文摘gydF4y2Ba

为了揭示煤与瓦斯突出的发生机理和优化措施防止灾难,河南省的一个煤矿进行为研究背景。根据煤矿的地质采矿条件,天然气地质分析方法应用于确定爆发发生和分类的风险水平。多因素模式识别方法用于确定的风险概率动态煤与瓦斯突出等灾害。地质构造之间的关系,确定岩体应力,矿山动力灾害使用geo-dynamic分裂法和FLACgydF4y2Ba^{3 dgydF4y2Ba}数值模拟。动态风险的发生和表现特点确定。COMSOL多重物理量软件是用来评估最初的预防措施和优化措施。研究结果确定主要影响因素和煤与瓦斯突出区域分布规律,这是具有重要意义的风险预测和预防煤与瓦斯突出等动力灾害。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

煤与瓦斯突出是一个瞬间造成破坏性geo-phenomenon气体之间复杂的互动,煤层,岩体,地应力gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),这也是一个典型的煤矿动力灾害。许多学者进行了大量的科学研究关于能源和煤与瓦斯突出的发生机制,取得了可观的研究成果。Yu和牧羊人et al。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)认为地质构造是一个爆发发生的主要因素。此外,该爆发的风险相同的煤矿和同一煤层不同位置是不同的,那就是,即爆发的地区分布。赵(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)用数值方法来模拟煤与瓦斯突出的过程。结果表明,煤和岩石的破碎程度取决于爆发强度。爆发较弱时,煤是只有被挤出或倾倒。胡锦涛et al。(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)煤与瓦斯突出的机理进行了探讨使用理论分析和数值模拟。结果表明,在煤与瓦斯突出的初始阶段,应力集中发生在周围的岩体和煤层。在开发阶段,周围煤钻孔周围逐渐衰竭。在爆发的最后阶段,煤炭井眼周围的应力状态发生了变化。苗族et al。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]研究了爆震波的形成过程的两相流运动的参数组合煤和天然气。认为冲击波的速度和强度的增加减少流体扩张道路。朱和风扇等。gydF4y2Ba9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba)采取不同的方法来揭示煤与瓦斯突出的机理。Sobczyk和Frid et al。gydF4y2Ba15gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)采取不同的方法来预测煤与瓦斯突出的风险。gydF4y2Ba

根据煤与瓦斯突出的特点在Xi 'nan煤田,徐et al。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]提出几个突出预测和控制措施,包括天然气地质研究中,地质构造调查,天然气predrainage和煤层渗透率提高,介绍爆破或远距离爆破振动,和标准化的操作管理。gydF4y2Ba

解决严重的爆发和气体排放的问题15号煤层Sijiazhuang煤矿,刘et al。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)提出了瓦斯突出预防和控制的技术,包括水力压裂、钻井,气体钻井步伐的同时,耗尽,液压强制内容。实地测试展示了良好的应用效果。gydF4y2Ba

根据管理原则,“一个我的一个规定,一个小组一个监管”的平顶山煤矿神马集团的张(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)计划突出预防和控制的关键技术,如保护煤层(nonburst煤层)开采多路入口面板和极薄煤层、高压液压钻孔。张已经开发了一种气体预防和控制系统考虑当地的地质特征。gydF4y2Ba

在煤与瓦斯突出的研究中,学者们进行了各种预防措施和相当多的经验。然而,煤与瓦斯突出等动力灾害是复杂的现象,和灾难的发生机制和发展特征还不清楚由于地质条件的复杂性和多样性。深化资源开采,动力灾害的威胁将成为矿山安全的一个重要问题。gydF4y2Ba

为了揭示煤与瓦斯突出的发生机理,在河南省煤矿为工程背景比较31020破裂与相邻工作面17220 nonburst工作面。考虑下煤矿的地质采矿条件,确定高风险爆发地区使用天然气地质分析方法,地质动态划分方法、多因素模式识别法和FLACgydF4y2Ba^{3 dgydF4y2Ba}分别数值方法。地质、地应力方面相关的煤与瓦斯突出比较研究。预防措施在31020年和17220年工作面临分析利用COMSOL软件多重物理量。研究结果揭示了主要影响因素和地区分布的煤与瓦斯突出、具有重要意义的风险预测和预防煤与瓦斯突出。gydF4y2Ba

2。面板的概述gydF4y2Ba

2.1。概述31020面板gydF4y2Ba

面板31020 Guozhuang背斜位于北部地区的煤矿,河南省,中国。面板17220是一个相邻的北部。31020是203的面板宽度,headgate长度是911米,后挡板长度是761米。煤层是一种结构简单,相对稳定,和煤层105°∼130°方向,倾向于东北。在煤层中,平均10°倾角,平均厚度3.3米,初始气体压力是1 MPa,最初的瓦斯含量是14.97米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t。在巷道开挖爆破方法,每天平均行驶速度为12米。的布局如图所示的面板gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。岩性的屋顶和地板面板表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

headgate开挖开始从7月1日,2017年,面板目前尚未开采。2017年11月25日,一个煤与瓦斯突出事故发生在427,和总气体排放是2458米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba和煤炭转储83吨。gydF4y2Ba

2.2。概述17220面板gydF4y2Ba

面板面板以北17220位于31020年面板宽度158,面板的长度751.3米,和矿业3.3米的高度。gydF4y2Ba

的直接屋顶面板砂质泥岩与平均厚度为4.01米。主要的屋顶是细砂岩与平均厚度为10.9米。眼前的地板是泥岩平均厚度0.3米,主层为泥质砂岩,平均厚度为6.8米。小组17220年被开采之前,最大的原始气体压力为2.6 MPa,原始瓦斯含量为15.256 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t,绝对的气体排放是4.31米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟。采用综合机械化开采法采矿。采矿速度平均为2.4 m / d充分利用屋顶崩落法。面板的地质构造很简单。在矿区中,只有两个小错误,把0.2米至0.5米之间。36槽钢拱形棚被用于进口巷道支架,和出口道路是由螺栓和网格。gydF4y2Ba

3所示。煤与瓦斯突出危险性的预测结果在31020年面板gydF4y2Ba

3.1。预测瓦斯地质图的结果gydF4y2Ba

根据200年集群在2016年中国煤矿安全法规,气体在煤与瓦斯突出矿井地质地图必须整理和更新,和更新周期应该少于一年。在气地质地图,矿业发展,保护区域,条件煤层,地质结构,突出的位置点,爆发的力量和气体的基本参数,等应表示清楚,用作基线为煤与瓦斯突出预测和预防。gydF4y2Ba

根据矿井的瓦斯地质图更新2018年9月,高风险爆发地区Guozhuang背斜与地板的北部地区等高线大于−350(上覆地层厚度超过430米)。gydF4y2Ba

地板轮廓面板31020−630−696,和面板的深度从880米到976米,两个条件都达到临界状态的爆发的风险。预测结果面板31020年天然气地质地图如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

面板17220 Guozhuang背斜位于北部地区。地板等高−560−610,面板的深度是750米至800米不等。它还表明,煤与瓦斯突出的风险存在于面板17220。预测结果面板17220年天然气地质地图如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3.2。Geo-Dynamic部门的研究成果gydF4y2Ba

Geo-dynamic除法计算构造活动和效果在5个不同的尺度上,从我到诉我建立构造效应和区域地质构造之间的关系。下一级部门改进的研究内容和缩小区域范围比之前的水平。5级部门对应于煤矿的范围(如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。通过系统的区域化、构造效应之间的关系和建立工程应用。工程项目的地质构造和geo-dynamic背景决定的。后的边界确定各级构造断块,构造活动区域划分的地质结构模型可以建立工程位置。最后,分析了岩体的应力状态,以及煤与瓦斯突出的风险水平划分。在煤与瓦斯突出的风险预测、地质工程活动产生的动力效应终于实现了。gydF4y2Ba

I和II级块的规模范围从1:250万:100万。Geo-dynamic分工决定了板块构造和Geo-dynamic部门分工之间的关系,然后运用理论和研究成果由Geo-dynamic地区板块构造。的规模水平III和IV块范围从1:200000:25000。因此,块结构可用于煤田规模。规模的5级块1:10000,可以进一步减少到一个煤矿。通过区域化的过程1:2500万- 1:10000年,煤矿可以确定的块结构,局部结构之间的关系和工程项目最终建立。gydF4y2Ba

geo-dynamic分部方法用于划分水平电流-电压的煤矿。活动断层的分布和煤与瓦斯突出风险水平在图所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。所有12煤与瓦斯爆发发生在煤层,其中11发生等级III和V的除法断层附近,5发生水平III-12断层附近,四个级别V-12和V-25断层附近发生,发生水平V-14断层附近,和一个十字路口附近发生V-13, V-23, V-24缺点。geo-dynamic部门的缺点是位于结Guozhuang背斜的北部和南部蠡口向斜的一部分。蠡口的方向分布类似于向斜和Guozhuang背斜,这是密切相关的地质构造在蠡口向斜的南部和北部Guozhuang背斜。gydF4y2Ba

根据断层的分布结构和爆发点,第三级断层控制煤与瓦斯突出在矿业领域。在第三级故障的影响,大部分的爆发发生在密度水平V附近断层或断层区域。gydF4y2Ba

其中,突出事故11月25日,2017年,发生在十字路口V-13断层和入口道路面板31020。这是172远离V-13的交集,V-23, V-24错。因此,可以得出结论:煤与瓦斯突出的发生与geo-dynamic部骨折,并受到V-13爆发,V-23, V-24错。煤岩体断层交叉路口严重受损,这提供了条件,在煤与瓦斯突出能量释放。基于geo-dynamic划分方法,小组31020年的动态风险风险预测结果如图所示gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

根据geo-dynamic部门方法的结果,只有两个小错误,把0.2米和0.5米的暴露在17220年的挖掘和开采面板,和只有V-24部门故障被发现在面板上,有小影响煤与瓦斯突出动力灾害。gydF4y2Ba

3.3。多因素模式识别方法gydF4y2Ba

多因素模式识别方法可以用来分析多个影响因素和煤与瓦斯突出的模式。除以单位在研究区,预测的概率预测单元可以实现模式识别为基础,促进预测从一个点到区域预测,从单因素预测多因素预测,从定性预测和定量预测。gydF4y2Ba

多因素模式识别方法用于评价煤与瓦斯突出的风险在11月25日,2017年。通过比较突出的单因素风险,它可以发现危险区域主要分布在高应力区和高应力梯度区。高应力区域的最大应力位于北部的矿业领域和最大主应力是39 MPa。最小应力位于南部的矿业领域,最小主应力是28 MPa。的最大和最小概率突出危险煤层的0.99和0.15。矿业领域被划分为五个层次,临界值的风险为0.34,0.58,0.78和0.84。gydF4y2Ba

小组31020年的预测结果如图的多因素模式识别方法gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。煤与瓦斯突出的可能性在面板领域31020年为0.95,高于0.84。根据风险分类爆发的结果,它显示了高爆发风险存在于面板31020。gydF4y2Ba

根据瓦斯地质图的预测结果和多因素模式识别,31020年爆发的风险存在于面板。gydF4y2Ba

根据多因素的预测结果模式识别、煤与瓦斯突出的可能性面板17220是0.90 - -0.95,17220年高爆发的风险也存在于面板,如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

4所示。道路发展面板表面应力分布的影响gydF4y2Ba

4.1。小组31020年道路开发过程的应力分布gydF4y2Ba

面板的位置,31020年和17220年面板如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。研究开发过程中应力分布的摄入巷道,利用FLAC建立数值模型gydF4y2Ba^{3 dgydF4y2Ba}软件。模型的大小是900×550×120,和784958年共有738970个元素和节点(如图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

模型的边界条件确定如下:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba的边界gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在模型是受限的gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在和的位移gydF4y2BaXgydF4y2Ba方向的边界为零gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba的边界gydF4y2BaygydF4y2Ba设在模型是受限的gydF4y2Bay -gydF4y2Ba轴的位移gydF4y2BaYgydF4y2Ba边界的方向是零gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba模型的底部边界是固定的,和位移gydF4y2BaXgydF4y2Ba,gydF4y2BaYgydF4y2Ba,gydF4y2BaZgydF4y2Ba底部边界的方向都是零gydF4y2Ba

基于地应力测量的结果,计算模型的边界载荷条件如下:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba25 MPa 28.8 MPa的压力梯度是应用gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在模型的方向gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba15.6 MPa到18.0 MPa的压力梯度是应用gydF4y2BaygydF4y2Ba设在模型的方向gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba19.5 MPa到22.5 MPa的压力梯度是应用的gydF4y2BazgydF4y2Ba设在方向模型,应用等效负荷为19.5 MPa的上半部分模型,和自重荷载设置gydF4y2BazgydF4y2Ba设在方向gydF4y2Ba

煤和岩石的力学参数中使用这种模拟工作如表所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

原岩应力的摄入量巷道面板31020是22.0 MPa。当摄入巷道挖掘100,巷道的围岩应力达到27.2 MPa和应力集中系数为1.24。当摄入巷道挖掘200,巷道的围岩应力达到27.5 MPa和应力集中系数为1.25。与连续进水隧道的开挖,围岩的压力趋于稳定。围岩垂直应力分布的两种道路面板如图31020gydF4y2Ba11gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

总之,在面板31020摄入巷道的开挖,应力集中系数在1.24和1.25之间。煤岩体的应力增加24% - -25%在巷道的开挖,这就增加了煤与瓦斯突出等动力灾害的风险。gydF4y2Ba

4.2。17220在采矿过程中应力分布的面板gydF4y2Ba

4.2.1。准备应力分布在面板17220撤退gydF4y2Ba

根据17220年面板的位置,建立了FLAC数值模型gydF4y2Ba^{3 dgydF4y2Ba}软件研究开采过程中的应力分布。模型的大小是920×520×120,总共648960个元素和68399节点(如图gydF4y2Ba12gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

基于煤矿地应力测量,计算模型的边界载荷条件如下:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba23.4 MPa到27.2 MPa的压力梯度是应用gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在模型的方向gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba14.6 MPa到17.0 MPa的压力梯度是应用gydF4y2BaygydF4y2Ba设在模型的方向gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba18.25 MPa到21.25 MPa的压力梯度是应用的gydF4y2BazgydF4y2Ba设在方向模型,应用等效负荷为18.25 MPa的上半部分模型,和自重荷载设置gydF4y2BazgydF4y2Ba设在方向gydF4y2Ba

17220年面板应力高回采巷道但低摄入量巷道。面板的应力摄入量巷道一侧17220是20.25 MPa,这是原来的压力。附近的侧向支承压力的影响下采空区,压力在回风巷道一侧面板17220达到40 MPa,应力集中系数是1.98。gydF4y2Ba

煤岩体的应力分布面板17220年maingate出土200如图gydF4y2Ba13gydF4y2Ba。当小组17220年发掘的摄入量道路100米,巷道的围岩压力达到24.2 MPa和应力集中系数为1.2。当小组17220年发掘的摄入量道路200米,巷道的围岩压力达到24.4 MPa和应力集中系数为1.2。当小组的摄入量巷道17220带动300米、巷道的围岩压力达到24.4 MPa和应力集中系数为1.2。与连续进水隧道的开挖,围岩的压力趋于稳定。gydF4y2Ba

当面板的后挡板17220年出土的100米,围岩达到42.1 MPa的压力和应力集中系数是2.08。挖掘200,后挡板时围岩的压力达到42.4 MPa和应力集中系数为2.09。带动300后挡板时,围岩达到43.3 MPa的压力和应力集中系数是2.14。连续开挖,围岩的压力趋于稳定。gydF4y2Ba

总之,在17220年面板开挖,摄入巷道的应力集中系数为1.20,回采巷道的应力集中系数是2.08 - -2.14。连续开挖,围岩的压力趋于稳定。gydF4y2Ba

4.2.2。在采矿过程中应力分布17220面板gydF4y2Ba

17220面板的应力分布在采矿过程中数据所示gydF4y2Ba14gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba16gydF4y2Ba。在挖掘的过程中,先进的支承压力不高的浓度摄入巷道的面板,但是很重要的返回巷道面板。当小组17220年开采100米,推进支承压力峰值的47.9 MPa,应力集中系数为2.37,峰值点是20米的脸,和推进支承压力的影响范围是80米。矿业200米时,预先支承压力峰值为51.2 MPa,应力集中系数为2.53,峰值点是20米的煤炭、推进支承压力的影响范围是85米。矿业300米时,预先支承压力峰值为51.2 MPa,应力集中系数为2.53,峰值点是20米的煤炭、推进支承压力的影响范围是85米。连续采矿的面板中,围岩的压力趋于稳定。gydF4y2Ba

总之,17220年面板在采矿过程中,支承压力峰值提前从47.9 MPa 51.2 MPa,应力集中系数是2.37 - -2.53,峰值点是20米的工作面,并推进支承压力的影响范围是80 - 85。gydF4y2Ba

5。研究最小化风险的措施gydF4y2Ba

5.1。瓦斯抽放的数学模型gydF4y2Ba

5.1.1。渗流场方程gydF4y2Ba

在煤层气体迁移遵循达西定律:gydF4y2Ba

气体质量单位体积如下:gydF4y2Ba

根据达西定律,考虑到Klingberg效应气体迁移,裂缝中气体迁移的速度如下:gydF4y2Ba

用公式(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)和公式(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)到公式(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),它可以得出结论gydF4y2Ba

公式(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)是在含煤层气体渗流场方程。gydF4y2Ba

5.1.2中。应力场方程gydF4y2Ba

煤的应力变化的身体受地应力的影响,气体压力和气体吸附/解吸。然后,煤炭满足的应力-应变关系。gydF4y2Ba

其中,gydF4y2Ba

5.1.3。耦合关系gydF4y2Ba

天然气开采过程中,应力变化和气体迁移后煤的孔隙度和渗透率变化的身体。孔隙度和渗透率,在天然气开采煤层的关键参数,是影响变形应力场和渗流场的气体迁移。因此,可以被描述为煤的孔隙度gydF4y2Ba

根据煤层的渗透率和孔隙度之间的关系,可以得出结论,gydF4y2Ba

公式(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)组合起来形成一个气固耦合模型对天然气开采。天然气开采的数值模拟可以由固体力学模块和PDE模块COMSOL多重物理量模拟软件,以及在天然气开采煤层的影响进行分析。gydF4y2Ba

5.2。分析31020年面板在摄入巷道瓦斯抽放效果gydF4y2Ba

5.2.1。分析原始提取计划31020年摄入量巷道的面板gydF4y2Ba

(1)物理模型和仿真方案gydF4y2Ba。最初的设计开始停止线的气体控制巷道20米外,一群水井钻探6米间隔在摄入的煤层巷道的位置。每组的水井设计9直径89毫米的水井。水井的控制范围是15米的摄入量巷道的两面,和钻孔的深度是0.5 m的屋顶。有127组钻孔设计,共计1524个洞。从2016年7月8日至5月10日,2017年,1143 predrainage水井钻探17220年面板通过气体控制巷道,累积孔长度为38290米,如图gydF4y2Ba17gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

根据天然气开采计划在31020年摄入量巷道的面板,建立的数值计算模型是COMSOL软件多重物理量,和天然气开采效果和气体迁移摄入量计算巷道的特征。模型的大小是125 m×60 m×45米,如图gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,仿真中使用的参数如表所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

根据FLACgydF4y2Ba^{3 dgydF4y2Ba}摄入巷道的应力分析小组31020年摄入量巷道的应力集中系数为1.25。因此,两套模拟和应力集中系数1.00和1.25的设计方案,在天然气开采研究应力集中的影响。仿真时间是270天。gydF4y2Ba

(2)边界条件gydF4y2Ba。钻孔负压的边界提取,提取的负压是由设备参数和煤矿的开采能力。由于低渗透煤层的屋顶和地板,它们设置为不透水边界。在边界煤层钻孔的影响范围是有限的,对结果影响不大。gydF4y2Ba

模型的边界条件如下:模型是一个固定的边界,底部的边缘滑动边界,边界煤层和岩层之间的气体不透水边界。模型的顶部受到上覆岩层的重力,和周围的模型受到水平应力。的边界提取钻孔狄利克雷边界条件设置。gydF4y2Ba

结合原位应力的测试结果和天然气开采矿山、模型的边界载荷条件如下:22gydF4y2BaβgydF4y2BaMPa应用模型的顶部,35gydF4y2BaβgydF4y2BaMPa的应用gydF4y2BaXgydF4y2Ba模型的方向,自重荷载应用于煤层和岩层,41 kPa应用负压的边界提取钻孔。gydF4y2Ba

(3)对仿真结果的分析gydF4y2Ba。河南暂行规定在2014年加强煤矿安全生产规定,当煤层的气体压力大于0.6 MPa或煤层的瓦斯含量大于6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t,煤层气体必须predrained保护性开采或底部(上)石板道路,并严禁采用当地爆发预防措施,而不是地区爆发的预防措施。残余气体压力和气体含量必须减少到小于0.6 MPa和6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba开采前/ t。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba19gydF4y2Ba显示气体压力云图与不同应力系数。从图可以看到,当压力系数为1.0,较低的气体压力区附近形成钻孔瓦斯抽放后270天,和气体压力降低到0.4 MPa∼0.65 MPa。压力系数为1.25时,气体压力是类似于1.0。gydF4y2Ba

瓦斯抽放后270天,当压力系数为1.00,气体压力峰值为0.62 MPa∼0.63 MPa,减少了37%∼38%初始气体压力。压力系数为1.25时,气体压力峰值为0.63 MPa∼0.64 MPa,减少1.59%∼1.61%,如图gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

周围的气体压力爆发点和不同的应力集中因素如图gydF4y2Ba21gydF4y2Ba。瓦斯抽放后270天,五个气体含量峰值点形式。压力系数为1.00和1.25时,气体含量峰值为6.93 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t 7.00 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t和7.06gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t 7.12 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba分别/ t。与初始气体含量相比,分别下降范围分别为53.58%和52.71%。gydF4y2Ba

根据仿真结果,原提取方案的摄入量巷道31020年面板不符合相关的要求突出预防和控制在河南省的气体压力峰值0.63 MPa和0.64 MPa高于所需的指数为0.6 MPa,气体含量峰值的7.00米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t和7.12gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t高于所需的指数6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t。gydF4y2Ba

5.2.2。分析第二进气巷道瓦斯抽放gydF4y2Ba

(1)填充方案gydF4y2Ba。在原模型的基础上,一群6水井钻直径89毫米的每12米。额外的钻孔的天然气开采是模拟的基础上进一步180天原来的模拟。根据仿真结果,应力集中系数有很大的影响在瓦斯抽放效果。为了模拟工程实际和简化模拟过程,只有一组气体排水系统方案建立了应力集中系数为1.25的模拟方案。二次钻孔后的瓦斯抽放钻孔时分析了应力集中系数是1.25。边界条件是一样的原始的边界条件,边界和钻孔后额外的孔设置狄利克雷边界条件,应用和提取的负压。gydF4y2Ba

(2)仿真结果的分析gydF4y2Ba。图gydF4y2Ba22gydF4y2Ba显示气体压力云图后第二个排水。气体、制盐进一步180天之后,明显的低压区形成的模拟区、和气体压力下降到0.1 MPa∼0.5 MPa, 23%∼75%低于原模拟方案。这时,八峰形成的气体压力点应力集中爆发点,和压力值0.39 MPa∼0.51 MPa(如图gydF4y2Ba23gydF4y2Ba)。与原模拟方案相比,气体压力峰值降低20.31%∼38.1%。气体压力能满足的需求爆发预防和控制在河南省,中国。gydF4y2Ba

周围的气体含量分布应力系数如图爆发点gydF4y2Ba24gydF4y2Ba。天然气、制盐180天之后,峰值气体含量从4.86 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t 5.14 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t, 31.16%低于原模拟方案。的气体含量能满足合格指数残余瓦斯含量不应超过6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba在中国河南省/ t。gydF4y2Ba

5.2.3。有效性的措施在31020年摄入量巷道的面板gydF4y2Ba

一组测试钻孔钻每50米的巷道。有10组,每组2洞直径为75毫米。残余瓦斯含量和残余气体压力测量在每个洞。气体压力和气体含量的结果摄入巷道31020面板如表所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和数字gydF4y2Ba25gydF4y2Ba和gydF4y2Ba26gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

补充钻探后,残余气体压力降低到0.25 MPa∼0.5 MPa,小于0.6 MPa,残余瓦斯含量减少到4.1869gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t∼5.6859gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t,小于6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t,这符合河南省的有关规定。这表明这些措施是有效的。gydF4y2Ba

5.3。分析17220年面板在摄入巷道瓦斯抽放效果gydF4y2Ba

5.3.1。模拟方案gydF4y2Ba

根据天然气开采计划在31020年摄入量巷道的面板,建立的数值模型是COMSOL软件多重物理量,和天然气开采效果和气体迁移摄入量巷道的特征进行了研究。模型的大小是100×150×3.3,如图gydF4y2Ba27gydF4y2Ba,仿真中使用的参数如表所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。根据17220年的应力分析结果面板,面板的应力集中系数为2.53。因此,模拟条件2.53和提取时间是180天。gydF4y2Ba

5.3.2。边界条件gydF4y2Ba

模型的边界条件如下:模型是一个固定的边界,底部的边缘滑动边界,边界煤层和岩层之间的气体不透水边界。模型的顶部覆岩的严重性,和周围的岩石受到压力水平。的边界提取钻孔狄利克雷边界条件设置。gydF4y2Ba

结合原位应力的测试结果和天然气提取、加载边界条件的模型如下:18.25gydF4y2BaβgydF4y2BaMPa模型的顶部,35gydF4y2BaβgydF4y2BaMPa的横向荷载gydF4y2BaXgydF4y2Ba模型的方向,煤层和岩层自重荷载,41 kPa负压的边界提取钻孔。gydF4y2Ba

5.3.3。分析仿真结果gydF4y2Ba

根据煤与瓦斯突出防治的有关规定在河南省后煤层残余瓦斯压力不应超过0.6 MPa,天然气开采和残余瓦斯含量不得超过6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t。图gydF4y2Ba28gydF4y2Ba显示了提取后的气体压力为180天。当气体压力较低区域形成井眼附近的天然气开采了180天之后,气体压力的天然气开采覆盖面积减少到0.4 MPa∼0.55 MPa。gydF4y2Ba

5.3.4。分析仿真结果gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba28gydF4y2Ba显示了提取后的气体压力为180天。气体压力较低区域形成井眼附近的天然气开采了180天之后,气体压力的天然气开采覆盖面积减少到0.4 MPa∼0.55 MPa。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba显示了排水中气体压力的分布区域。180天的补充瓦斯抽放后,明显的低压区形成的模拟区。气体压力降低到0.1 MPa∼0.42 MPa, 84%∼96%低于原模拟方案。gydF4y2Ba

这时,18气体压力峰值点前后形成应力集中爆发点,和0.42 MPa的压力。与原模拟方案相比,气体压力降低了96%。气体压力满足爆发预防和控制的有关规定。气体含量的分布曲线如图排水区域gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba。天然气开采了180天之后,气体含量为5.15 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t, 64.58%低于原模拟方案。气体内容满足有关规定煤与瓦斯突出的预防和控制。gydF4y2Ba

根据仿真结果,180天的天然气开采后,气体压力为0.42 MPa,符合合格指数为0.6 MPa,瓦斯含量是5.15米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t,符合合格指数6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t。因此,第二天然气开采后的气体压力和内容满足有关规定煤与瓦斯突出的预防和控制,并达到预期的效果。gydF4y2Ba

6。结论gydF4y2Ba

31020年相关因素的面板下面列出:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba面板31020位于突出危险区域预测的天然气地质地图。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba结构控制影响煤和岩石突出的发生。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba面板31020位于正常压力区域,没有明显的应力集中现象在自然地质条件下。gydF4y2Ba(4)gydF4y2Ba小组31020年的爆发风险概率为0.95,这是高爆发的风险。gydF4y2Ba(5)gydF4y2Ba面板的应力集中系数是2.27 - -2.35,摄入巷道的应力集中系数是1.23 - -1.25,和回采巷道的应力集中系数是1.86 - -1.95。gydF4y2Ba(6)gydF4y2Ba第二天然气开采后,气体压力为0.51 MPa和气体内容是5.14米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t。气体压力和气体内容符合相关要求的煤与瓦斯突出的预防和控制。gydF4y2Ba

煤与瓦斯突出发生在11月25日,2017年,31020年小组目前没有被开采。gydF4y2Ba

17220年相关因素的面板下面列出:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba面板17220位于突出危险区域预测的天然气地质地图。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba结构几乎没有影响煤和岩石突出的发生。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba面板17220位于正常压力区域,没有明显的应力集中现象在自然地质条件下。gydF4y2Ba(4)gydF4y2Ba面板的爆发风险概率17220是0.90到0.95,这是高爆发的风险。gydF4y2Ba(5)gydF4y2Ba17220年面板的应力集中系数是2.37 - -2.53,摄入巷道的应力集中系数为1.20,和回采巷道的应力集中系数是2.08 - -2.14,这就增加了煤与瓦斯突出等动力灾害的风险。gydF4y2Ba(6)gydF4y2Ba采用瓦斯抽放措施后,气体压力值为0.42 MPa,气体含量值是5.15gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ t,气体压力和气体含量达到煤与瓦斯突出的预防和控制。gydF4y2Ba(7)gydF4y2Ba面板17220已经安全地恢复。gydF4y2Ba

通过比较的相关因素之间的动态灾害面板31020年和17220年板,两板相同的结果在五个相关因素,如天然气地质条件、应力条件下,风险概率条件下,开采条件,风险控制措施。只有结构性条件是不同的,这表明结构性条件是煤与瓦斯突出的重要相关因素。gydF4y2Ba

命名法gydF4y2Ba

米gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	气体质量单位体积gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	时间gydF4y2Ba
▽:gydF4y2Ba	哈密顿算符gydF4y2Ba
pgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	气体密度gydF4y2Ba
ugydF4y2Ba:gydF4y2Ba	裂缝中气体迁移速度gydF4y2Ba
问gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	源项gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的孔隙度gydF4y2Ba
ρgydF4y2BagsgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	标准条件下的气体密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2BacgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的密度gydF4y2Ba
VgydF4y2BalgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	朗缪尔体积常数gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤层的气体压力gydF4y2Ba
pgydF4y2BalgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	朗缪尔压力恒定gydF4y2Ba
kgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的渗透率gydF4y2Ba
μgydF4y2BaggydF4y2Ba:gydF4y2Ba	动态粘度的气体gydF4y2Ba
bgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	Klingberg因素gydF4y2Ba
εgydF4y2BaijgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的应变gydF4y2Ba
σgydF4y2BaijgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的压力gydF4y2Ba
δgydF4y2BaijgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	克罗内克因素gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	剪切模量的煤gydF4y2Ba
DgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的等效弹性模量gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的弹性模量gydF4y2Ba
lgydF4y2BafgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	改进后的断裂刚度的煤炭gydF4y2Ba
凯西:gydF4y2Ba	煤的体积弹性模量gydF4y2Ba
KgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的体积弹性模量gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的弹性模量gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	泊松比的煤gydF4y2Ba
αgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	毕奥有效应力系数gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的气体吸附应变骨架gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba0gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	煤的初始孔隙度gydF4y2Ba
εgydF4y2BalgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	朗缪尔应变不变gydF4y2Ba
∆pgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	在煤层瓦斯压力的变化gydF4y2Ba
kgydF4y2Ba0gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	初始裂缝渗透率gydF4y2Ba
βgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	应力集中系数。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(批准号。51904145,51674135,51674135,51304110),辽宁省自然科学基金项目指导性计划(批准号2019 - zd - 0045),辽宁省教育部项目(批准号LJ2019JL007),国家标准修订项目的基金2017年中国煤炭工业协会(批准号。18 - 1005),和辽宁科技大学的博士研究启动基金(批准号。18 - 1010)。gydF4y2Ba