强突出煤层不同含水率条件煤与瓦斯突出试验研究

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煤与瓦斯突出是多种因素的综合作用下产生的极其严重的动力现象,查阅国内外相关资料和文献表明,含水率对煤与瓦斯突出有着显著的影响。因此,本文在研究芦岭8煤层瓦斯赋存规律与突出灾害特征分析的基础上,选取芦岭煤矿8煤层的煤样,先开展不同含水率条件下对于煤体物性参数影响试验,研究和分析不同含水率条件下瓦斯解吸规律以及突出预测多项指标等影响规律,为研究煤与瓦斯突出模拟实验提供理论基础。然后进行不同含水率条件下煤与瓦斯突出试验,模拟突出过程并对突出试验结果进行分析。最后对芦岭煤矿8煤层突出试验开展突出能量计算与防治对策。本文获得的主要结论如下:1)芦岭煤矿共发生煤与瓦斯突出26起,甚至发生抛出上万吨煤岩体以及上百万m3瓦斯的事故。其突出灾害事故主要发生在地质构造带,构造带主要以斜切断层为主,共发现落差在20m以上的大中型断层58条,还发现大量小断层,且煤层厚度变化大,突出点附近常有褶曲或断层存在,由于地质构造运动对煤体产生了巨大破坏作用,突出区域大部分煤体几乎被破碎甚至呈现出粉末状态,因此地质构造很可能是引起该矿煤与瓦斯突出的主要因素。随着开采深度的不断加深,煤层多种条件使得瓦斯封闭和保存较好,造成煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大。深部发生以地质构造和瓦斯压力为主导因素的中、大型煤岩与瓦斯突出,导致煤与瓦斯突出发生的频率升高、周期缩短,且突出强度更在迅速增加,因此煤层瓦斯也是引起煤与瓦斯突出的主要因素之一。2)不同含水率对煤体瓦斯解吸影响试验结果表明:含水率和平衡压力对煤样瓦斯吸附解吸有显著影响规律。当吸附平衡压力最大为4MPa,煤样含水率最低为1.68%时,累积解吸量最大达4.3186m3/t,随着煤样含水率升高及平衡压力的下降累积解吸量有明显减小的趋势,当煤样含水率增加到6.83%,瓦斯压力降为0.74MPa时,解吸量最小为0.7669m3/t,表明水分对瓦斯解吸有着显著的抑制作用。当平衡压力最大及煤体含水率最低条件下,煤样初始第1min平均解吸速率最大为0.6339m3/(t·min),此时煤体的单位时间内瓦斯解吸量最大,随着含水率的增加以及瓦斯压力的减小,初始解吸速率明显下降,且随着煤体瓦斯解吸过程的进行,煤样的解吸速度由快变慢,单位时间内的解吸量由多变少。3)不同含水率对煤与瓦斯突出影响试验结果表明:含水率和瓦斯压力对突出煤体运移、突出强度和突出孔洞特征均有不同程度的影响。突出发生后,抛出煤体在地面形状均一致表现出梭形分布,其中距离突出口很近的地方的煤量很少,中部区域有些许空白,且绝大多数煤粉分布在较远区域,表明煤与瓦斯突出的规律性非常明显。已发生突出的3组试验中,当含水率最低为1.47%,瓦斯压力最高为0.45MPa时突出现象最强烈,突出强度最大为26.47%,表现为突出煤量最高为5.714kg,突出距离、突出宽度、突出孔洞和突出模型均最大,并且孔洞周围的煤体被破坏程度高,破坏区面积大。随着含水率增加到5%,突出强度减小,当煤体含水率继续增加到10%,突出未发生,说明含水率对突出发生与否、突出强度以及突出孔洞特征有着显著的影响。当试验煤体的含水率为1.47%时,低瓦斯压力0.25MPa突出过程未发生,升高瓦斯压力到0.35MPa,突出过程即发生,说明煤与瓦斯突出存在临界瓦斯压力值,且随着瓦斯压力增加到0.45MPa,突出强度增大,煤体被破坏程度变高,突出孔洞以及模型均变大。4)定义不同距离的突出煤体质量乘以其抛出距离为突出能量,其中试验3煤与瓦斯突出强度最大,因此计算总突出能量最大,其值为62.123Kg·m。通过实验室开展的不同含水率条件下煤体突出预测指标影响试验,对坚固性系数、瓦斯放散初速度以及钻屑瓦斯指标Δh2影响曲线进行数据拟合分析,再对比突出预测指标的临界值,确定水力化防突措施的煤体含水率区间为大于5%。该论文有图40幅,表16个,参考文献65篇。
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