基于能量平衡模型的煤与瓦斯突出影响因素的灵敏度分析

发布时间：2018-01-28 19:09

  本文关键词： 采矿工程 煤与瓦斯突出 能量条件 突出强度 影响因素 灵敏度　出处：《岩石力学与工程学报》2015年02期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：针对煤与瓦斯突出机制尚不明确、影响因素复杂的问题,在对煤与瓦斯突出的阶段特征和能量耗散规律分析的基础上,考虑到煤岩体应力场分布和突出孔洞特征,建立煤与瓦斯突出三维结构模型,并基于该模型引入围岩弹性潜能,并根据突出后煤体的堆积状态和断裂表面能,计算得出移动功和破碎功,从而构建突出能量条件模型和突出强度预测模型,并结合突出案例进行验证。同时在突出能量条件模型基础上,采用Morris筛选法对突出影响因素的灵敏度进行分析。研究结果表明:瓦斯内能是瓦斯突出的最主要能量来源,在突出过程中起主导作用,突出能量条件模型和强度预测模型的分析结果与实际突出案例偏差较小,可作为突出灾害的预测和分析依据;中梁山矿和化处矿的突出案例中,对于突出强度、瓦斯涌出量和突出能量,吨煤瓦斯含量为主导因素,灵敏度最大,其次是瓦斯扩散系数、瓦斯压力和孔隙率,而岩石的相关参数的灵敏度接近0。
[Abstract]:Aiming at the problem that the mechanism of coal and gas outburst is not clear and the influencing factors are complex, the characteristics of coal and gas outburst and the law of energy dissipation are analyzed. Considering the stress field distribution of coal and rock mass and the characteristics of outburst holes, a three-dimensional structure model of coal and gas outburst is established. Based on the model, the elastic potential of surrounding rock is introduced, and according to the accumulation state of outburst coal body and fracture surface energy. The model of outburst energy condition and outburst strength prediction model are constructed and verified by combining outburst cases. At the same time, the outburst energy condition model is based on the outburst energy condition model. The sensitivity of influencing factors of outburst is analyzed by Morris screening method. The results show that the inner energy of gas is the main energy source of gas outburst and plays a leading role in the process of outburst. The analysis results of outburst energy condition model and intensity prediction model are smaller than those of actual outburst cases, which can be used as the basis for prediction and analysis of outburst disasters. In the outburst cases of Zhongliangshan Mine and Huazhou Mine, the main factors are outburst intensity, gas emission and outburst energy, and the gas content per ton of coal is the leading factor, and the sensitivity is the greatest, followed by the gas diffusion coefficient, gas pressure and porosity. The sensitivity of the related parameters of rock is close to 0.
【作者单位】： 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地;山东科技大学矿业与安全工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51304128) 山东省自然科学基金资助项目(ZR2013EEQ015) 中国博士后科学基金资助项目(2013M541942)
【分类号】：TD713
【正文快照】： 1引言煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种危害性极大的动力灾害,是煤矿井下含瓦斯煤流瞬间抛向采掘空间的一种复杂动力现象,严重威胁矿井的安全生产[1-3]。我国是煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一,随着矿井开采深度和强度的加大,煤层渗透率降低,瓦斯含量和瓦斯压力增大,地质

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 文光才;煤与瓦斯突出能量的研究[J];矿业安全与环保;2003年06期

2 朱鹤勇;煤体结构对瓦斯突出能量的影响[J];阜新矿业学院学报(自然科学版);1991年01期

3 李希建;林柏泉;;煤与瓦斯突出机理研究现状及分析[J];煤田地质与勘探;2010年01期

4 胡千庭;周世宁;周心权;;煤与瓦斯突出过程的力学作用机理[J];煤炭学报;2008年12期

5 谢雄刚;冯涛;王永;黄寿元;;煤与瓦斯突出过程中能量动态平衡[J];煤炭学报;2010年07期

6 蓝航;潘俊锋;彭永伟;;煤岩动力灾害能量机理的数值模拟[J];煤炭学报;2010年S1期

7 魏风清;史广山;张铁岗;;基于瓦斯膨胀能的煤与瓦斯突出预测指标研究[J];煤炭学报;2010年S1期

8 王刚;程卫民;谢军;周刚;;瓦斯含量在突出过程中的作用分析[J];煤炭学报;2011年03期

9 蒋承林，，俞启香;煤与瓦斯突出过程中能量耗散规律的研究[J];煤炭学报;1996年02期

10 李成武;解北京;曹家琳;王亭亭;王雪颖;;煤与瓦斯突出强度能量评价模型[J];煤炭学报;2012年09期

相关博士学位论文 前1条

1 谢雄刚;石门揭煤过程煤与瓦斯突出的注液冻结防治理论及技术研究[D];中南大学;2010年

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 尹光志;李晓泉;蒋长宝;李高帅;蔡波;;石门揭煤过程中煤与瓦斯延期突出模拟实验[J];北京科技大学学报;2010年07期

2 孙东生;王连捷;赵卫华;王红才;;地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用[J];中国地质;2010年01期

3 张小东;刘浩;刘炎昊;苏现波;;煤体结构差异的吸附响应及其控制机理[J];地球科学(中国地质大学学报);2009年05期

4 范俊佳;琚宜文;侯泉林;谭静强;卫明明;;不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性[J];地学前缘;2010年05期

5 孙叶;谭成轩;孙炜锋;王瑞江;吴树仁;陈群策;;煤瓦斯突出研究方法探索[J];地质力学学报;2007年01期

6 张松航;汤达祯;唐书恒;许浩;林文姬;张彪;;鄂尔多斯盆地东缘煤储层微孔隙结构特征及其影响因素[J];地质学报;2008年10期

7 林伯泉;用落锤法测定煤体坚固性系数f值的有关参数分析[J];煤炭工程师;1988年06期

8 梁运培;;突出煤层放顶煤开采的危险性分析[J];矿业安全与环保;2007年05期

9 孟贤正;程国建;夏永军;曹建军;;矿井深部煤系地层岩巷掘进砂岩突出机理分析[J];矿业安全与环保;2010年01期

10 夏永军;杨慧明;唐兵;;煤巷炮掘过程围岩应力场演化规律的数值研究[J];矿业安全与环保;2010年03期

相关会议论文 前10条

1 毛飞;唐建新;赵宁德;李志强;陈久福;;重庆地区煤体孔和裂隙特征与特低渗透的关系[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年

2 武光辉;石军宏;何涛;;高瓦斯矿井立井井筒快速揭煤实践研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2011）[C];2011年

3 王兴阵;严家平;;煤与瓦斯突出的流体构造动力学机制探讨[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年

4 黄旭超;王克全;孙东玲;;提高采掘速度对煤与瓦斯突出发生的影响[A];全国煤矿井下安全避险及瓦斯治理技术理论与实践[C];2011年

5 武光辉;石军宏;;高瓦斯全深冻结立井快速揭煤技术[A];全国煤矿井下安全避险及瓦斯治理技术理论与实践[C];2011年

6 李学臣;;提高掘进巷道防突抗灾能力的技术与途径[A];第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2008年

7 杨慧明;唐兵;文光才;;煤巷炮掘过程中围岩应力运移规律研究[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会交流论文（部分）[C];2009年

8 牛森营;;豫西煤厚变化规律及其对煤与瓦斯突出的控制[A];瓦斯地质基础与应用研究[C];2011年

9 金洪伟;胡千庭;刘延保;;煤与瓦斯突出激发的失稳机理[A];第六届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2011年

10 李明;姜波;兰凤娟;张贵山;;黔西发耳煤矿煤层气成藏特征研究[A];2011年煤层气学术研讨会论文集[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年

2 肖知国;煤层注水抑制瓦斯解吸效应实验研究与应用[D];河南理工大学;2010年

3 张飞燕;高应力高突区域煤巷快速掘进灾害防治技术研究[D];武汉理工大学;2010年

4 张松航;煤储层气体运移特征和CO_2-ECBM数值模拟研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

5 陶树;沁南煤储层渗透率动态变化效应及气井产能响应[D];中国地质大学（北京）;2011年

6 齐黎明;卸压密闭煤层瓦斯含量测定技术研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

7 刘超;采动煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及微震预警方法研究[D];大连理工大学;2011年

8 杨力;基于小样本数据的矿井瓦斯突出风险评价[D];中国科学技术大学;2011年

9 孟筠青;煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出理论与技术研究[D];中国矿业大学（北京）;2011年

10 王立锋;预热烧蚀瑞利—泰勒不稳定性射流状尖钉形成机制[D];中国矿业大学（北京）;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 王利强;突出煤层水力径向压裂石门快速揭煤技术研究及应用[D];河南理工大学;2010年

2 孙锐;泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D];河南理工大学;2010年

3 刘文伍;杉木树矿井瓦斯地质规律及瓦斯预测研究[D];河南理工大学;2010年

4 任子阳;阳泉无烟煤对CH_4、CO_2吸附特性研究[D];河南理工大学;2010年

5 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年

6 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年

7 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年

8 李晓华;水分对阳泉3号煤层瓦斯解吸规律影响的实验研究[D];河南理工大学;2010年

9 侯雪;开挖引起的煤岩变形损伤及界面破裂数值模拟[D];沈阳工业大学;2011年

10 温志辉;构造煤瓦斯解吸规律的实验研究[D];河南理工大学;2008年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘明举,刘彦伟,何学秋,王恩元;用电磁辐射法预测煤与瓦斯突出的实验理论基础[J];安全与环境学报;2003年04期

2 汪仁和,曹荣斌;双排管冻结下冻结壁温度场形成特征的数值分析[J];冰川冻土;2002年02期

3 陈继,程国栋,张喜发;分层冻胀量的观测方法研究[J];冰川冻土;2004年04期

4 郭德勇,韩德馨,王新义;煤与瓦斯突出的构造物理环境及其应用[J];北京科技大学学报;2002年06期

5 杨天鸿,徐涛,冯启言,唐春安;脆性岩石破裂过程渗透性演化试验[J];东北大学学报;2003年10期

6 杨利民,李晓东,张波,刘鸿绪;深季节冻土区地基土的冻胀性[J];低温建筑技术;2003年06期

7 徐士良,汪仁和;人工地层冻结温度场试验台设计和研究[J];低温建筑技术;2004年05期

8 程国栋;冻土力学与工程的国际研究新进展——2000年国际地层冻结和土冻结作用会议综述[J];地球科学进展;2001年03期

9 柴军瑞,韩群柱;岩体渗流场与温度场耦合的连续介质模型[J];地下水;1997年02期

10 孙叶;谭成轩;孙炜锋;王瑞江;吴树仁;汪西海;陈群策;;煤瓦斯突出研究现状及其研究方向探讨[J];地质力学学报;2008年02期

相关会议论文 前2条

1 郑哲敏;;从数量级和量纲分析看煤与瓦斯突出的机理[A];郑哲敏文集[C];2004年

2 蔡成功;;煤与瓦斯突出三维模拟理论及实验研究[A];瓦斯地质研究与应用——中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会第三次全国瓦斯地质学术研讨会[C];2003年

相关博士学位论文 前5条

1 凌同华;爆破震动效应及其灾害的主动控制[D];中南大学;2004年

2 程知言;浅表隧道工程多冷源冻结温度、应力、水分场耦合研究[D];中南大学;2003年

3 张国辉;煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D];辽宁工程技术大学;2005年

4 张玉贵;构造煤演化与力化学作用[D];太原理工大学;2006年

5 李启月;深孔爆破破岩能量分析及其应用[D];中南大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 张占存;水份对煤的瓦斯吸附特性影响的实验研究[D];煤炭科学研究总院;2004年

2 崔积弘;隧道掘进爆破振动的数值模拟研究[D];山东科技大学;2005年

3 蔡峰;煤巷掘进过程中煤与瓦斯突出机理的研究[D];安徽理工大学;2005年

4 姚尚文;高瓦斯低透气性煤层强化增透抽放瓦斯技术研究[D];安徽理工大学;2005年

5 崔灏;三圈管冻结壁形成特性的试验研究[D];安徽理工大学;2005年

6 贾虎;爆破动载作用下邻近硐室围岩稳定性的研究[D];安徽理工大学;2006年

7 穆朝民;潘三矿煤巷掘进中煤与瓦斯突出过程的数值模拟[D];安徽理工大学;2006年

8 程建圣;立井掘进过程中的煤与瓦斯突出动力现象研究[D];安徽理工大学;2006年

9 徐西亮;煤体固化石门揭煤防突技术研究[D];安徽理工大学;2007年

10 孟宪明;煤孔隙结构和煤对气体吸附特性研究[D];山东科技大学;2007年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张许良,彭苏萍,张子戌,袁崇孚;煤与瓦斯突出敏感地质指标研究[J];煤田地质与勘探;2003年02期

2 蔡成功,张建国;煤与瓦斯突出规律的分析探讨[J];煤矿安全;2003年12期

3 浦峰;大湾煤矿煤与瓦斯突出与地质因素的关系[J];矿业安全与环保;2003年S1期

4 张纯明,黄华;对一起煤与瓦斯突出事故的几点思考[J];矿业快报;2003年12期

5 伍爱友,肖红飞,王从陆,何利文;煤与瓦斯突出控制因素加权灰色关联模型的建立与应用[J];煤炭学报;2005年01期

6 秦汝祥;煤与瓦斯突出预报研究现状综述[J];能源技术与管理;2005年01期

7 孙树庭;;煤与瓦斯突出机理及无接触预测[J];淮南职业技术学院学报;2006年01期

8 魏乐平;金及河;陈和平;;煤与瓦斯突出几个难点问题的探讨[J];江西煤炭科技;2006年02期

9 石坚胜;李希建;杨文寿;;煤与瓦斯突出预报研究[J];矿业快报;2008年02期

10 张英;丁永杰;刘成军;;鹤壁六矿煤与瓦斯突出特点及其控制因素分析[J];煤炭工程;2008年04期

相关会议论文 前10条

1 石显新;;矿井煤与瓦斯突出的连续预测技术及系统[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

2 汪宗华;尹怀德;金春和;;英岗岭矿区煤与瓦斯突出相关因素浅析[A];瓦斯地质研究与应用——中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会第三次全国瓦斯地质学术研讨会[C];2003年

3 郑哲敏;;从数量级和量纲分析看煤与瓦斯突出的机理[A];郑哲敏文集[C];2004年

4 王兴阵;严家平;;煤与瓦斯突出的流体构造动力学机制探讨[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年

5 苏广福;邓相武;付汉东;;滴道盛和煤矿立井煤与瓦斯突出地质原因分析[A];基于瓦斯地质的煤矿瓦斯防治技术[C];2009年

6 赵志刚;胡千庭;耿延辉;;煤与瓦斯突出模拟试验系统[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会交流论文（部分）[C];2009年

7 赵旭生;邹云龙;;近两年我国煤与瓦斯突出事故分析及对策[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会交流论文（部分）[C];2009年

8 王升宇;陈维良;刘晓冬;祁廷宝;惠金杰;;依靠科技进步 有效防治煤与瓦斯突出[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会论文集[C];2009年

9 徐德智;李秋林;;杨家矿井煤与瓦斯突出综合防治技术[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会论文集[C];2009年

10 罗国辉;;恩洪煤矿二号井防治煤与瓦斯突出技术分析[A];中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前10条

1 褚建萍;煤与瓦斯突出防治的创新成果[N];中国能源报;2012年

2 李毅邋记者 张煜 曹琨;抓好煤与瓦斯突出防治工作[N];六盘水日报;2008年

3 记者 谢必如　特约记者 白文起;煤与瓦斯突出实时诊断系统研发成功[N];地质勘查导报;2010年

4 中国矿业大学安全工程学院博士研究生 杨威;如何防治煤与瓦斯突出[N];中国能源报;2010年

5 中国矿业大学安全工程学院硕士研究生 谢绍东;减少煤与瓦斯突出事故的根本[N];中国能源报;2010年

6 本报记者;国务院严处平禹四矿特大煤与瓦斯突出事故[N];中国煤炭报;2011年

7 本报记者;国家安全监管总局国家煤监局通报贵州“10·4”重大煤与瓦斯突出事故[N];中国煤炭报;2011年

8 本报记者 那子奇;近期煤与瓦斯突出事故的警示[N];中国煤炭报;2007年

9 记者 刘宏;全国防治煤与瓦斯突出现场会举行[N];中国煤炭报;2008年

10 综合;《防治煤与瓦斯突出规定》实施[N];中国矿业报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 陈祖云;煤与瓦斯突出前兆的非线性预测及支持向量机识别研究[D];中国矿业大学;2009年

2 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年

3 单智勇;煤巷掘进煤与瓦斯突出事故抑制技术研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

4 吴祥;煤与瓦斯突出事故链控制及应用研究[D];中国矿业大学;2010年

5 陆卫东;煤与瓦斯突出微观机理的基础研究[D];辽宁工程技术大学;2009年

6 高雷阜;煤与瓦斯突出的混沌动力系统演化规律研究[D];辽宁工程技术大学;2006年

7 赵志刚;煤与瓦斯突出的耦合灾变机制及非线性分析[D];山东科技大学;2007年

8 邓明;煤与瓦斯突出早期辨识与实时预警技术研究[D];安徽理工大学;2010年

9 杨恒;鹤壁八矿煤与瓦斯突出危险性预测研究[D];辽宁工程技术大学;2010年

10 欧建春;煤与瓦斯突出演化过程模拟实验研究[D];中国矿业大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 亓新瑞;层次分析法和模糊概率相结合判定煤与瓦斯突出危险性[D];太原理工大学;2012年

2 程明俊;煤渗透性能及煤与瓦斯突出过程模拟实验研究[D];重庆大学;2008年

3 王栓林;煤与瓦斯突出危险性实时跟踪预测技术研究[D];西安科技大学;2009年

4 李俊亮;声发射预测煤与瓦斯突出危险性技术研究[D];西安科技大学;2009年

5 杨运峰;基于系统控制的义安矿业煤与瓦斯突出防治研究[D];天津大学;2010年

6 马曙;贵州煤矿煤与瓦斯突出主控因素及规律研究[D];贵州大学;2009年

7 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年

8 吴鑫;不同煤粉粒径条件下煤与瓦斯突出模拟实验研究[D];重庆大学;2010年

9 许鸿杰;煤与瓦斯突出及持续发生的多尺度理论研究[D];西安科技大学;2010年

10 穆朝民;潘三矿煤巷掘进中煤与瓦斯突出过程的数值模拟[D];安徽理工大学;2006年

本文编号：1471304