深部煤层瓦斯含量分阶赋存规律及其与突出危险的关联
赵伟1
董虎子1
闫志达1
王凯1
舒龙勇2
冯忠凯1
卢守青3
胡科4
1.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000832.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京 1000133.青岛理工大学机械与汽车工程学院,山东青岛 2660334.阿尔伯塔大学土木与环境工程学院,埃德蒙顿T6G1H9
摘要：我国目前采用的煤与瓦斯突出区域预测指标包括瓦斯压力和瓦斯含量2种,在不同矿区两者对突出危险的敏感性不一.煤与瓦斯突出机理是合理制定突出危险性预测指标的基础,"本源瓦斯主控说"突出机理暗示瓦斯含量在深部条件下对突出危险的敏感性要高于瓦斯压力.为了检验上述推论的正确性,对比选取了具有高地温、高压力特征的平煤八矿作为典型研究对象,其高地温与高压力特点使得深部煤层瓦斯赋存规律与浅部不同,瓦斯含量在某一"临界深度"以下产生负增长,导致瓦斯赋存规律呈现分阶特征,与瓦斯压力的线性递增赋存规律产生明显差别.采用理论计算、试验分析、数值模拟与现场验证相结合的方法,首先理论计算了平煤八矿瓦斯含量分阶赋存规律,并建立了考虑温度与压力竞争效应的固-流-热三场耦合模型,分析出现瓦斯含量随深度逆向减小的影响因素;然后对比地勘/采动时期的瓦斯含量和瓦斯压力的差异化赋存规律,验证了理论研究和数值模拟的研究结果;之后理论分析了研究矿区的突出能量纵向分布规律,并以现场瓦斯涌出量以及突出事故案例,对突出危险性分阶分布特征进行了正面和侧面验证;最后比较分析了深部条件下瓦斯压力与瓦斯含量对突出危险的敏感性差异,阐明了造成两者差异的内在原因.论文研究显示:深部逐渐增高的地温以及压力对瓦斯含量形成了竞争作用,使得瓦斯含量在某一深度以下可能产生负增长现象,形成临界深度.临界深度的大小受到地温梯度、吸附能力以及温度敏感系数等因素影响."本源瓦斯主控说"强调吸附瓦斯在突出中的主控作用,在临界深度以深,瓦斯含量对突出危险的敏感性要大于瓦斯压力.尤其对于构造煤而言,瓦斯含量的区域预测指标要更为敏感可靠.论文研究成果从宏观角度验证了"本源瓦斯主控说"的正确性,对于深部煤岩瓦斯动力灾害防治具有一定的指导意义.
关键词：瓦斯含量临界深度突出能量突出敏感性指标地温
分类号：TD712.2(矿山安全与劳动保护)TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52374250)国家自然科学基金(52130409)北京市自然科学基金资助项目(8222070)
论文发表日期：2025-03-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 1555-1568 )
英文信息