中厚煤層覆巖采動破斷及瓦斯流動規(guī)律研究.pdf

1、我國煤炭生產(chǎn)行業(yè)瓦斯災(zāi)害十分嚴重,年直接經(jīng)濟損失約20億元,間接經(jīng)濟損失100億元以上,如平頂山煤業(yè)集團的多次煤與瓦斯突出事故,不僅直接造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失,同時也制約了礦井生產(chǎn)效率的提高。
　　同時,瓦斯又是一種與煤伴生的、不可再生的資源,是一種清潔、高效的能源,其利用不會產(chǎn)生氮氧化合物和硫化物等有害物質(zhì)。瓦斯的發(fā)熱量可達33.5~36.8MJ/m3,1m3瓦斯相當于1.3kg標準煤的發(fā)熱量。實施煤炭與瓦斯兩種能源的共

2、同開采,不僅可有效保障煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn),也可提高瓦斯的利用率,實現(xiàn)煤炭資源的安全高效潔凈開發(fā)。
　　本研究在廣泛的現(xiàn)場調(diào)研工作基礎(chǔ)上,采用理論研究、相似模型、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對平煤集團煤與瓦斯共采模式進行了深入研究,并通過鉆孔成像方法對現(xiàn)場的裂隙場進行了實地驗證,最后提出了多煤層開采卸壓瓦斯抽采的優(yōu)化設(shè)計方案。取得的主要成果如下:
　?、倮弥貞c大學自主研發(fā)的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流試驗裝置”、“RLW-20

3、00型微機控制煤巖三軸流變試驗機”及“可旋轉(zhuǎn)箱式相似模擬實驗臺”等實驗裝置設(shè)備,進行了煤巖體力學性質(zhì)試驗研究、瓦斯運移規(guī)律的試驗及煤巖體變形及破斷規(guī)律的相似模型試驗。
　?、谕ㄟ^“微機控制電液伺服巖石三軸蠕變實驗”及“不同加卸載條件下含瓦斯煤力學特性試驗”,完成了煤層頂?shù)装鍘r石室內(nèi)力學性質(zhì)實驗,得到相關(guān)力學性質(zhì)參數(shù),為后續(xù)的相似模擬及數(shù)值模擬提供依據(jù)。
　　③作為超遠距離保護層,己組煤層與戊組煤層相距170多米,相似模型試驗

4、結(jié)果表明己組煤的上覆巖體的裂隙區(qū)域達到140米的高度,距戊組煤30米左右。戊組煤處于己組煤的彎曲下沉帶中。下部己組煤層開采仍然對上部戊組煤層起到一定的卸壓作用。
　　④根據(jù)蠕變和損傷理論構(gòu)建了蠕變損傷本構(gòu)模型,并對FLAC3D進行了二次開發(fā),基于該模型破斷煤巖體的蠕變損傷機理進行了理論研究
　?、萃ㄟ^UDEC、FLAC3D建模分析了多煤層開采覆巖卸壓及裂隙場演化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上運用UDEC離散元軟件和COMSOL Multi

5、physics多物理場耦合系統(tǒng),得出瓦斯的固氣耦合流動規(guī)律。
　?、薏捎肅XK6礦用本安型鉆孔成像儀對戊組煤瓦斯專巷現(xiàn)場布置的鉆孔進行測試,結(jié)合UDEC數(shù)值分析軟件得出了采動影響下己組煤上覆巖體采動裂隙的演化規(guī)律。結(jié)合室內(nèi)試驗、相似模型及數(shù)值模擬的研究成果,建立了煤巖體破斷規(guī)律及瓦斯運移模型。
　　⑦采用“遠程頂板瓦斯抽采專用巷道下向鉆孔法”、“頂板走向鉆孔法”及“本層機風巷瓦斯預(yù)抽”相結(jié)合的方法,對原己組煤的瓦斯抽采方式進