綜放開采覆巖裂隙演化與卸壓瓦斯運(yùn)移規(guī)律及工程應(yīng)用.pdf

1、我國大部分礦區(qū)煤層瓦斯賦存具有“三高三低”特征，使得煤層瓦斯采前預(yù)抽效果不甚理想，而利用采動覆巖移動影響及裂隙動態(tài)演化特征抽采卸壓瓦斯，應(yīng)是我國煤礦瓦斯治理的重要方向。論文系統(tǒng)評述了采動覆巖移動與結(jié)構(gòu)演化、煤層瓦斯運(yùn)移及瓦斯抽采方法的諸多成果，認(rèn)為覆巖裂隙分布形態(tài)及其中瓦斯運(yùn)移規(guī)律是實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯安全共采的理論基礎(chǔ)，也是今后研究重點(diǎn)之一。 論文選擇典型高瓦斯礦井煤樣，用掃描電鏡觀察了煤樣的微觀結(jié)構(gòu)，分析了其影響因素，基于MTS數(shù)控

2、電液伺服滲流試驗(yàn)，分析了全應(yīng)力應(yīng)變過程中煤樣的滲透特性，得到礦山壓力是影響煤層瓦斯?jié)B透性的主導(dǎo)因素。應(yīng)用彈性薄板理論推導(dǎo)了覆巖破斷時(shí)的初次及周期來壓步距，得到基于薄板理論的關(guān)鍵層判別方法，并編寫了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)自動判別程序。 通過物理相似模擬實(shí)驗(yàn)及FLAC3D數(shù)值模擬，分析了煤層開采后覆巖裂隙產(chǎn)生、發(fā)展的時(shí)空規(guī)律和分布形態(tài)以及充分卸壓范圍與特征。基于前人研究成果，結(jié)合巖層控制的關(guān)鍵層理論，提出了采動裂隙帶的工程簡化模型，即采動覆巖

3、中的穿層破斷裂隙和層面離層裂隙貫通后，空間分布形狀是一個(gè)動態(tài)變化的采動裂隙圓矩梯臺帶，分析了采動裂隙帶動態(tài)演化特征、力學(xué)機(jī)理及影響因素，并得到切眼側(cè)帶寬大約為初次來壓步距，工作面?zhèn)葞捲?～3倍周期來壓步距間變化，進(jìn)風(fēng)巷及回風(fēng)巷附近帶寬約為0.7～0.8倍初次來壓步距，內(nèi)外梯臺面的高度受制于關(guān)鍵層層位及所形成砌體梁結(jié)構(gòu)的變形、破斷和失穩(wěn)形態(tài)。 在分析采動裂隙帶中卸壓瓦斯來源及流態(tài)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用多孔介質(zhì)流體動力學(xué)、滲流力學(xué)等理論建

4、立了瓦斯運(yùn)移數(shù)學(xué)模型，并分析了卸壓瓦斯運(yùn)移與采動裂隙動態(tài)演化關(guān)系。通過FLUENT軟件對U型、U+L型、U型+走向高抽巷及U+L型+走向高抽巷等通風(fēng)條件下采動裂隙帶中的瓦斯運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到聯(lián)絡(luò)巷間距約1.35倍工作面?zhèn)攘严稁挄r(shí)尾巷排放瓦斯效果最好，高抽巷在回風(fēng)巷附近與傾向斷裂線邊界0.46倍回風(fēng)巷側(cè)裂隙帶帶寬且與垮落帶邊界垂高2.8倍采高位置時(shí)，瓦斯抽采效果最好。 通過現(xiàn)場觀測，分析了日推進(jìn)距、產(chǎn)量、配風(fēng)量、開采

5、工序、抽采量、礦山壓力及覆巖移動等工作面瓦斯涌出的影響因素，得出初次來壓時(shí)絕對及相對瓦斯涌出量是來壓前的1.25倍，周期來壓時(shí)絕對瓦斯涌出量是來壓前的1.22倍，相對瓦斯涌出量是來壓前的1.39倍，瓦斯涌出量呈周期性變化，其步距與周期來壓步距基本相等，并分析了瓦斯涌出隨關(guān)鍵層運(yùn)動的7個(gè)階段規(guī)律。通過山西和順天池能源有限責(zé)任公司103綜放面的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，說明所得到的卸壓瓦斯抽采布置參數(shù)較為合理，保證了工作面的安全生產(chǎn)，為優(yōu)化卸壓瓦斯抽采系統(tǒng)