、瓦斯压力等参数的演化特征对研究煤与瓦斯突出机理有重大意义。本文基于煤与瓦斯突出的综合作用假说,分析了深部煤岩多功能物理实验系统各项功能参数在煤与瓦斯突出实验方面的特色,并开展了石门揭煤诱发突出实验,再通过数值软件模拟了石门掘进揭煤过程,分析了石门掘进揭煤过程中各种参数的演化特征。得出以下结论:（1）深部煤岩工程多功能物理模拟实验系统分为六大子系统,主体装置、模型成型及就位系统、液压伺服加载控制系统、抽气注气系统、模拟开挖系统和数据采集及监测系统,具有以下特色:系统刚度大、承载能力强;能模拟各种地质构造,相似程度高,边界效应较小;储气空间大;能实现三向独立均布非均匀加载;可自动控制模拟开挖。（2）通过开展石门揭煤煤与瓦斯突出相似模拟实验,得到了实验过程中温度、气压、应力、声发射的演化特征。在抽真空阶段,腔内温度下降约4℃,初次注气,煤体吸附大量气体,煤体温度急剧升高,再次注气后,温度小幅升高呈现多个波峰,但是总体呈下降趋势;在开挖阶段,腔内煤体温度没有明显大幅度波动,由于钻杆在岩层中推进,没有破坏煤层附近岩层,气体均未从开挖口逸出,气压处于稳定值,地应力则有较大幅度上升,煤体内弹性势能积聚,为突出的发生提供能量基础;当突出发生,大量煤体与气体冲破保护岩柱呈脉冲式从突出口喷出,煤层内形成空腔,空腔与外界贯通,形成压力差,腔内气压短时间内降至大气压后持续波动,周围岩层则迅速卸压发生破坏伴随煤体气体被抛出,应力在达到最高值后发生骤降,声发射计数骤增。（3）采用FLAC3D数值软件进行了石门揭煤数值模拟实验研究,得到了地应力、位移以及塑性破坏区演化特征。受采掘活动影响,采场应力会重新分布,在顶板产生应力拱,顶底板及巷道两帮产生塑性破坏区,向采空区发生位移,发生下沉、底鼓,工作面前方产生较高的支承应力,随工作面推进,应力拱扩大、支承应力向前移动。当揭露煤层时,工作面前方支承应力由岩层过渡到煤层,破坏强度较低的煤体,工作面前方煤层内积聚的弹性势能释放,迅速卸压,向采空区发生位移量骤增,塑性破坏加剧,呈椭圆形态向煤层内部扩展,即发生突出。

关键词：石门揭煤煤与瓦斯突出实验系统相似模拟实验数值模拟

不同原岩应力方向下石门揭煤时应力与位移演化特征

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煤炭科学技术 2017年第10期45卷 88-95页

作者：李贺林柏泉黄展博滕飞杨威高亚斌刘统王瑞中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 四川川煤华荣能源股份有限公司小宝鼎煤矿四川攀枝花617000

为了研究石门揭煤突出危险性与原岩应力的关系,采用理论分析与数值模拟的方法,研究了石门巷道与最大水平主应力呈不同夹角情况下,揭煤全过程的应力、位移演化特征。结果表明:白龙山煤矿属于典型的σ_H型构造应力场,当石门掘进至煤岩交... 详细信息

为了研究石门揭煤突出危险性与原岩应力的关系,采用理论分析与数值模拟的方法,研究了石门巷道与最大水平主应力呈不同夹角情况下,揭煤全过程的应力、位移演化特征。结果表明:白龙山煤矿属于典型的σ_H型构造应力场,当石门掘进至煤岩交界面处,围岩出现显著应力集中,突出危险性强;过煤门阶段,煤体变形、破坏严重;随着石门与最大主应力夹角的增大,应力集中系数及位移变化梯度逐渐增大,石门稳定性降低,突出危险性增强;夹角在15°~75°时,应力集中偏向一帮。揭煤石门应尽量平行于最大水平主应力掘进,夹角较大时,应在实施超前卸压的同时强化煤体、加固巷帮。

关键词：煤与瓦斯突出石门揭煤原岩应力构造应力场卸压