煤炭工业出版社论文集

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煤矿安全管理问题及对策论文

煤矿安全管理问题及对策论文

在日复一日的学习、工作生活中，许多人都写过论文吧，论文是对某些学术问题进行研究的手段。那么问题来了，到底应如何写一篇优秀的论文呢？以下是我帮大家整理的煤矿安全管理问题及对策论文，欢迎大家分享。

摘要 ：

山西省是中国的煤炭产业大省，分析山西省煤炭产业安全现状，着重探讨山西省煤炭安全生产管理中存在的问题及原因，并据此提出提高生产安全管理水平的对策，以期使煤炭产业朝着更好的方向发展。

关键词：

煤炭安全管理；安全生产；解决对策

引言

山西省煤炭储量很丰富，为了适应经济发展的需要，对煤炭的开采在不断扩大，这在很大程度上对山西省的经济发展起到极大的推动作用。但是受山西省地质结构等影响，要更多的注意煤炭安全开采工作，在发展煤炭产业时，做好煤炭安全管理工作是保证煤炭产业正常发展的必要前提。尽管现在引入了一些新技术，但是开采煤矿本来就是一件充满危险的工作，矿底的情况充满了不确定性，因此就更要重视煤矿开采的安全问题。煤炭产业要想发展，就必须做好相应的防护措施，最大限度地减少意外事故的发生。本文针对当前山西省煤炭产业安全管理工作的现状进行分析，并且对加强煤炭产业安全管理工作提出了一些建议，希望能够对增强煤炭安全管理工作起到一定作用。

一、山西省煤炭产业安全现状分析

山西省的很多煤矿都是在地下作业，加上地形的影响，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、冲击地压和顶板事故等频发，而且毫无节制的开采导致开采条件更加复杂化，也带来更多的安全问题。山西煤矿生产管理主要表现在以下方面：a)煤矿周围自然环境差，地质结构复杂，这就容易造成灾害；b)矿井数量很多，但各自开采，导致矿井林立，生产能力分散且低下，对于煤炭资源的浪费严重；c)受山西省经济发展限制，机器比较落后，机械化程度低且安全设施并不合理；d)参与煤矿开采的工人都是一些没有专业知识的劳动者，综合素质差。山西省很多煤矿安全管理工作都是通过工作人员的主观意志和经验进行管理，这种方式很容易受到管理者的自我心理因素的影响，不利于煤炭安全管理工作的落实[1-2]。

二、山西省煤炭安全生产管理中存在的问题及原因

煤炭开采是一项高危作业，在煤炭产业的发展中，总是受到很多因素的制约，如设备落后、地质条件影响等都不利于煤炭产业的发展，同时也容易引发安全管理工作中的问题。

2.1煤炭安全管理技术落后

因为煤矿产业是一个很庞大的产业，但是在山西省的很多地方对煤矿安全管理工作还是停留在20世纪的生产总承包制，没有形成多元的企业结构，没有广泛地使用高新技术，依然保留着传统的、以生产经营成本管理为核心的方式，同时煤炭安全管理工作没有形成逐层负责的机制，这就在整体上使山西省的煤矿安全管理技术水平落后。

2.2开采煤矿存在的安全隐患

山西省目前煤炭生产方面缺少专业的人员指导，因为山西煤炭资源丰富，但是大多煤矿都是私人产业，由于经营者对于煤炭的了解并不是很多，很多工人都是外地来的打工者，他们在工作前都没有进行详细的员工培训，这样就很容易导致事故发生。同时，因为煤矿工人的上班时间远远超出了正常的工作时间，平均时间都在10h～14h，在长时间的黑暗中工作并且没有得到足够的休息，极易发生意外事故[3]。

2.3缺乏有效的安全监管

中国对煤炭工业安全监管的基本机构是国家煤矿安全监察局及以下的各省煤炭安全监察局，但是，各省内的煤炭安全管理监察体系就没有那么详细了。山西省内因为从事煤炭方面的工作者数量很多，并没有全面的煤炭安全管理监察体系，这就导致山西省内的煤炭安全管理监察工作不完善。同时，在山西省很多煤矿企业内部并没有达到国家对煤炭安全管理监察的标准，不能做到对于煤矿危险源的监控动态化、系统化，导致监察工作不能很好的落实。

2.4灾害的认识及防范措施不足

近年，国家加大了对煤炭产业的管理和监督力度，注重对煤矿生产和经营者的安全管理培训，煤矿工作人员及管理者的素质都有了很大提升。由于近年开采煤矿的数量增多，但对地质资料不了解，使得开采难度增大了很多。同时，过分重视生产而忽视安全工作，导致发生地表坍塌、人员伤亡、瓦斯爆炸事故，这些事故都证明了山西省目前煤炭安全管理工作并不健全[4]。

三、对策分析

3.1建立煤矿生产过程人员管理电子监控系统

煤矿作业是一个很危险的工作，难免会有意外事故的发生。在一些矿井中，会存在隐瞒不报的问题，针对这种情况，需要煤炭安全管理部门提高现有的技术管理手段，改变传统的监督、监察方法，加强对矿下工作人员的监测，同时重视工作人员的`考勤系统，确保能够及时了解矿下工作人员的安全情况。同时，可以安装RFID射频识别系统，加强对人、车、物等信息数据的采集，更好地监测矿井情况，引进新的技术尽可能做到对于矿下工作人员的安全管理。

3.2引进新技术重视管理

不论何种行业，安全生产都是第一位，尤其在煤炭开采工作中，更要重视从业人员的专业技能、安全观念、最长工作时间、最低薪酬标准等。在矿下工作，要做到人与机器的有效配合才能达到更好的工作效率。要想安全管理工作能够更好地实施，就需要加强操作人员作业的可靠性及机器的稳定性。同时，也要做到安全的物流管理，及时传递生产工序中的安全物品，从而降低事故发生频率，更好地促进安全生产管理工作。

3.3应用信息技术远程实时监测危险源

为了更好地达到对煤矿生产安全管理工作的监管，就需要合理运用传感器，在生产过程中可以及时收集数据信息，通过网络及时传送到煤炭安全管理中心，达到远程监控的目的。同时，也要设计好传感器的灵敏度，做到提前预警，从而减少事故发生的频率[5]。

3.4加快资源整合

山西省煤矿众多，这就吸引了很多投资商去开采煤矿，但是为了更好地保证煤矿开采的安全管理工作，需要对众多小煤矿进行资源整合：清理越层开采的小煤窑，严厉打击非法开采的小煤矿，大力惩治非法开采者。采取一系列强有力的整治措施能在很大程度上促进山西省煤矿资源整合，减少资源浪费的同时做到安全管理。为了实现更快的资源整合、提高煤炭安全管理水平，应该关停不合法的小煤矿，同时加强大煤矿的国有化控制，淘汰落后的生产企业，从根本上提高山西省的煤炭安全生产条件[6]。

四、结语

煤矿生产是一项复杂而有长久的工程，煤矿安全生产是国家安全生产的重要组成部分，是实现煤矿企业持续、稳定、健康发展的重要保证。山西省作为中国的煤炭大省，在煤炭生产的安全管理工作中还存在很多问题，因此，要尽可能提高山西省煤炭安全管理工作。

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摘要 :

煤矿安全生产是煤矿企业的生命线，煤矿行业因其生产环节以及生产环境的特殊性，安全管理更显的尤为重要，唯有完善好煤矿安全技术管理机制，才能促进煤矿安全生产工作的长久持续健康发展，为煤矿安全生产创造更高的经济效益，产生更好的社会效益。立足于当前我国煤矿安全生产工作实际，表明了重视煤矿安全生产管理工作的意义所在，分析总结了我国煤矿安全生产管理中存在的一系列问题，并针对存在的问题提出了一系列解决措施，从而促进煤矿行业更好更快的安全发展。希望可以给相关人员提供一些思考和借鉴。

关键词 :

煤矿;安全生产;技术管理;问题;解决对策

引言

煤矿安全生产涉及的范围相对广泛，社会的影响性相对较大，因此，煤矿安全技术管理工作一旦做不到位，会产生较大的消极影响，一方面会损坏煤矿企业的经济利益;另一方面会导致一系列的社会矛盾，小到煤矿企业，大到社会，都造成一定的威胁。煤矿安全是煤矿生产的前提和保障，更是促进煤矿行业快速发展的重要基石。煤矿行业一般都作业于安全隐患较多、危险系数较高的环境中，因此，进行科学完善的煤矿安全技术管理不仅是保护人身安全的需要，更是有效提高煤矿安全生产效益的重要保障。

一、煤矿安全技术管理存在的问题

1.1煤矿工人的综合素质低下，威胁安全生产

当前，我国煤矿企业也正在进行各种改革，用人体制也呈现出多样化的形式。这样的变化一方面给企业带来一定的好处，降低了企业的生产成本，但是另一方面却给煤矿企业的安全生产工作带来威胁。煤矿企业的合同制临时性工人的增多，不仅加大了安全管理的难度，而且由于临时性的煤矿工人多来自不同地区的打工人员，文化水平相对较低，思想观念相对落后，存在着较强的临时雇佣观念，缺乏安全生产的责任意识，安全生产的知识和安全生产的意识都比较薄弱，对煤矿的安全生产是一个极大的威胁。与此同时，煤矿管理人员大多来源于煤矿中吃苦耐劳的生产先进者，对煤矿安全生产工作存在科学性的认知，甚至存在着煤矿出煤免不了违章的错误思想。根据调查数据显示，我国60%的煤矿事故都源于违章操作，对安全生产是一个极大的阻碍。

1.2过分重视生产产量，忽视安全生产规程

煤炭行业的市场化竞争越来越激烈的形势导致很多煤矿企业的管理人员在煤矿生产过程中过分重视煤炭生产的产量，忽视安全生产规程，没有加强对安全生产工作的管理，更没有正确的引导企业的煤矿工人严格遵守安全生产的规章制度和生产流程。尤其是在生产过程中，煤矿生产和煤矿安全发生冲突的时候，很多煤矿企业的管理人员并不能坚持安全第一，生产第二的原则，而是将煤矿生产的产量看的更加重要，认为煤炭生产的产量是提高企业经济效益的关键，产量是硬标准，质量是次标准，安全是软标准。尽管很多煤矿企业在生产过程中贯彻落实了安全风险抵押制度，但是实施的力度还比较小，甚至只停留在表层。在生产作业规程学习的环节，甚至很多安全生产技术管理人员只是象征性的读一读，并没有真正的深入到生产人员的思想中。

1.3欠缺安全管理机构，安全管理力量薄弱

当前，很多煤矿企业为了降低企业的生产成本，提升企业的经济效益，将以往存在的很多安全管理机构当作不必要的部门就行撤销或者合并。煤矿企业的安全管理人员大幅度的减少，这就更加使得安全生产的管理力量更加薄弱。与此同时，煤矿企业中现存的安全管理人员也存在身兼数职的情况，不仅是安监人员，又是瓦检人员，致使安全管理人员对自己的工作职责难以明晰，很难做到监管到位，对煤矿生产造成一定的生产隐患。另一方面，很多政府部门派驻的安全管理人员最终被依附于企业的合并科室里，在职责履行的过程中，存在很多的阻碍和束缚，很难最大限度的发挥职责与权力。

1.4安全生产投足力度不足

我国的煤炭企业存在着普遍的问题就是安全生产的投入力度明显不足，这就使得大部分的煤炭企业都面临着煤矿安全生产的被动局面。具体分析原因:①很多煤炭企业的负责人只是注重煤炭生产的产量，加班加点进行煤炭生产，致使煤炭生产的机器设备老化陈旧，机械安全生产事故频发。②当前煤矿市场并不十分景气，煤炭供大于求，煤炭产业的经济效益并不乐观，资金周转不开，使得安全生产的周转资金减少，煤炭企业没有能力进行安全设备的维护与更新，大大增加了安全事故隐患的几率。与此同时，安全生产培训工作和管理工作都需要大量的资金，甚至招聘人员都更侧重于廉价的劳动力，却忽视了文化素质水平的高低也是影响安全生产管理工作的重要因素。

二、煤矿安全技术管理的解决对策

2.1贯彻落实法律法规，强制安全生产管理

我国针对煤矿安全技术管理工作出台了多项明确的法律法规，比如《矿山安全法》《煤矿安全规程》等等。这一系列的法律法规呈现表明我国的煤矿安全生产技术管理已经上升到了法律法规的强制层面。煤矿企业应该以此为起点，严格落实法律法规的相关规定，借助法律的力量，强化企业内的安全生产工作力度，依法对煤矿安全生产进行有效的监督和管理。同时，要在企业内部深入宣传法律法规的内容，树立煤矿生产人员的法律意识和法律观念。另一方面，企业的相关部门要依照国家法律法规的相关要求，不断完善企业内部安全生产管理的制度，做到有法可依，有法必依，违法必究，不断对煤矿安全生产工作进行整顿。

2.2加强安全生产监管力度，落实安全生产责任制度

我国的煤炭企业伴随着社会主义市场经济的发展开始逐步由单一生产到多种经营。提高经济效益不能要依靠生产产量，更要注重安全生产。因此，煤矿安全技术管理工作更要不断的推进，加大安全生产的监管力度，由过去的软指标慢慢变成硬性指标考核的一部分，将安全生产考核作为一个重要的工作去抓，从根本上保障企业的经济增长力度。与此同时，企业内部应该建立健全安全生产工作责任制，做到责任到人，人人有责。将安全生产管理的理念深入到每一个员工的心里，营造一个安全生产技术管理的责任制氛围，最大限度的减少安全事故的发生。

2.3提高企业职工的综合素质，完善安全生产设施设备

煤矿职工是煤矿安全生产工作的主体，提高煤矿职工的综合素质有助于减少安全生产事故的隐患。企业应该不断对用工制度进行合理的配置，对煤矿工人进行定期和不定期的培训和教育，加大安全生产的责任意识宣传，同时，应该加大资金的投入，引进先进的安全生产设施设备，在煤矿企业高产高效生产的同时，可以大大降低因为人为因素造成的安全事故，保障安全生产的顺利持续进行。

三、结语

伴随着社会主义市场经济的不断推进，煤矿行业更是国家深化经济改革的重要领域，国家对煤矿行业更是提出了“安全生产是第一位”的政策方针。煤矿安全技术管理工作的完善更是企业发展、社会进步的重要标志，因此，大力完善煤矿安全技术管理工作具有重要的现实意义。

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摘要：

文章主要针对我国煤矿安全管理存在的问题及对策展开研究。首先，对安全管理的概念进行界定。其次，提出我国煤矿安全管理存在的主要问题。最后，提出相关对策。希望通过文章的研究可以进一步丰富相关的理论及实践研究，不断提高煤矿的安全管理质量。

关键词：

煤矿；安全管理；培训；设备；作业人员

中国煤炭资源丰富，是世界煤炭资源最为丰富的国家。过去很长一段时间以来，我国煤矿安全事故频发，给人民和国家造成了不可挽回的生命财产损失，对人民的生活、国内的安定团结、我国的国际形象均造成了严重影响。而国内近年来关于煤矿安全管理的研究从未中断，呈现出百家争鸣的状态。基于此种情况，我们有必要对该论题进行更加深入的研究，更深刻的发现煤矿安全管理存在的问题，提出相应对策，进而通过有效的安全管理手段让煤矿安全事故消弭于无形。

一、安全管理的概念界定

何谓安全管理呢？樊亚静（2015）在《某基层储备仓库仓储安全管理研究》中指出：“安全管理是人类在各种生产活动中，按照科学所揭示的客观规律，对生产活动中的安全问题进行计划、组织、指挥、控制和协调等一系列活动的总称。”对于这种概念界定作者较为认同。为了对安全管理更好的进行理解，我们可以将安全管理的概念简化为：为防止出现安全事故而实施的一系列管理手段。

二、我国煤矿安全管理存在的主要问题

我国煤矿安全事故频发主要是安全管理存在问题。那么，我国的煤矿安全管理究竟存在哪些问题，下面，作者简要论述如下：

2.1管理的体制与机制存在不协调

新中国建立之后，我国安全生产管理体制始终呈现出不断变化的状态，一直以来并未形成较为系统、稳定的安全生产管理体制与机制，安全生产管理体制与机制之间也存在不协调的局面。以山西省为例，山西省在煤矿安全管理方面也存在体制与机制不协调的情况，主要体现在如下几个方面：

（1）多个部门同时管理一个煤矿，但是这些部门均缺乏足够的权力。很多地方部门只是在一味应付上级部门的检查，而对于煤矿的安全管理却未做出足够努力。

（2）煤矿管理部门的管理职能存在交叉，且各个管理部门之间的协调力度也相对不够，造成了安全管理出现混乱。

2.2煤矿作业设备存在不安全因素

对于一个煤矿来说，安全生产应始终放在第一位。从近年来所发生的煤矿安全事故中我们明显可以看出，很多煤矿安全事故的发生均是因为相关作业设备存在不安全因素所造成的。例如，煤矿在引进新设备时，新设备的质量存在问题，这种情况的存在也很容易引发安全事故的发生。还有一部分煤矿作业设备由于年久失修，也存在安全隐患。如果相关人员对这些设备未及时进行检查和修理，也很容易造成安全事故的发生。

2.3煤矿缺乏健全的安全管理体制

目前，我国存在很多小煤矿，这些小煤矿在安全管理体制方面的建设较为欠缺。由于缺乏完善的安全管理体制，因此，也很容易造成煤矿安全事故的发生。即使是一些大型煤矿在安全管理体制方面也并不是那么完善。在具体的工作实践中发现，虽然很多煤矿均建立了系统的安全管理体制，形成了较为完善的安全管理制度，但是在具体的工作实践中却并未有效执行。一旦发生事故才会真正重视起来。这种情况目前也普遍存在。

2.4对煤矿作业人员缺乏专业培训

除了上述几点之外，还有部分煤矿并未对煤矿作业人员进行专业培训。没有受过专业培训的工作人员，下井之后很容易会做出某种不安全行为，威胁煤矿安全生产。这种情况在大型煤矿中存在的较少，对于一些小煤矿来说则体现的较为明显。为提高煤矿的安全生产质量，尽可能杜绝煤矿安全事故的发生，煤矿必须要加强对作业人员的专业培训，提高作业人员的专业素养。

三、提高煤矿安全管理质量的相关对策

存在问题必须要及时有效予以解决。为有效解决我国煤矿安全管理过程当中存在的诸多问题，特提出如下对策：

3.1协调安全管理体制与机制

为进一步做好煤矿安全管理工作，必须要协调安全生产管理体制与机制。具体可以从以下几个方面入手：

（1）将煤矿管理权赋予特定部门，打破多个部门对同一煤矿进行管理的格局。除此之外，还应赋予该管理部门足够的权力，便于该部门对煤矿安全进行更加有效的管理。

（2）建立监察部门，对煤矿安全管理进行定期抽查和长期监督，一旦发现煤矿安全管理存在问题，必须要对煤矿及相关管理部门进行追责。这样的做法对于促进煤矿安全管理质量的提高来说是非常重要的，它有利于煤矿安全生产管理体制与机制的进一步协调。

3.2对煤矿作业设备进行管理

煤矿作业设备存在安全隐患是造成安全事故发生的重要因素。基于此种情况，煤矿在引进新设备时，相关部门必须要对其质量进行严格的检验，一旦发现引进设备出现问题必须要及时予以更换，并严格禁止这样的设备投入生产。除此之外，煤矿还应该安排专门人员对作业设备进行定期或不定期的检查，一旦发现作业设备存在安全隐患，必须要予以及时修理或更换，从而更好地保障煤矿的安全生产。

3.3健全煤矿的安全管理体制

为了更好地保证安全生产，煤矿必须要建立健全安全管理体制。安全管理体制建立之后，还需要经过实践的检验，一旦发现相关安全管理体制存在欠缺，必须要及时予以调整和完善。尤其是一些小煤矿，相关管理部门必须要帮助其建立完善的安全管理体制。除此之外，煤矿安全管理体制建立之后，相关部门还应该定期或不定期的对其进行检查，检查煤矿是否有严格遵循安全管理制度。这样的做法可以帮助煤矿进一步完善安全管理体制，进而用体制促进安全，实现煤矿的安全生产管理。

3.4加强煤矿作业人员的培训

为有效杜绝煤矿安全事故的发生，煤矿在工作人员上岗之前必须要对其进行严格的上岗培训。培训考核通过之后方能正式上岗。除此之外，在日常的工作之余，还应该积极组织相关工作人员进行专业培训。具体可以采用如下几种形式：

（1）指派本煤矿内资深的老员工对大家进行专业培训，传授实践操作中的具体安全工作经验。

（2）从外部聘请专家对本煤矿的作业人员进行专业培训，从而不断提高其安全操作技能和安全意识。

四、结束语

煤矿安全管理是一个系统工程。事实上，除了上述几点之外，我国煤矿安全管理存在的问题还有很多，在此不做一一赘述。希望文章的写作可以充分引起煤矿安全管理部门及相关工作人员的重视，有效进行煤矿安全管理，进而有效杜绝煤矿安全事故的发生。它不仅关乎到煤矿的安全生产，更关乎整个社会的和谐、稳定发展。

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工商管理毕业论文参考文献

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充实的大学生活即将结束，我们都知道毕业生要通过最后的毕业论文，毕业论文是一种比较重要的检验学生学习成果的形式，优秀的毕业论文都具备一些什么特点呢？以下是我收集整理的工商管理毕业论文参考文献，仅供参考，大家一起来看看吧。

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基于煤层压裂模拟的水饱和煤样单轴力学试验研究

颜志丰1 琚宜文1 侯泉林1 唐书恒2

基金项目:国家自然科学基金项目(No.41030422;40972131);国家重点基础研究发展规划(973)课题(No.2009CB219601);国家科技重大专项课题(2009ZX05039-003);中国科学院战略性先导科技专项课题(XDA05030100);河北工程大学博士基金课题。

作者简介:颜志丰,1969年生,男,河北邯郸人,博士后,长期从事能源地质和构造地质研究。Email:。

(1.中国科学院研究生院地球科学学院 北京 1000492.中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083)

摘要:为模拟研究煤储层水力压裂效果,对煤样进行了饱水条件下的常规单轴压缩试验和声发射测试。对结果进行分析表明:在常规单轴压缩条件下,煤在平行层面上其力学性质具有方向性差异,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多。煤样在垂直面割理方向弹性模量E随着单轴极限抗压强度σc的增加而增加,相关性较高,平行面割理方向弹性模量E随着抗压强度的增高而增高,但离散性较大。在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型。

关键词:单轴压缩试验力学性质各向异性饱和含水率割理

Uniaxial Mechanical Test of Water-saturated Coal Samples in Order to Simulate Coal Seam Fracturing

YAN Zhifeng1 JU Yiwen1 HOU Quanlin1 TANG Shuheng2

(e of Earth Science, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083 China)

Abstract: In order to simulate effect of hydraulic fracturing in coal reservoir,conventional uniaxial compres- sion test and acoustic emission test on the water-saturated coal samples were hold. The results showed that the me- chanical properties in parallel to the level of coal have directional difference. Under the conditions of conventional uniaxial compression. The uniaxial limit compressive strength in direction parallel to the face cleat is much larger than it in the vertical, so is the elastic modulus. The elastic modulus of coal increased with the increasing of com- pressive strength, however it is higher correlation in the direction of vertical face cleat, but a larger dispersion in parallel. The complete stress-strain curve shape showed by deformation of coal samples under uniaxial compression can be roughly summarized as 3 types.

Keyword: uniaxial compression test; mechanical properties; Anisotropy; saturated water content; cleat

1 前言

煤层气是储存于煤层内的一种非常规天然气,其中CH4含量多数大于90%,是一种优质洁净的气体能源(单学军,2005)。我国煤层气资源十分丰富,根据新一轮全国煤层气资源评价结果,在全国19个主要含煤盆地,适合煤层气勘探的埋深300~2000m范围内,预测煤层气远景资源量为36.8万亿m3。煤层气主要是以吸附状态存在于煤层内,也有少量以游离状态存在于孔隙与裂缝中(Smith D M,1984)。就孔隙结构而言,煤的孔隙结构可分为裂缝性孔隙和基岩孔隙。人们又习惯地把煤岩中的内生裂缝系统称为割理。其中面割理连续性较好,是煤中的主要裂隙,端割理是基本上垂直于面割理的裂缝,只发育在两条面割理之间,把基岩分割成一些长斜方形的岩块体(李安启,2004)。

渗透率高的煤层产气量往往较高,而低渗透率的煤层产气量较低。水力压裂改造措施是国内外煤层气井增产的主要手段。而我国的煤层气储层普遍属于低渗透煤储层,研究表明:我国煤层渗透率大多小于50×10-3μm2(张群,2001)。因此,目前国内的煤层气井采用最广泛的完井方法是压裂完井,煤层和砂岩的岩性特征有很大的区别,压裂施工中裂缝在煤层中的扩展规律与在砂岩中的扩展规律也不相同,为了解煤层的压裂特征和压裂效果就需要对煤层压裂进行模拟研究,要进行模拟研究就需要研究煤岩的力学性质。

通过试验研究煤岩的力学性质,发现煤岩具有尺寸效应——即煤岩的尺寸对试验结果具有影响,Daniel和Moor在1907年就指出(Daniels J,1907):小立方体的屈服强度高于大立方体,而且当底面积保持常数时,随着试块高度的增加,其屈服强度降低。研究过煤岩尺寸效应的还有Bunting(Bunting D.1911)。Hirt和Shakoor(Hirt A M,1992),Med-hurst和Brown(Medhurst T P,Brown E T.A,1998),吴立新(1997),刘宝琛(1998),靳钟铭(1999)等。

由于单轴力学性质试验结果受尺寸、形状等因素制约,因此进行单轴岩石压缩试验时,对试验样品的加工有一定的要求,通常试件做成圆柱体,一般要求圆柱体直径48~54mm,高径比宜为2.0~2.5,试件端面光洁平整,两端面平行且垂直于轴线。

2 试验方法说明

在单轴压缩应力下,煤块产生纵向压缩和横向扩张,当应力达到某一量级时,岩块体积开始膨胀出现初裂,然后裂隙继续发展,最后导致破坏(闫立宏,2001)。为避免其他因素的影响,采用同一试样,粘贴应变片,在测试强度过程中同时用电阻应变仪测定变形值。

2.1 煤样制备和试验方法

实验煤样采自沁水盆地南部晋煤集团寺河煤矿3#煤层。煤样制备和试验方法参照中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程(SL264-2001)》(中华人民共和国水利部.2001),以及国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会提供的《岩石力学试验建议方法》(郑雨天,1981)进行的。沿层面方向在大煤块上钻取直径为50mm,高为100mm的圆柱样,煤样轴向均平行煤岩层面。为研究平行面割理和垂直面割理方向煤岩力学性质的差异,制备了两组煤样。一组煤样平行面割理方向,样品数10个,编号DP1-DP10;另一组煤样垂直面割理方向,样品数10个,编号DC1-DC10。试验前对煤样进行了饱水处理(48h以上)。单轴实验设备为WEP-600微机控制屏显万能试验机。记录设备为30吨压力传感器,7V14程序控制记录仪。数据处理设备为联想杨天E4800计算机及相应的绘图机、打印机。试验工作进行前测试了煤样的物理性质,对试件进行了饱水处理。进行单轴压缩试验的煤样条件见表1。

表1 煤样条件

2.2 计算公式

单轴抗压强度计算公式

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:σc为煤岩单轴抗压强度,MPa;Pmax为煤岩试件最大破坏载荷,N;A为试件受压面积,mm2。

弹性模量E、泊松比μ计算公式:

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:E为试件弹性模量,GPa;σc(50)为试件单轴抗压强度的50%,MPa;εh(50)为σc(50)处对应的轴向压缩应变;εd(50)为σc(50)处对应的径向拉伸应变;μ为泊松比。

3 试验结果与分析

3.1 加载轴线方向对煤块的抗压强度σc和弹性模量有显著的影响。

试验结果数据见表2。从表中可以看出,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多,抗拉强度平均值高出2/3,而弹性模量更是高出一倍。这说明即使在平行煤的层面上其力学性质也具有方向性,不同方向上其值大小有显著差异。

表2 煤样单轴抗压强度试验结果

注:DP9沿裂隙面破裂,没有参与力学性质分析。

煤是沉积岩,小范围内同一煤分层在形成环境、形成时代上都是相同的,可以认为小范围内在平行煤的层面上,煤的组分、煤质等是均匀的,变化非常小,所以沿平面上力学性质的差异与煤质、组分等关系不大。推测其原因是由于在地史上受到构造应力的影响,构造应力具有方向性,在不同的方向上其大小不同,使煤在不同的方向上受到地应力作用的大小程度也不同,导致煤在不同方向上结构有所不同,从而表现出来在不同方向上力学性质的差异,在受力较大的方向上可能会表现出较大的强度。由于在构造力作用下沿最大主应力方向裂隙最容易发育,发育程度也应该较好,沿最小主应力方向上裂隙发育程度要差些。发育好的裂隙往往形成面割理,因而在平行面割理的方向上抗压强度和弹性模量都高,而在垂直面割理的方向上其值相对就会小些。

3.2 煤岩单轴极限抗压强度与其他性质之间的关系

由表2可知煤样的抗压强度离散性较大,影响因素是什么?煤的密度与含水状态对单轴抗压强度有什么影响?现分析如下:

图1-a表示了极限抗压强度σc与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出,无论是C组、P组还是全部样品,随着饱和密度的增加,煤块的极限抗压强度都有增加的趋势,说明随着饱和密度的增加,抗压强度有增加的趋势。

图1 σc与其他性质之间的关系

图1-b表示极限抗压强度σc与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出,C组样品随饱和吸水率的增加抗压强度有减少的趋势,而P组样品单轴抗压强度和饱和吸水率的相关性非常低,可以认为饱和吸水率对P组样品没有影响。由此可见,饱和吸水率的增高使垂直面割理方向的抗压强度降低,而对平行面割理方向的单轴极限抗压强度影响很小。

图1-c表示单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间具有明显的正相关性,即垂直于面割理方向的单轴极限抗压强度随着弹性模量的增加而增加,P组样品具有不明显的线性正相关,即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与弹性模量E的增加而增加,但离散性较大。

图1-d表示单轴极限抗压强度σc与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴抗压强度与泊松比之间具有较明显的负相关关系,也就是说垂直于面割理的单轴抗压强度随着泊松比的增高而降低;但是P组样品的相关性很低,即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与泊松比的变化无关。

3.3 弹性模量和其他性质之间的关系

图2-a表示弹性模量E与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品、P组样品及全部样品相关性均不明显。说明弹性模量与泊松比之间的变化互不影响。

图2 弹性模量E与其他性质之间的关系

图2-b表示弹性模量E与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出无论C组还是P组,样品弹性模量与饱和密度相关性非常弱,可以认为不相关。由此可见弹性模量不受饱和密度变化的影响。

图2-c表示弹性模量E与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出C组样品弹性模量与饱和吸水率相关性较高,呈明显的负相关关系;但是P组样品的相关性却很低,几乎不相关。由于C组样品以垂直轴向的裂隙为主,在压力作用下煤样的变形等于煤岩本身的变形再加上水的变形,水是液体,在压力作用下很容易变形,在压力不变的情况下随着水含量的增加变形随之增大,而产生较大的轴向变形,导致C组的煤样随着含水量的增加弹性模量变小。而P组样品裂隙以平行轴向为主,尽管在饱水的情况下裂隙中完全充填了水,但由于水含量很少,承载压力的主要是煤岩本身,变形量也是由煤岩本身决定的,因此它与含水量关系不明显。

3.4 泊松比和其他性质之间的关系

由图3-a中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和密度之间散点图均比较离散,相关性很低,也可以说它们不相关。

由图3-b中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和吸水率之间相关性很低,可以认为它们不相关。

3.5 煤岩单轴压缩全应力—应变曲线类型

岩石试件从开始受压一直到完全丧失其强度的整个应力应变曲线称为岩石的全应力应变曲线(重庆建筑工程学院,1979)。大量岩石单轴压缩实验表明,岩石在破坏以前的应力应变曲线的形状大体上是类似的,一般可分为压密、弹性变形和向塑性过渡直到破坏这三个阶段。

煤是一种固体可燃有机岩石,由于成煤物质的不同及聚煤环境的多样化,煤的岩石组分、结构特征比较复杂。因此,在单轴压缩条件下煤样变形破坏机制及表现出的全应力—应变曲线形态多种多样,大体可以概括为3种类型。

3.5.1 迸裂型

应力—应变曲线压密阶段不明显,加速非弹性变形阶段很短,曲线主要呈现表观线弹性变形阶段直线,直到发生破坏,见图4-a。具有迸裂型全应力—应变曲线特征的煤样,通常均质性较好、强度较大、脆性较强,其抗压强度通常很高。煤样在整个压缩变形过程中,积聚了大量弹性应变能,而由于发生塑性变形而耗散的永久变形能相对较小。因此,当外部应力接近其极限强度而将要发生破坏时,煤岩内积聚的大量弹性应变能突然、猛烈地释放出来并发出较大声响,形成一个很高的声发射峰值。

图3 泊松比μ与饱和吸水率ωs之间的关系

图4 煤岩样品应力—应变关系曲线图

3.5.2 破裂型

应力较低时,出现曲折的压密阶段,当应力增加到一定值时,应力—应变曲线逐渐过渡为表观线弹性变形阶段;最后变为加速非弹性变形阶段,直到发生破坏,见图4-b。试件随荷载的增加,煤样受力结构逐渐发生变化,同时出现局部张性破坏,但整体仍保持完整,并在变形过程中也积聚了一定的弹性应变能。当外部应力接近其抗压强度,即煤岩发生加速变形时,煤岩中积聚的弹性应变能就突然释放,产生较高的声发射值,破坏时声发射强度又变得非常低。

3.5.3 稳定型

应力—应变曲线压密阶段不明显,表观线弹性变形阶段呈略微上凸的直线,加速非弹性变形阶段较长,见图4-c。试件随荷载的增加,煤样受力结构逐渐发生变化,同时出现局部张性破坏,并在变形过程积聚的弹性应变能释放,形成振铃计数率峰值,随后振铃计数率迅速降低,并在加速非弹性变形阶段开始时出现新的振铃计数率峰值,接近破坏时又出现一次振铃计数率峰值。破坏时声发射强度又变得非常低。

4 结论

通过上面对沁水盆地寺河煤矿3号煤力学试验,可以得出如下结论:

(1)煤岩单轴抗压强度和弹性模量等力学性质在平行煤层的平面上具有方向性差异,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多。

(2)煤的极限抗压强度σc随着饱和密度ρw的增加而增加;极限抗压强度σc在垂直于面割理方向上随饱和吸水率ωs的增加而减少,而在平行面割理方向上与饱和吸水率无关;单轴极限抗压强度σc随着弹性模量E的增加而增加,在垂直面割理方向上相关程度较高,在平行面割理方向上离散性较大。单轴极限抗压强度σc在垂直面割理方向上随着泊松比μ增加而减小,而在平行面割方向上与泊松比无关。

(3)弹性模量E的变化不受泊松比变化的影响,同时也不受饱和密度的影响;垂直面割理方向弹性模量随着饱和吸水率ωs的增加而减小,而平行面割理方向弹性模量与饱和吸水率无关。

(4)泊松比μ的变化既不受饱和密度变化的影响,也不受饱和吸水率ωs变化的影响。

(5)在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型:(1)迸裂型;(2)破裂型;(3)稳定型。

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