廢棄礦井采空區(qū)積氣空間表征方法研究及應(yīng)用.pdf

1、我國歷史上形成的不同類型殘采區(qū)內(nèi)積聚著大量瓦斯資源。對殘采區(qū)積氣的抽采不僅可以“變廢為寶”改善我國能源結(jié)構(gòu)，減少煤層氣泄露產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，同時可為以后的殘煤復(fù)采提供安全保障。目前我國對殘采區(qū)積氣抽采的研究尚處于起步階段，研究廢棄礦井采空區(qū)積氣空間分布對于廢棄礦井采空區(qū)瓦斯勘探開發(fā)具有重要的理論和實際意義。本文以山西省岳城煤礦廢棄采空區(qū)為例，采用相似模擬、Matlab編程、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，開展了“廢棄礦井采空區(qū)積氣空間分布

2、特性及應(yīng)用”，取得了如下主要研究成果：
　?。?）應(yīng)力峰值存在于采空區(qū)前方煤巖層中，在垂直方向上越遠離煤層，其應(yīng)力峰值越小，且應(yīng)力峰值的位置越偏向采空區(qū)。雖采空區(qū)長度不斷增加，但應(yīng)力峰值始終處在采空區(qū)前方的煤巖層中，處于應(yīng)力降低區(qū)的煤巖層范圍一直在沿工作面推進方向移動，采空區(qū)上方的巖層在垂直方向上由下位至上位處于處于低應(yīng)力至高應(yīng)力狀態(tài)。
　?。?）利用計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)和Matlab軟件平臺，開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)字圖像處理及分

3、析程序，對其圖像進行高清化、二值化、目標化處理，并定量提取出采空區(qū)中積氣空間的幾何參數(shù)。結(jié)果表明，隨煤層開挖長度的增加，其采空區(qū)面積呈逐漸增加的趨勢，但采空區(qū)中積氣空間面積呈現(xiàn)先平緩增加后急劇減小的變化趨勢，并在煤層開挖長度為93m左右時達到最大。積氣空間中的主積氣空間面積隨煤層開挖長度的增大呈現(xiàn)階段性減小的變化趨勢。積氣空間中的次積氣空間面積隨煤層開挖長度的增大呈現(xiàn)臺階式增大的趨勢。
　?。?）數(shù)值模擬試驗中，采煤工作面從開切眼

4、開始向右推進，在推進到40m時，直接頂初次垮落。推進到60m的時候，采空區(qū)上方直接頂發(fā)生垮落，其上覆巖層也發(fā)生了一定程度地下沉，且與下部煤層垂距越大其垂直位移越?。煌七M到80m時，基本頂發(fā)生斷裂、垮落，為頂板第二次周期來壓。當(dāng)下部煤層開采超過140m后，巖層垮落基本穩(wěn)定，其垂直位移最大值達到了5.8cm，巖層中的垂直位移最大值點基本處于采空區(qū)中心位置上方。在廢棄礦井3＃煤層工作面推進過程中，同一測線上的不同測點其垂直位移不同，即同一巖層

5、中的測點距開切眼的距離不同其下沉量是不同的，3＃煤層垂距越大的巖層中測線上各測點間的下沉量差值較小，而與3＃煤層垂距越小，同一巖層上不同測點間的下沉量差值越大。
　　（4）廢棄礦井采空區(qū)瓦斯是指無采礦活動并封閉采空區(qū)后，采空區(qū)遺煤、遺留煤柱內(nèi)的吸附瓦斯和積氣空間內(nèi)游離瓦斯的總稱。上覆巖層垮落帶內(nèi)豎向裂隙發(fā)育程度較高，巖塊之間不規(guī)則排列，形成了尺度較大的空間，為瓦斯提供充足的儲存；在裂隙帶內(nèi)裂隙主要以橫向發(fā)展為主，離層空間也積聚了一