水力割縫防止掘進(jìn)工作面瓦斯突出的機(jī)理研究.pdf

1、當(dāng)前,在我國,煤與瓦斯突出是煤礦危害程度最大的事故之一,并且突出很多都發(fā)生在煤層的掘進(jìn)工作面,我國絕大多數(shù)煤層都是滲透性非常差的煤層,以往的密集鉆孔抽放,水力沖孔,水壓致裂,開采解放層強(qiáng)化抽放等方法用來改善低滲透煤層的滲透特性,但是最后的瓦斯抽放效果都不甚理想。近年來,通過有關(guān)對(duì)煤體的滲透系數(shù)相關(guān)方面的研究,煤層自身受埋深等因素的影響,地應(yīng)力和煤體自身的應(yīng)力特征將會(huì)影響煤體的滲透性,有關(guān)專家學(xué)者通過相關(guān)理論和試驗(yàn)研究,認(rèn)為“能夠有效改善

2、煤層的低滲透特性的唯一有效的技術(shù)途徑是使煤層卸壓”,高壓水力割縫技術(shù)能夠有效解決低滲透煤層的瓦斯抽放問題,是避免或者有效減少煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害的主要技術(shù)方法。
　　 盡管從20世紀(jì)70年代至今進(jìn)行過多次水力割縫煤層卸壓的試驗(yàn),但是水力割縫使得煤層卸壓后是否對(duì)掘進(jìn)工作面圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,以及割縫后掘進(jìn)巷道及兩幫煤體瓦斯運(yùn)移等方面,目前國內(nèi)還沒出現(xiàn)進(jìn)一步研究,一直是一個(gè)懸而未決的問題。本文通過對(duì)掘進(jìn)工作面巷道利用高壓水力定向

3、推進(jìn)鉆機(jī)實(shí)施水力割縫,使本巷道煤層卸壓,割縫后煤層中裂隙和裂縫數(shù)量明顯增多,這樣既提高了瓦斯的抽放率,同時(shí)改善了低滲透煤層的滲透性,在很大程度上防止瓦斯突出,大大改善礦井采掘失調(diào)的狀況。
　　 本人在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)下,以應(yīng)用FLAC3D工程軟件的數(shù)值模擬計(jì)算為基礎(chǔ),對(duì)水力割縫后掘進(jìn)工作面煤壁、頂?shù)装寮皟蓭偷膰鷰r穩(wěn)定性做了數(shù)值計(jì)算分析,并對(duì)割縫后煤層瓦斯運(yùn)移情況進(jìn)行了相關(guān)分析研究,得出的相關(guān)結(jié)論對(duì)煤與瓦斯安全高效共采具有重要的意義

4、?；谏鲜龌A(chǔ),本文主要從以下幾個(gè)方面做了一些研究:
　　 (1)應(yīng)用高壓水力割縫技術(shù),采取多種割縫高度,通過數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)割縫后縫槽周圍煤巖體的應(yīng)力和變形情況進(jìn)行分析,最后通過計(jì)算和比較分析,割縫高度30mm時(shí)即可使縫槽周圍煤體完全或者最大程度卸壓。
　　 (2)在采取一定的水力割縫高度,使縫槽周圍煤體最大程度卸壓的基礎(chǔ)上,順槽煤層巷道掘進(jìn)開挖5m的距離以后,巷道周圍的應(yīng)力分布和變形又重新達(dá)到了新的平衡,在左右側(cè)出現(xiàn)

5、垂向應(yīng)力集中,在上下方出現(xiàn)水平應(yīng)力集中,峰值都達(dá)到了14MPa,巷道上方最大變形達(dá)到3cm,掘進(jìn)頭前方支撐壓力呈現(xiàn)應(yīng)力三區(qū)的變化規(guī)律。
　　 (3)利用RTEA2D軟件對(duì)煤層進(jìn)行割縫以后的瓦斯涌出情況及瓦斯壓力變化情況進(jìn)行數(shù)值模擬滲流計(jì)算,根據(jù)采礦工程中對(duì)瓦斯壓力要求小于0.74MPa的指標(biāo)規(guī)定,對(duì)水力割縫防止順槽掘進(jìn)工作面瓦斯突出機(jī)理及效果給予驗(yàn)證和說明。
　　 (4)提出防止掘進(jìn)工作面瓦斯突出的實(shí)施方案,并對(duì)高壓水力