瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出试验研究

摘要

目前我国已有一套较为成熟的煤与瓦斯突出预测方法，该方法对国内的煤与瓦斯突出防治工作起到了非常重要的作用，但是还存在一些不足之处，比如预测周期较长、预测为不突出时的进尺较短、低指标发生突出等。本文主要通过理论研究、现场测试、实验室研究、数值模拟等手段，利用瓦斯含量法进行煤与瓦斯突出预测的研究，并在淮南矿业集团谢桥矿6号煤层进行了现场应用。
　　论文通过煤与瓦斯突出的能量来源和消耗分析，得出煤与瓦斯突出的能量量化关系;然后以一次实际发生的突出事例进行能量计算和分析，得出由游离瓦斯膨胀能和解吸瓦斯膨胀能所组成的瓦斯膨胀能提供了瓦斯突出所需的绝大部分能量的结论，这其中解吸瓦斯膨胀能对突出的发展起到非常重要的作用，而瓦斯膨胀能主要取决于煤层的瓦斯含量和瓦斯解吸速度的关系，阐述了瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的理论、科学。
　　论文对瓦斯解吸扩散公式进行了详细的推导，从菲克第二扩散方程入手，假定合理的初始条件和边界条件，通过详细的推导得出方程的通解并给出了通解的近似解，然后对其误差进行了分析，为直接法测定瓦斯含量提供了理论基础，详细的介绍了不同条件下煤的高压吸附特征的实验方法;本文还详细的介绍了煤层瓦斯含量的直接测定方法，以及如何提高瓦斯含量测值的准确性;作者与其他研究人员合作研发了煤与瓦斯突出的数值模拟软件SIMBURST，它是将两个成熟的商业软件FLAC3D和COMET3连接/整合/耦合起来的混合三维数值计算程序，该软件综合考虑了煤体的屈服变形和煤体瓦斯的解吸流动规律及其相互作用的关系，可用该软件考察含瓦斯煤体的物理力学参数对突出临界值的敏感性，并通过逐渐增加输入的初始瓦斯含量值直至煤与瓦斯突出的发生，以此来模拟确定其瓦斯含量的临界值。
　　论文对瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出在谢桥矿6煤层进行了应用和验证。论文详细描述了谢桥矿6号煤层煤样在不同条件下的瓦斯解吸实验，并对其结果进行了分析和研究;在此基础上，对该煤层进行了瓦斯含量的直接测定实验，并根据数值模拟结果，结合其他手段确定了谢桥煤矿6号煤层（-760m标高以上）发生煤与瓦斯突出的临界瓦斯含量，进而利用瓦斯含量法对该区域进行了煤与瓦斯突出预测，其结果与现场的瓦斯动力现象、有关单位的鉴定结果相吻合，说明可以利用瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤与瓦斯突出机理的研究现状

1．2．2 煤与瓦斯突出预测技术的研究现状

1．3 论文研究的目的及意义

1．4 研究内容与研究思路

2 瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的理论基础

2．1 瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的机理

2．1．1 煤体弹性潜畿

2．1．2 瓦斯内能

2．1．3 煤体的破碎功

2．1．4 碎煤的抛出功

2．1．5 煤与瓦斯突出能量关系分析

2．2 瓦斯含量对煤与瓦斯突出影响的量化分析

2．3 本章小结

3 用瓦斯含量预测煤与瓦斯突出的方法

3．1 煤体瓦斯解吸规律的研究

3．1．1 煤体瓦斯解吸扩散规律的理论研究

3．1．2 煤的高压吸附特征的实验方法

3．2 煤层瓦斯含量的直接测定

3．2．1 瓦斯含量的测定与计算

3．2．2 瓦斯含量测定装置

3．2．3 气体成份分析测定

3．2．4 提高瓦斯含量测值的准确性

3．3 含量法预测煤与瓦斯突出临界值的确定

3．3．1 目前指标临界值的确定方法及程序

3．3．2 模拟软件(SIMBURST)的研发

3．3．3 模型的建立和相关定义

3．3．4 数值模拟确定突出时的瓦斯含量临界值

3．4 本章小结

4 瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的现场应用

4．1 现场应用煤层的概况

4．2 该煤层不同条件下瓦斯解吸实验及结果分析

4．3 该煤层瓦斯含量的直接测定实验

4．3．1 实验地点

4．3．2 瓦斯含量测定实验操作程序及试验要求

4．3．3 实验结果及分析

4．4 该煤层瓦斯含量指标临界值的确定

4．5 瓦斯含量法预测该煤层煤与瓦斯突出准确性的验证

4．5．1 瓦斯含量法预测该煤层的突出敏感性验证

4．5．2 瓦斯含量法预测该煤层突出准确性验证

4．6 本章小结

5 主要结论及展望

5．1 主要结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

作者简介及读博期间的主要研究成果