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含水煤层底板岩层力学性质分析:以小纪汗煤矿为例

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采矿与安全工程学报 2016年第3期33卷 501-508页

作者：李海龙白海波钱宏伟马丹许静中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学管理学院江苏徐州221116

在陕北榆林小纪汗煤矿实际建井开采过程中发现了煤层为矿井主充水含水层这种特殊的水文地质现象，为对这种特殊现象下底板岩层的力学性质进行分析，对现场底板岩样进行岩石矿物成分测试、岩石膨胀性测试及水作用下岩石强度弱化规律测试... 详细信息

在陕北榆林小纪汗煤矿实际建井开采过程中发现了煤层为矿井主充水含水层这种特殊的水文地质现象，为对这种特殊现象下底板岩层的力学性质进行分析，对现场底板岩样进行岩石矿物成分测试、岩石膨胀性测试及水作用下岩石强度弱化规律测试等一系列试验研究。研究发现：1）小纪汗煤矿煤层为裂隙含水层，且为矿井主充水含水层，底板岩层长时间受水侵蚀，岩体易于软化、变形，易造成岩层裂隙扩展及其稳定性破坏；2）底板岩样中含蒙脱石、伊利石等膨胀性矿物是底板岩层膨胀变形的微观影响因素；3）底板岩样浸水膨胀变形经过急速膨胀—变形缓慢—变形结束3个阶段，岩样浸水2 h 内的膨胀变形已占总变形量73.3%，浸水2～12 h，变形量占总变形量的24.7%，浸水12 h 后，试样基本不变形；4）岩样与水作用后其单轴抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度随饱水时间的延长、含水率的增大而不断降低，总体呈指数关系递减；5）岩样浸水12 h后，岩石单轴抗压强度、弹性模量及抗拉强度降低值占总衰减值分别为71.6%，72.3%和65.4%，煤层裂隙水对底板岩层的侵蚀软化作用明显。

关键词：含水煤层变形破坏特征底板突水底板强度弱化

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含水煤层瓦斯抽采的气-液-固耦合数值模拟

煤矿安全 2017年第5期48卷 180-183页

作者：张蓓山西省煤炭进出口集团有限公司山西太原030006

为解决含水煤层条件下瓦斯不易解析、煤层渗透率低而造成的瓦斯抽采困难的难题,基于煤层的孔隙-裂隙双重介质模型结构,分别建立了煤层的孔隙渗透率和裂隙渗透率动态变化模型,得到了含水煤层瓦斯抽采的气-液-固多相耦合方程组,并通过数... 详细信息

为解决含水煤层条件下瓦斯不易解析、煤层渗透率低而造成的瓦斯抽采困难的难题,基于煤层的孔隙-裂隙双重介质模型结构,分别建立了煤层的孔隙渗透率和裂隙渗透率动态变化模型,得到了含水煤层瓦斯抽采的气-液-固多相耦合方程组,并通过数值模拟研究了在水平应力、煤质硬度和煤层含水等因素影响下的瓦斯抽采效果。研究结果表明:水平地应力越大时,煤体中裂隙的张开度较小,瓦斯抽采量就降低;煤层残余水分越多,渗透性越差,瓦斯抽采量越小。该模型可用于分析瓦斯抽采过程中的影响因素分析,也可用于煤层瓦斯抽采量的预测与预计。

关键词：含水煤层渗透率瓦斯抽采数值计算气液固耦合

基于多源空间信息融合的含水煤层顶板复合岩层富水性分区

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煤田地质与勘探 2019年第1期47卷 114-120页

作者：周振方董阳董兴玲李鹏王强民乔伟赵春虎杨建中煤科工集团西安研究院有限公司矿山灾害防治与环境治理技术研发中心陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 陕西省现代建筑设计研究院环评所陕西西安710048

侏罗系煤田煤层开采普遍受到顶板复合含水层水影响。选取陕北榆横矿区袁大滩煤矿2煤开采顶板复合砂岩地层为研究对象,基于经验公式和实测公式,计算导水裂缝带发育高度,确定2煤至直罗组顶界为富水性分区范围;选取评价层段砂岩等效厚度、... 详细信息

侏罗系煤田煤层开采普遍受到顶板复合含水层水影响。选取陕北榆横矿区袁大滩煤矿2煤开采顶板复合砂岩地层为研究对象,基于经验公式和实测公式,计算导水裂缝带发育高度,确定2煤至直罗组顶界为富水性分区范围;选取评价层段砂岩等效厚度、砂–泥互层特征等7个岩性结构指标,重点考虑2煤含水性特征,计算了各钻孔位置富水性综合指数,借助Arcgis软件,绘制了研究区富水性分区图,揭示区内富水性从西北向东南递减,与区域富水性背景一致。研究结果对于富水性指数法在煤层含水条件下的应用有推动作用。

关键词：复合地层富水性分区含水煤层多源空间信息融合袁大滩煤矿

基于自动水位补偿的含水煤层瓦斯压力测定方法研究

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工业安全与环保 2017年第7期43卷 19-23页

作者：张嘉勇周凤增王凯郑庆学庞凤岭杨秀军华北理工大学矿业工程学院河北唐山063009 开滦集团有限责任公司河北唐山063301 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

通过研究含水煤层瓦斯压力测定方法现状,确定主要影响测定结果的因素为水压干扰、煤泥水干扰。针对以上问题提出了测定新方法,运用自动水位补偿方法剔除水压对测定结果的干扰,通过设计装有复合材质倾斜滤网的煤泥沉淀池,完成对煤泥的过... 详细信息

通过研究含水煤层瓦斯压力测定方法现状,确定主要影响测定结果的因素为水压干扰、煤泥水干扰。针对以上问题提出了测定新方法,运用自动水位补偿方法剔除水压对测定结果的干扰,通过设计装有复合材质倾斜滤网的煤泥沉淀池,完成对煤泥的过滤和导流,实现对煤泥水的净化。此方法直接测定瓦斯压力,避免反推计算,从而减小了环境因素对测定结果的干扰。依据理论设计了含水煤层瓦斯压力测定装置,并进行了井下对比试验,现场试验结果表明:运用新设计装置测定结果比普通方法更接近理论值,数据利用价值高。该装置操作简单、自动化程度高、测定结果准确,可为含水煤层瓦斯治理提供数据支持,确保生产安全。

关键词：含水煤层瓦斯压力平衡水位安全生产

近距离含水煤层下半煤岩巷高强稳定型支护技术研究

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煤炭工程 2020年第S1期52卷 48-52页

作者：李振张佳飞周朋鄂尔多斯市中北煤化工有限公司内蒙古鄂尔多斯017000

针对近距离含水煤层下半煤岩巷节理、裂隙发育,变形复杂,煤岩交界处易折帮等支护难题,采用理论分析、数值模拟及工程应用的研究方法对近距离半煤岩巷的合理支护方案进行研究,研究表明,回采巷道采用高强稳定型穿煤岩层支护方案时能够保... 详细信息

针对近距离含水煤层下半煤岩巷节理、裂隙发育,变形复杂,煤岩交界处易折帮等支护难题,采用理论分析、数值模拟及工程应用的研究方法对近距离半煤岩巷的合理支护方案进行研究,研究表明,回采巷道采用高强稳定型穿煤岩层支护方案时能够保持安全生产需要,巷道围岩位移曲线可分为:Ⅰ为掘进期;Ⅱ相邻工作面采动影响期;Ⅲ本工作面回采影响期;相邻工作面采动影响区又明显的可分为:①影响平缓区;②影响加速区;③影响过渡区;④影响衰减区;⑤影响稳定区,与现场观测曲线类似;数值模拟及工程应用确定,掘进巷道影响围岩变形时间为28d,12313(相邻)工作面采动影响距离为50~56m,12314(本)工作面超前影响距离为20m,研究为同类地质条件矿井提供参考。

关键词：近距离含水煤层半煤岩巷巷道支护

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新型封孔剂在含水煤层瓦斯压力测定中的应用

工矿自动化 2014年第11期40卷 93-96页

作者：贺全义刘明举刘彦伟河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

针对传统封孔材料在含水煤层钻孔经过裂隙带情况下应用时凝结时间长且容易收缩、干裂而导致密闭性差等问题,提出了一种在传统水泥浆基础上加以改进的新型封孔剂,并将其应用于某矿井高压注浆封孔工艺。应用结果表明,该新型封孔剂的凝固... 详细信息

针对传统封孔材料在含水煤层钻孔经过裂隙带情况下应用时凝结时间长且容易收缩、干裂而导致密闭性差等问题,提出了一种在传统水泥浆基础上加以改进的新型封孔剂,并将其应用于某矿井高压注浆封孔工艺。应用结果表明,该新型封孔剂的凝固时间约为12h;采用该新型封孔剂封孔时煤层瓦斯压力测定结果较传统封孔材料可靠,且堵水效果更好。

关键词：含水煤层裂隙带瓦斯压力测定封孔封孔剂

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小纪汗煤矿含水煤层巷道变形机理研究

小纪汗煤矿含水煤层巷道变形机理研究

作者：钱宏伟中国矿业大学

学位级别：硕士

水害一直是制约煤矿安全生产的重大隐患之一,矿井在巷道掘进时期,围岩因吸水膨胀其强度弱化、变形加剧,而井下疏排水引起巷道断面尺寸变化更会加剧巷道围岩变形。小纪汗煤矿首次发现煤层为含水层且为主要承压含水层,在此特殊水文地质工... 详细信息

水害一直是制约煤矿安全生产的重大隐患之一,矿井在巷道掘进时期,围岩因吸水膨胀其强度弱化、变形加剧,而井下疏排水引起巷道断面尺寸变化更会加剧巷道围岩变形。小纪汗煤矿首次发现煤层为含水层且为主要承压含水层,在此特殊水文地质工程背景下,开展含水煤层巷道变形机理研究,对指导矿井安全生产具有重要的理论与实际意义。论文主要研究内容及成果如下:(1)针对该矿井巷道底板条件,现场取样对底板岩石矿物组成成分、岩石膨胀性、水作用下岩石强度弱化规律进行系统的试验研究。发现岩石中含蒙脱石、伊利石等膨胀性矿物质是围岩膨胀变形的微观影响因素,底板岩石遇水后产生的高膨胀应力、较大变形量宏观表象为围岩变形。给出巷道底板粉砂质泥岩抗拉强度、单轴抗压强度及弹性模量随含水率、不同浸水时间变化而弱化规律函数,为数值模拟研究提供参数依据。(2)运用岩体弹塑性力学知识,考虑围岩体强度衰减和应变软化特点,对巷道围岩塑性区半径及变形特征展开理论研究,给出围岩塑性区半径、围岩内任意一点应力和巷道表面围岩位移量的解析式。发现相比无水作用下,水作用后巷道塑性区半径明显增大,巷道围岩表面位移量随岩石软化程度增加而增大。(3)建立不同含水率状态下巷道围岩数值计算模型,FLAC3D数值分析巷道开挖过程围岩强度特性随含水量增大而弱化特征,模拟研究巷道围岩应力应变、塑性区分布及围岩表面变形量,发现围岩变形量随岩石含水率增加而增大,从而揭示含水煤层巷道围岩变形基本原理及规律。(4)结合小纪汗煤矿巷道围岩破坏特征工程实际,分析围岩变形影响因素为地下水对底板岩层强度的软化及围岩遇水膨胀。统计分析巷道围岩各点变形量,结果表明数值计算分析与现场实测规律一致。本文以小纪汗煤矿含水煤层巷道为研究对象,研究成果应用于现场工程设计及施工,表明开展含水煤层巷道变形机理研究对矿井安全生产具有重要意义。

关键词：含水煤层底板强度弱化巷道变形机理现场实测

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含水煤层热流固耦合模型建立及数值模拟研究

能源与环保 2021年第5期43卷 29-33页

作者：张鹏冲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

为优化含水煤层瓦斯抽采孔的布置方式,在考虑气—水两相流、应力及温度因素的基础上,建立了能够描述煤层在瓦斯抽采过程中的热流固耦合模型。以平顶山某矿工作面的相关物性参数为基础进行了数值模拟,采用COMSOL Multiphysics高效模拟软... 详细信息

为优化含水煤层瓦斯抽采孔的布置方式,在考虑气—水两相流、应力及温度因素的基础上,建立了能够描述煤层在瓦斯抽采过程中的热流固耦合模型。以平顶山某矿工作面的相关物性参数为基础进行了数值模拟,采用COMSOL Multiphysics高效模拟软件进行科学数值计算模拟。研究得出,含水饱和度对气体的相对渗透率影响显著,而且随着抽采的进行,钻孔周边含水饱和度随之而提高,阻碍了瓦斯抽采工作的进行;在瓦斯抽采过程中,随着抽采时间的进行,压力的变化梯度逐渐变小,且呈现非线性关系;瓦斯抽采过程中需要考虑温度对其影响,温度的变化对煤层渗透率的变化有着重要的作用。故在对煤体进行水力化处理时,需要优先采用排水手段,结果表明在煤体中注入水蒸气可有效提高瓦斯抽采效率。

关键词：含水煤层瓦斯抽采耦合模型数值模拟渗透率

一种可模拟不同倾角含水煤层充填注浆试验装置

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建筑与预算 2018年第11期 35-37页

作者：崔红刘敬华辽宁建筑职业学院中铁十九局集团第一工程有限公司

通过模拟不同倾角含水煤层充填注浆试验装置,为实际的开采工作提供可靠的依据,避免或减少沉陷灾害发生。此装置通过对煤层上部覆岩移动特征的模拟试验模拟充填开采环境,将模拟试验得到的数据通过信息处理系统处理,为实际的开采工作提供... 详细信息

通过模拟不同倾角含水煤层充填注浆试验装置,为实际的开采工作提供可靠的依据,避免或减少沉陷灾害发生。此装置通过对煤层上部覆岩移动特征的模拟试验模拟充填开采环境,将模拟试验得到的数据通过信息处理系统处理,为实际的开采工作提供可靠的依据,避免或减少沉陷灾害的发生。

关键词：含水煤层充填注浆模拟试验试验装置