硯石臺煤礦急傾斜俯偽斜上保護層開采保護范圍研究.pdf

1、隨著煤礦開采向深部發(fā)展,礦井災害不斷加劇,煤與瓦斯突出已經嚴重影響了礦井的安全高效開采。保護層開采作為礦井多煤層開采防治煤與瓦斯突出最有效的區(qū)域性措施,其關鍵問題是保護范圍的劃定。由于現有保護范圍的劃定是根據《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的參考值來確定的,在實際生產中存在一定的局限性,特別是對于急傾斜煤層的開采,工作面采用俯偽斜采煤法,其卸壓程度與直壁工作面存在一定差異,加之煤層埋深、地應力、煤層間距以及煤巖層物理力學特性等因素影響,使卸壓保

2、護范圍的劃定難度加大。
　　對此,本文以南桐礦業(yè)有限責任公司硯石臺煤礦急傾斜俯偽斜6＃上保護層開采為研究對象,采用數值模擬分析和現場考察研究相結合的方法,研究了急傾斜俯偽斜上保護層開采保護范圍的劃定方法。根據保護層開采煤巖體變形與瓦斯流動的固氣耦合作用,建立了采動煤巖體變形與瓦斯流動固氣耦合數學模型,并進行急傾斜俯偽斜上保護層開采保護范圍的數值模擬計算,最后結合現場考察研究,對比分析確定了硯石臺煤礦急傾斜俯偽斜工作面上保護層開采保

3、護范圍的劃定方法。論文的主要研究成果和結論有:
　?、籴槍ρ芯繉ο?建立了采動煤巖體變形場控制方程和瓦斯?jié)B流場控制方程;引入采動煤巖體固氣耦合變量,得到了采動煤巖體變形與瓦斯流動固氣耦合數學模型;通過驗證,證明了該數學模型的正確性。
　?、谕ㄟ^硯石臺煤礦4-6區(qū)急傾斜俯偽斜6＃上保護層開采保護范圍的數值模擬計算,得出了6＃上保護層采煤工作面開采以后4＃被保護層的瓦斯壓力分布規(guī)律以及煤層移動變形規(guī)律;在此基礎上,確定了上保護層

4、開采保護范圍的卸壓角。數值計算結果表明:基于殘余瓦斯壓力判別準則得出的6＃上保護層開采沿傾向上邊界和下邊界的卸壓角分別為81.7°和78.9°,沿走向的卸壓角為55.6°;基于煤層變形判別準則得到的6＃上保護層開采沿傾向上邊界和下邊界的卸壓角分別為80.4°和77.6°,沿走向的卸壓角為53.2°;兩種方法所得到的結果從數值及分布規(guī)律上看基本一致。
　?、鄹鶕幨_煤礦4-6區(qū)急傾斜俯偽斜6＃上保護層開采保護范圍的現場考察結果,得

5、到了6＃上保護層采煤工作面開采以后4＃被保護層的煤層瓦斯壓力、鉆孔瓦斯流量和煤層透氣性系數的變化規(guī)律,劃定出了4＃被保護層瓦斯動力參數變化呈現的“四帶”分布范圍?，F場考察結果表明:6＃上保護層開采沿工作面?zhèn)涡狈较蚋魈幍淖呦虮Ｗo范圍的卸壓角為47.1°~74.1°;沿工作面傾向上邊界和下邊界保護范圍的卸壓角分別為85.7°和79.5°;6＃上保護層采煤工作面超前于4＃被保護層掘進工作面的合理距離為114 m。
　　④對比分析現場考察

6、結果及數值計算結果,二者所得到的卸壓角在數值和分布規(guī)律上基本一致,由此說明本文采用的數值模擬計算分析方法來劃定4＃被保護層的有效卸壓范圍是合理可行的;同時,綜合分析確定了硯石臺煤礦4-6區(qū)急傾斜俯偽斜6＃上保護層開采對4＃被保護層保護范圍的劃定方法,其卸壓角可以根據數值模擬結果以及現場考察結果來劃定,即:6＃上保護層開采沿走向保護范圍的卸壓角為53.2°~59.8°;沿傾向上邊界保護范圍的卸壓角為80.4°~85.7°;沿傾向下邊界保護