巨厚巖漿巖下煤層瓦斯賦存特征及其動力災(zāi)害防治技術(shù)研究.pdf

1、煤系地層中巖漿侵入現(xiàn)象在世界各主要產(chǎn)煤國普遍存在，巖漿侵入體的產(chǎn)狀、厚度和分布形式對煤礦安全開采具有極其重要的影響，我國煤礦災(zāi)害中因受巖漿侵入影響引發(fā)的事故非常多。巖漿侵入所營造的高溫、高壓環(huán)境促進(jìn)了煤層熱演化，改變了煤體的變質(zhì)程度、孔隙結(jié)構(gòu)、吸附-解吸特性，從而對煤層瓦斯賦存和突出災(zāi)害起到控制作用。論文以巖漿侵入嚴(yán)重的淮北礦區(qū)海孜井田為研究對象，采用理論分析、實驗室試驗、相似模擬、數(shù)值模擬和現(xiàn)場工程實踐相結(jié)合的研究方法，系統(tǒng)地開展了巖

2、漿侵入對下伏煤層的熱演化作用機(jī)制、巨厚巖漿巖床對煤層瓦斯圈閉效應(yīng)以及巨厚巖床下卸壓煤巖體裂隙演化與滲流特征等基礎(chǔ)研究，在此基礎(chǔ)上提出并實踐了巖漿侵入礦井分區(qū)分級瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù)。論文主要結(jié)論與創(chuàng)新工作體現(xiàn)在以下四個方面：
　　（1）構(gòu)建了巖漿侵入煤系地層后熱傳導(dǎo)作用的數(shù)學(xué)模型，綜合考慮地溫梯度得到二維熱傳導(dǎo)模型的解。通過MATLAB、COMSOL數(shù)值解算和實驗室驗證方法分析了巖漿侵入對下伏煤層的熱演化作用機(jī)制，對影響巖漿巖冷卻

3、過程圍巖溫度分布的主控因素（巖漿巖冷卻時間、巖漿巖的厚度和初始溫度等）進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：隨著距巖漿巖距離的增加，煤層的最大有效溫度和持續(xù)高溫作用時間隨之減少，通過熱史模擬計算，分析可知海孜井田巖漿巖下8煤和10煤最大熱演化溫度分別為258℃和228℃，煤體演化最大熱演化溫度持續(xù)的時間分別為600a和500a。同時結(jié)合淮北含煤地層演化特征和巖漿侵入時空演化過程，獲得了淮北礦區(qū)巖漿侵入井田煤層的熱演化生烴特征，燕山期巖漿侵入后煤層二次

4、生烴量最大約為340m3/t。
　?。?）獲得了不同巖漿侵入體厚度對煤層瓦斯賦存的圈閉效應(yīng)。結(jié)果表明：隨著巖漿巖體厚度的增加，下伏10煤層變質(zhì)程度出現(xiàn)顯著提升，孔隙-裂隙發(fā)育程度不斷增加，使煤層生成、吸附和儲集瓦斯的能力得到增強(qiáng)。致密堅硬的巖漿巖侵入體滲透率較低，當(dāng)以巖床蓋成形式賦存于煤層頂板時，形成了天然的“瓦斯封存箱”來圈閉下伏煤層瓦斯，且瓦斯圈閉效應(yīng)隨著巖體的厚度增加表現(xiàn)越為明顯，導(dǎo)致煤層賦存的原始瓦斯壓力和瓦斯含量超過了突

5、出臨界值，在采掘作用影響下更容易發(fā)生突出事故。
　?。?）系統(tǒng)分析了巨厚巖漿巖下遠(yuǎn)程下保護(hù)層（10煤）開采后采場覆巖離層裂隙動態(tài)演化規(guī)律及卸壓瓦斯儲運(yùn)特征。結(jié)果表明，在巨厚巖漿巖的支撐作用下，采場覆巖彎曲帶內(nèi)能夠形成大量不完全閉合的離層，離層區(qū)成為卸壓瓦斯（甚至地下水）的富集區(qū)，為遠(yuǎn)距離卸壓瓦斯高效抽采方法的選擇提供了理論基礎(chǔ)。同時由于巨厚巖漿巖體呈整體塊狀結(jié)構(gòu)，力學(xué)強(qiáng)度等符合礦井主關(guān)鍵層條件，計算垮落步距可達(dá)332m。但隨著開采

6、面積的增大，巖漿巖體垮落破斷后釋放大量的彈性能并形成沖擊效應(yīng)作用于離層空間和下伏各煤層，導(dǎo)致瓦斯突出、沖擊地壓、突水、地表沉陷等多元動力災(zāi)害。
　　（4）針對巨厚巖漿巖熱演化和圈閉作用導(dǎo)致的礦井不同區(qū)域瓦斯賦存特征和突出災(zāi)害危險程度所呈現(xiàn)的差異性現(xiàn)象，依據(jù)井田內(nèi)巖漿巖體分布形式、煤系地層賦存特征和瓦斯動力災(zāi)害等級，提出了適合巖漿侵入礦井分區(qū)分級瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù)，并在現(xiàn)場進(jìn)行了成功應(yīng)用。同時基于巨厚巖漿巖破斷沖擊形成多元動力災(zāi)害