急傾斜近距離下保護層開采巖層移動及卸壓瓦斯抽采研究.pdf

1、急傾斜煤層由于其賦存特殊性，煤體受擠壓破壞較為嚴重，大多數(shù)急傾斜煤層為高瓦斯或突出煤層，大量研究表明開采保護層結(jié)合卸壓瓦斯抽采是最安全、最有效的區(qū)域性防突措施。本文以義馬煤業(yè)集團李溝礦保護層開采為工程背景，采用理論分析、實驗室實驗、數(shù)值分析和現(xiàn)場實驗相結(jié)合的研究手段；系統(tǒng)分析了急傾斜近距離下保護層開采巖層移動變形、裂隙動態(tài)演化及應(yīng)力變化規(guī)律；構(gòu)建了保護層開采煤巖變形與卸壓瓦斯流動氣固耦合模型，利用 COMSOL Multiphysics

2、多物理場耦合軟件開展了急傾斜近距離下保護層開采結(jié)合卸壓瓦斯抽采數(shù)值模擬，并在現(xiàn)場工程得以應(yīng)用。主要研究成果和結(jié)論有：
　　裂隙隨著保護層工作面的推進從下至上逐步發(fā)育，從產(chǎn)生、發(fā)展到閉合是一個動態(tài)過程，以順層裂隙發(fā)育為主，局部發(fā)育小規(guī)模穿層裂隙，二者交錯貫穿保護層與被保護層。頂板未出現(xiàn)大范圍垮塌，以緩慢下沉為主，采動影響范圍波及被保護層，但未破壞被保護層開采條件，受采落矸石充填作用影響，正常開采階段頂板最大撓度小于初次垮落階段。裂隙

3、發(fā)育及巖層移動可為卸壓瓦斯運移和瓦斯抽采提供有效通道。應(yīng)力卸壓最大位置與巖層移動最大位置基本重合，隨采動影響呈現(xiàn)原始應(yīng)力→應(yīng)力集中→應(yīng)力下降→應(yīng)力恢復(fù)的變化規(guī)律，傾斜上部卸壓程度高于下部。
　　基于含瓦斯煤體有效應(yīng)力原理、煤基質(zhì)吸附膨脹/解吸收縮變形以及采動應(yīng)力變化的影響，得出了孔隙率和滲透率演化模型，以此為耦合變量，構(gòu)建了保護層開采煤巖變形與卸壓瓦斯流動氣固耦合模型。利用COMSOL Multiphysics多物理場耦合軟件開展

4、了急傾斜近距離下保護層開采結(jié)合卸壓瓦斯抽采數(shù)值模擬，獲得了不同采動卸壓范圍、不同抽采時間的抽采影響半徑，在地質(zhì)條件和開采條件相同的情況下，走向抽采半徑大于傾向。
　　現(xiàn)場工程實踐表明，有效保護范圍內(nèi)被保護層瓦斯含量由原始的6.15~9.50m3/t降為2.18~4.83m3/t，瓦斯壓力由0.88~1.35MPa降為0.20~0.35MPa，透氣性系數(shù)由0.3541~0.3849m2/(MPa2.d)上升到66.0~80.25m2

5、/(MPa2.d)，平均增加198倍，評判區(qū)域內(nèi)瓦斯抽采率達50.93％。傾斜上部卸壓角按86°劃定，傾斜下部卸壓角按70°劃定，走向開切眼端卸壓角按58°劃定。對于該類型保護層開采，無需另行施工專用頂（底）板巖巷，利用保護層工作面沿空留巷順槽施工傾斜穿層鉆孔可以有效抽采被保護層卸壓瓦斯，消除被保護層突出危險性。相同地質(zhì)條件下保護層開采比水力沖孔卸壓更充分、更均勻，再一次證明了保護層開采在防治煤與瓦斯突出中的重要性。
　　初步形成