發(fā)布時間：2017-09-18 15:00

  本文關(guān)鍵詞：掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 煤與瓦斯突出 瓦斯涌出 臨界慢化 瓦斯含量 數(shù)值模擬

【摘要】：隨著煤礦開采深度的延伸,地應(yīng)力、瓦斯壓力越來越大,煤與瓦斯突出災(zāi)害日趨嚴(yán)重、復(fù)雜,低指標(biāo)突出、低參數(shù)突出及頂?shù)装鍘r巷突出等時有發(fā)生。傳統(tǒng)的預(yù)測手段已經(jīng)不能完全滿足礦井的安全、高效開采需求,煤與瓦斯突出的防治急需準(zhǔn)確、實時的監(jiān)測預(yù)警。煤與瓦斯突出的發(fā)生是一個復(fù)雜的煤體在應(yīng)力與瓦斯耦合作用下動態(tài)演化過程。對此,本文對煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)進(jìn)行深入研究,分析含瓦斯煤受載破壞前及掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出前的瓦斯涌出規(guī)律,研究工作面瓦斯涌出動態(tài)模型、瓦斯含量反演模型及瓦斯涌出的主要影響因素,建立煤與瓦斯突出實時預(yù)警指標(biāo)體系,提出煤與瓦斯突出危險性的預(yù)警方法,開發(fā)煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警軟件并進(jìn)行驗證。本文取得了以下成果:建立了含瓦斯煤受載破壞瓦斯涌出監(jiān)測實驗系統(tǒng),分析了不同加載速度、吸附壓力和圍壓條件下含瓦斯煤受載破壞過程的瓦斯涌出規(guī)律,發(fā)現(xiàn)含瓦斯煤受載破壞前瓦斯涌出具有臨界慢化的特征,瓦斯涌出的方差及自相關(guān)系數(shù)的增大趨勢反映了含瓦斯煤受載破壞的前兆信息。研究了九里山等典型突出礦井掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出前的瓦斯涌出異常特征,發(fā)現(xiàn)煤與瓦斯突出危險前,瓦斯涌出量主要表現(xiàn)出升高型、波動型和先降后升型三類異常前兆類型,并表現(xiàn)出臨界慢化的特征。瓦斯涌出升高型主要是由于工作面具有較高的瓦斯壓力梯度,隨著掘進(jìn)的進(jìn)行,工作面瓦斯涌出將持續(xù)升高,同時也極易造成典型的煤與瓦斯突出;瓦斯涌出波動型主要是由于煤層深部存在高地應(yīng)力、高瓦斯壓力,在掘進(jìn)等外力擾動下,煤體發(fā)生陣發(fā)性的變形破裂,導(dǎo)致瓦斯涌出的異常波動;瓦斯涌出先降后升型主要發(fā)生在地應(yīng)力異常增大區(qū)域,煤體受到高應(yīng)力的強(qiáng)烈壓縮,瓦斯的滲流通道被擠壓導(dǎo)致連通性較差,形成了低滲透區(qū)域,瓦斯涌出逐漸降低,隨著掘進(jìn)的進(jìn)行,采掘應(yīng)力疊加高地應(yīng)力逐漸破壞了瓦斯的賦存環(huán)境,煤層裂隙逐漸增多,瓦斯?jié)B流通道增多且貫通,瓦斯涌出逐漸增大。根據(jù)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的來源,建立了考慮損傷的有效應(yīng)力、煤體吸附瓦斯膨脹效應(yīng)和孔隙壓力壓縮煤體骨架綜合作用及其對滲透率影響的、能夠反映瓦斯涌出動態(tài)特征的瓦斯涌出模型及瓦斯含量反演模型;對掘進(jìn)工作面瓦斯涌出主要影響因素進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,瓦斯壓力及應(yīng)力的增大、掘進(jìn)速度的加快、煤層厚度及煤體強(qiáng)度的變化導(dǎo)致應(yīng)力梯度或瓦斯壓力梯度或二者皆增大,工作面煤與瓦斯突出危險性增強(qiáng),瓦斯涌出表現(xiàn)出升高、降低等異常特征,揭示了煤與瓦斯突出前瓦斯涌出異常前兆的產(chǎn)生機(jī)制。在上述研究基礎(chǔ)上,建立了包括表征瓦斯涌出臨界慢化特征的方差、自相關(guān)系數(shù)、瓦斯含量、聲發(fā)射及電磁輻射的煤與瓦斯突出實時預(yù)警指標(biāo)體系,提出了費(fèi)歇判別與模糊綜合預(yù)測相結(jié)合的煤與瓦斯突出的協(xié)同耦合預(yù)警方法,開發(fā)了煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警軟件,對煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明:采用費(fèi)歇判別與模糊綜合預(yù)測相結(jié)合的煤與瓦斯突出的協(xié)同耦合預(yù)警方法共監(jiān)測72次,預(yù)警有突出危險7次,5次得到了常規(guī)指標(biāo)超標(biāo)或噴孔等突出危險的驗證;采用費(fèi)歇判別與模糊綜合預(yù)測相結(jié)合的煤與瓦斯突出的協(xié)同耦合預(yù)警方法有效的避免了漏報,提高了預(yù)警準(zhǔn)確性。本文的研究成果對煤與瓦斯突出防治具有重要的理論意義和實踐價值。
【關(guān)鍵詞】：煤與瓦斯突出 瓦斯涌出 臨界慢化 瓦斯含量 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD713.2
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-23
• 變量注釋表23-24
• 1 緒論24-34
• 1.1 研究目的及意義24-25
• 1.2 煤與瓦斯突出研究現(xiàn)狀25-32
• 1.3 存在問題及不足32
• 1.4 主要研究內(nèi)容及研究方法32-34
• 2 含瓦斯煤受載破壞的實驗研究34-59
• 2.1 含瓦斯煤受載破壞瓦斯涌出監(jiān)測實驗系統(tǒng)及試樣34-37
• 2.2 實驗內(nèi)容及步驟37-38
• 2.3 實驗結(jié)果38-49
• 2.4 含瓦斯煤受載破壞前的瓦斯涌出異常研究49-57
• 2.5 本章小結(jié)57-59
• 3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出異常特征研究59-79
• 3.1 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出規(guī)律59-71
• 3.2 煤與瓦斯突出危險前的瓦斯涌出異常響應(yīng)研究71-75
• 3.3 煤與瓦斯突出前瓦斯涌出的臨界慢化特征75-77
• 3.4 本章小結(jié)77-79
• 4 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的動態(tài)模型及影響因素研究79-100
• 4.1 瓦斯涌出動態(tài)模型79-87
• 4.2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出影響因素的數(shù)值模擬研究87-99
• 4.3 本章小結(jié)99-100
• 5 煤與瓦斯突出預(yù)警方法研究100-119
• 5.1 煤與瓦斯突出實時預(yù)警指標(biāo)體系100-102
• 5.2 煤與瓦斯突出預(yù)警方法102-108
• 5.3 煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)108-112
• 5.4 煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警軟件112-117
• 5.5 本章小結(jié)117-119
• 6 煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的驗證119-136
• 6.1 礦井及工作面概況119-120
• 6.2 預(yù)警技術(shù)的驗證120-135
• 6.3 本章小結(jié)135-136
• 7 全文總結(jié)、創(chuàng)新點及展望136-139
• 7.1 全文總結(jié)136-137
• 7.2 創(chuàng)新點137-138
• 7.3 展望138-139
• 參考文獻(xiàn)139-152
• 作者簡歷152-154
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集154

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：876194