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《中国矿业大学》 2011年
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松软煤层煤巷掘进突出危险性预测的连续流量法技术研究

吴爱军  
【摘要】:在突出煤层中,存在着很多由松软煤体构成的煤层。由于松软煤体的硬度低、瓦斯放散速度快,煤体透气性差,当在这种煤层的煤巷中进行掘进时,突出危险性较大,给现场的工人的人身安全带来极大的威胁,同时大大的增加了防突的工作量,煤巷掘进速度大大放慢,导致矿井采掘失衡。目前,常规的煤巷突出预测通常为点预测,存在诸多缺陷。本文根据国内外煤巷现有突出预测技术特点和存在的问题,采用了连续流量法对松软煤层煤巷的突出危险性进行预测,这是一种“线预测”技术。 根据前苏联科学家的И.B.包布洛夫的观点,在掘进工作面前方卸压带内进行掘进,一般不会发生突出。如果卸压带的长度较短,而掘进的速度过快,则容易使集中应力带内煤体突然暴露,其煤体内所含的高压瓦斯快速解吸,形成高瓦斯压力梯度,极容易造成突出。本文根据蒋承林教授的煤与瓦斯突出球壳失稳机理及初始释放瓦斯膨胀能的观点,提出了一种连续流量法的突出线预测技术。通过连续实时记录打钻过程中解吸出来的瓦斯流量,来判断工作面前方卸压带的分布,以此确定工作面前方突出煤体的分布区域,从而为准确预测煤巷的突出危险性提供依据。 本文分析了煤巷掘进过程中出现的几种突出现象及其原因;详细介绍了松软煤体力学特点、破坏类型、吸附性大小。分析了松软煤层工作面前方卸压带突出危险性低,而集中、原始应力带突出危险性高的原因。 建立起了煤巷掘进工作面前方煤体球坐标下的力学模型,推导出平衡方程,并求解出切向和径向应力解和弹塑性区域半径。通过数值计算得到:弹塑性区域半径随着采掘深度的增大而增大,但随着内聚力和内摩擦角的增大而减小。利用FLAC3D模拟了应力场,分析了煤体最大主应力、弹塑性半径与煤层倾角的变化关系,弹塑性半径与弹性模量的关系。 总结了钻孔瓦斯涌出规律特点;分别建立了钻孔周围煤体的瓦斯径向渗流模型、掘进头周围煤体瓦斯球向渗流模型和钻屑煤体中瓦斯渗流模型,并推导出其渗流方程,求出其解析解;通过数值计算分析了稳态渗流和非稳态渗流情况下,钻孔瓦斯涌出规律;应用经验公式来模拟了煤屑瓦斯涌出规律。 分析了现有连续流量法预测装置各部件的使用方法、工作原理及其操作流程。提出了一种动态敞口式煤屑封堵瓦斯的方法,利用外加煤屑增大煤屑出口处的瓦斯渗流阻力,迫使麻花钻杆钻进过程中从钻孔涌出的瓦斯从阻力较小的气体流速传感器中流出。这样就可以在测定时直接采用麻花钻杆向煤层打钻而不必考虑要把钻杆密封在一个密闭空间了。 制定了流速传感器、位移传感器的标定方案。通过一系列的实验,拟合出大小流速传感器的电流和气体流量的线性曲线、位移传感器的电流与位移的线性曲线。 分析了动态敞口式煤屑封堵瓦斯气体的原理,气体泄漏原因。进行一系列的泄漏率实验,得到:随着风量的增大,漏风率逐渐减小。在现场实际应用中效果良好,说明这种动态敞口式煤屑封堵瓦斯气体的方法是可靠的。 利用连续流量法预测设备,在梁北煤矿二松软煤层11071风巷进行现场应用。通过分析瓦斯流量曲线研究了连续流量法的煤巷突出预测指标;提出了一种流量面积矩概念,利用流量面积和其面心距工作面的长度来判断预测范围内煤体的突出危险性大小。瓦斯流量的面积越大,其面心距工作面的距离越短,这个煤巷工作面的突出危险性就越大。此外,为将连续流量法的预测结果与传统的煤巷突出预测指标进行对比,在现场预测同时测定了相对应钻屑量、钻屑解吸指标,并在采掘过程中观察了每个循环中是否存在着瓦斯突出灾害。目前,通过对采集到的六组实验数据进行分析,给出了这个工作面不发生突出的连续流量法的安全值,随着现场数据的积累,将可以得到煤巷发生突出的临界值。 该论文有图94幅,表19个,参考文献116篇。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TD713

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张子敏,高建良,张瑞林,何俊;关于中国煤层瓦斯区域分布的几点认识[J];地质科技情报;1999年04期
2 H·埃克尔,H.I.卡藤贝格,蒋佑权;利用通风监测技术预报煤与瓦斯突出[J];煤炭工程师;1990年04期
3 华福明,胡千庭;突出预测指标S_(max)、K_1临界值确定方法的探讨[J];煤炭工程师;1992年01期
4 樊栓保;国内外煤与瓦斯突出预测的新方法[J];矿业安全与环保;2000年05期
5 曾庆阳;矿井通风监测技术预报煤与瓦斯突出初探[J];煤炭工程师;1994年04期
6 林柏泉,张仁贵;钻孔周围煤体中瓦斯流动的理论分析[J];煤炭工程师;1996年03期
7 苏文叔;利用瓦斯涌出动态指标预测煤与瓦斯突出[J];煤炭工程师;1996年05期
8 朱希安,尹尚先,苑守成;无线电波透视法及其应用[J];辽宁工程技术大学学报;2002年05期
9 刘晓丹;卢国斌;;地球物理方法预测煤与瓦斯突出[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2008年S1期
10 邱增强,刘志新;无线电波透视法在探测隐伏导含水构造中的应用[J];工程地球物理学报;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张玉贵;构造煤演化与力化学作用[D];太原理工大学;2006年
2 唐俊;预测煤巷突出危险性的连续流量法研究[D];中国矿业大学;2009年
3 陈裕佳;石门揭煤突出危险性预测方法研究[D];中国矿业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张进;矿井瓦斯涌出及瓦斯流动预测的统计研究[D];西安科技大学;2005年
2 李俊亮;声发射预测煤与瓦斯突出危险性技术研究[D];西安科技大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 辜文杰;李刚;谢云;;结构抗冲击设计的泰勒理论修正及计算机模拟[J];四川建筑科学研究;2008年02期
2 杨涛春;李国强;王开强;;接触爆炸荷载下钢—混凝土组合梁简化设计方法研究[J];四川建筑科学研究;2009年06期
3 江伟;袁芳;李跃忠;;电容式涡街流量计测量方法研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年03期
4 金学玉;瓦斯“截流抽放”快速揭煤法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
5 张霖;;桃园矿高位钻孔瓦斯抽放参数优化研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年02期
6 苏利军;;深部煤层瓦斯赋存规律及钻孔抽采有效半径研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年03期
7 汪义国;;近距离煤层群被保护层开采瓦斯综合治理技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
8 胡恩平,金荣久,石建康,文章;冲击波作用下火工品销毁容器的安全性分析[J];安全;2002年04期
9 李振东,李辉,王健;地铁隧道支护系统的数值模拟研究[J];地下空间;2004年01期
10 禹东芳,芮勇勤,杨天鸿,顾立保;资源城市井露采动引起公路沉陷灾害机理研究[J];地下空间与工程学报;2005年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周新良;罗文柯;刘寿兰;陈小辉;;顺层长钻孔抽采瓦斯抽采半径数值法与钻孔负压法的对比分析研究[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 张丽萍;;考虑吸附变形的煤层气流固热耦合数学模型及数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 焦殿志;;皖北矿区五沟矿井煤与瓦斯区域突出危险性预测[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
4 常先隐;;远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
5 杜宝同;邵朋;;复杂采动影响下巷道围岩变形规律研究[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
6 刘宜平;杨业新;蔡东红;华海洋;;大采高跨上山综采工作面瓦斯综合治理技术[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
7 王玉标;李永斌;;倾斜煤层按不同开采顺序开采对路基的影响分析[A];中国公路学会高速公路运营管理分会2011年度年会暨第十八次全国高速公路运营管理工作研讨会论文集[C];2011年
8 武光辉;石军宏;何涛;;高瓦斯矿井立井井筒快速揭煤实践研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
9 张进军;刘宁川;昝军才;;大佛寺煤矿掘进工作面卸压松动圈范围的确定[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
10 田永东;;煤矿区采煤采气一体化技术及其对设备的要求[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
3 袁东升;近距离保护层开采多场演化及安全岩柱研究[D];河南理工大学;2010年
4 杨书召;受限空间煤尘爆炸传播及伤害模型研究[D];河南理工大学;2010年
5 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
6 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 曲嘉;钢纤维混凝土劈拉强度的实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 付天光;逐孔起爆技术应用基础研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭柯;陶二井田瓦斯地质规律研究与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
2 曹卫斌;五阳矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
3 孟磊;煤电性参数的实验研究[D];河南理工大学;2010年
4 王利强;突出煤层水力径向压裂石门快速揭煤技术研究及应用[D];河南理工大学;2010年
5 杨文旺;七星矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
6 潘少杰;新安煤田瓦斯赋存规律与突出区域预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
7 陈建伟;松软煤层回采工作面前方煤体应力分布及位移变化特征[D];河南理工大学;2010年
8 姚春雨;黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
9 孙锐;泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D];河南理工大学;2010年
10 陈建忠;潘三矿C13-1煤层掘进工作面敏感指标及临界值研究[D];河南理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李光,李华德;利用有限元法对板坯电磁搅拌中电磁场的数值模拟[J];北京科技大学学报;2004年01期
2 曲志明;周心权;张祎恺;徐景德;;掘进巷道瓦斯爆炸动态数学模型及数值分析[J];北京科技大学学报;2006年10期
3 郭德勇;李念友;裴大文;郑登锋;;煤与瓦斯突出预测灰色理论-神经网络方法[J];北京科技大学学报;2007年04期
4 郭德勇;范金志;马世志;王仪斌;;煤与瓦斯突出预测层次分析-模糊综合评判方法[J];北京科技大学学报;2007年07期
5 梁汉东,傅若农;黑索今与奥克托今的F-Tp曲线特征[J];北京理工大学学报;1997年01期
6 王飞,王伟策,王耀华,顾月兵,陆明,刘强;挡波墙对空气冲击波的削波作用研究[J];爆破器材;2004年01期
7 杨军,金乾坤;应力波衰减基础上的岩石爆破损伤模型[J];爆炸与冲击;2000年03期
8 庞伟宾,何翔,李茂生,任辉启;空气冲击波在坑道内走时规律的实验研究[J];爆炸与冲击;2003年06期
9 耿继辉,汤明钧;含尘气体中的非定常激波[J];爆炸与冲击;1994年04期
10 于不凡;石门揭煤时突出危险性预测新技术、新装备[J];长江科学院院报;1996年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王顺;聂秀英;;利用槽波地震探测技术对煤矿复杂地质构造的预测[A];煤炭工业技术委员会地质分会/中国煤炭学会矿井地质专业委员会2001年学术年会论文集[C];2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 申恩福;矿井瓦斯涌出量预测研究[D];辽宁工程技术大学;2001年
2 李中华;矿井通风网络结构可靠性的研究[D];山东科技大学;2004年
3 程明俊;煤渗透性能及煤与瓦斯突出过程模拟实验研究[D];重庆大学;2008年
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1 付庆伟;;采动动压影响区煤巷掘进支护技术应用[J];煤炭工程;2008年05期
2 尚爱国;王金海;;气动钻机在煤巷掘进中应用[J];科协论坛(下半月);2010年04期
3 郭军杰,韩春晓,涂兴子;煤巷掘进过断层方法[J];矿山压力与顶板管理;2004年02期
4 田坤云;王兆丰;;瓦斯突出预测敏感指标的确定方法研究[J];煤;2006年06期
5 田坤云;郭权世;陈立伟;;瓦斯突出预测敏感指标的确定方法研究[J];煤炭技术;2006年11期
6 苏晓辉;付建卓;;掘锚机在矿井煤巷快速掘进中的应用[J];中国煤炭;2007年07期
7 傅昆岚;黄成华;刘瑜;张如清;;突出矿井煤巷快速掘进技术研究[J];煤炭技术;2007年08期
8 田坤云;陈立伟;姜琳;;大宁煤矿瓦斯突出预测敏感指标的分析[J];煤矿安全;2008年10期
9 薛敬峰;倪先杰;;刘庄煤矿煤巷综掘快速掘进技术[J];煤炭技术;2009年10期
10 王国祥;韦四清;赵红军;;煤巷掘进过地质构造顶煤联合加固技术[J];中州煤炭;2010年04期
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1 杨恒;;浅析影响煤巷掘进速度的因素[A];安全高效矿井机电装备及信息化技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
2 柏发松;;煤巷掘进过程中的瓦斯治理技术探讨[A];中国煤炭学会第六届青年科技学术研讨会论文集[C];2000年
3 高英;李志强;杨保良;;掘锚一体化技术在我国煤巷快速掘进中的应用[A];2007短壁机械化开采专业委员会学术研讨会论文集[C];2007年
4 王国际;孙文标;田坤云;;中马村煤矿瓦斯突出预测敏感指标的研究[A];基于瓦斯地质的煤矿瓦斯防治技术[C];2009年
5 王国际;孙文标;田坤云;;中马村煤矿瓦斯突出预测敏感指标的研究[A];2008年全国瓦斯地质学术年会论文集[C];2008年
6 闫保林;张秋元;;关于煤矿掘进机械作业线现状的分析及应用[A];矿山建设工程技术新进展——2008全国矿山建设学术会议文集(下)[C];2008年
7 师文林;李志斌;高英;李志强;;煤巷掘锚一体化技术的应用与发展[A];中国科协2005年学术年会第20分会场论文集[C];2005年
8 王松峰;王国际;田坤云;;王行庄煤矿二_1、二_3煤层瓦斯突出危险性区域预测[A];基于瓦斯地质的煤矿瓦斯防治技术[C];2009年
9 唐红星;顾晓闯;;锚注技术在煤巷掘进过断层的应用[A];第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2008年
10 张洪;施仲朝;;獐儿沟煤矿煤巷掘进综合防突技术实践[A];瓦斯地质理论与实践——中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会第五次全国瓦斯地质学术研讨会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王红斌;我省“煤巷掘进自动化核心技术”取得突破[N];山西日报;2008年
2 本报记者 郭俊 通讯员 郭成刚 王红斌;走在了“863”前面[N];中国煤炭报;2008年
3 本报记者 那子奇;科技之花在掘进头盛开[N];中国煤炭报;2009年
4 王心怀;芦岭矿煤巷防突实现抽采并进[N];经理日报;2007年
5 特约记者 成刚 红斌 记者 少谨 霍炜;“煤巷掘进自动化核心技术”在潞安王庄煤矿取得重大突破[N];山西科技报;2008年
6 本报记者 吴明;创新打造新集刘庄煤矿安全网[N];中国企业报;2008年
7 王红斌张路刚;高点起步 破解新课题[N];山西经济日报;2008年
8 王红斌 张路刚;乘势而上 再铸新辉煌[N];山西经济日报;2008年
9 郭成刚 张路刚;又踏层峰辟新天 更扬云帆立潮头[N];中国煤炭报;2008年
10 邵敏;海孜煤电公司扎扎实实抓安全[N];安徽经济报;2009年
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1 吴爱军;松软煤层煤巷掘进突出危险性预测的连续流量法技术研究[D];中国矿业大学;2011年
2 齐黎明;卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术研究[D];中国地质大学(北京);2011年
3 单智勇;煤巷掘进煤与瓦斯突出事故抑制技术研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
4 张伟杰;动态定向电场激励法煤巷掘进超前探测技术研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
5 刘超;采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究[D];大连理工大学;2011年
6 覃道雄;极复杂条件下煤与瓦斯突出规律及综合治理技术[D];中国矿业大学(北京);2013年
7 覃道雄;极复杂条件下煤与瓦斯突出规律及综合治理技术[D];中国矿业大学(北京);2013年
8 田劼;悬臂掘进机掘进自动截割成形控制系统研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
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1 徐向宇;鹤壁八矿煤巷掘进控制预裂松动爆破防突技术参数研究[D];河南理工大学;2011年
2 廖识;煤巷掘进中脉冲水射流割缝煤体应力场变化规律研究[D];重庆大学;2012年
3 余伟凡;白羊岭煤矿煤巷掘进工作面突出预测敏感指标研究[D];河南理工大学;2012年
4 赵涛涛;屯留煤矿煤与瓦斯突出危险性指标研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
5 李野;炮采煤巷掘进面煤与瓦斯流固耦合数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
6 王志权;基于煤巷掘进面瓦斯涌出指标实时突出预测技术研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 滑俊杰;突出煤层水力挤出快速消突技术研究[D];河南理工大学;2011年
8 华敬涛;预留变形量水力压裂石门快速揭煤技术[D];河南理工大学;2011年
9 赵志坚;高压水射流割缝快速消突技术研究[D];河南理工大学;2011年
10 王铁林;赵庄矿煤巷掘进冲击地压影响因素及控制技术研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
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