基于采动岩体裂隙发育规律的放顶煤采空区瓦斯治理模式

发布时间：2019-10-02 01:09

【摘要】：为研究采动岩体垮落后综采放顶煤采空区瓦斯治理模式,基于采动岩体裂隙发育规律的重要性,针对某矿E1310综放工作面,采用MATLAB研究了采动岩体孔隙率和渗透率的分布规律,采用FLUENT数值模拟软件研究了4种通风方式、6个高抽巷抽采位置和41种抽采负压中最合理的采空区瓦斯治理模式。结果表明:"Y"型通风方式,上隅角瓦斯浓度为3%;高抽巷布置在距底板50 m、距回风巷50 m,上隅角瓦斯浓度降至0.5%;抽采负压为1.9 MPa,瓦斯不超限,工作面氧气浓度为22%。
【图文】：

裂隙岩体,采空区,孔隙率,采动裂隙

了采空区瓦斯的运移，对瓦斯在采空区的分布规律起到关键作用。采动后，碎胀系数越大，孔隙率和渗透性越大，使得瓦斯在相同条件下的流动更加活跃，威胁工作面的生产;反之，有利于安全生产。因此，合理解决工作面瓦斯问题的前提条件是充分了解采动裂隙岩体的性质。随着工作面向前移动，紧邻面后的碎胀系数一般是1．3～1．5，离工作面较远的岩体降低到1．02左右，这是基本顶周期性垮落的结果。采空区岩块的分布状态是随机的，所以在由孔隙率计算渗透率时，有必要对垮落岩体的模型进行简化，裂隙岩体渗透率计算简化图如图1。图1裂隙岩体渗透率计算简化图在“砌体梁”模型中，采动裂隙岩体上方岩层的下沉量如下:L(x，y)=L0(1－e－x2l)(1－el22－|y|2l)1－e－l24l(1)式中:L(x，y)为岩块下沉量，m;L0为岩层稳定后的下沉量，m;l2为采空区倾向宽度，m;l为岩块断裂距离，m。由于岩层间曲率和挠度的差异，基本顶在下沉过程中会发生离层，产生大量的破断裂隙。在来压的动态过程中，孔隙率的变化如式(2):n=m－△hh1－△h=m－|L(x，y)|h1－|L(x，y)|(2)式中:n为孔隙率，无因次;m为采放高，m;△h为离层后两层间距，m;h1为垮落带高度，直接顶为普氏硬度为2．7的砂岩，属中硬岩层，由h1=100∑m4．7∑m+19±2．2计算出，其中，∑m为累计采厚，在此等于m。孔隙率分布如图2。从图2可看出，紧邻工作面处孔隙率较大，而采空区深部孔隙率接近1。图2采空区孔隙率分布得出孔隙率后，由采空区简化图1，得出采动裂隙岩体的渗透率k如下:k=D2150n3(1－n)2=D2150m－|L(x，y)|3h1－|L(x，y)|(1－m－|L(x，y)|h1－|L(x，y)|)2

渗透率分布,采空区,孔隙率,通风方式

下沉量，m;L0为岩层稳定后的下沉量，m;l2为采空区倾向宽度，m;l为岩块断裂距离，m。由于岩层间曲率和挠度的差异，基本顶在下沉过程中会发生离层，产生大量的破断裂隙。在来压的动态过程中，孔隙率的变化如式(2):n=m－△hh1－△h=m－|L(x，y)|h1－|L(x，y)|(2)式中:n为孔隙率，无因次;m为采放高，m;△h为离层后两层间距，m;h1为垮落带高度，直接顶为普氏硬度为2．7的砂岩，属中硬岩层，由h1=100∑m4．7∑m+19±2．2计算出，其中，∑m为累计采厚，在此等于m。孔隙率分布如图2。从图2可看出，紧邻工作面处孔隙率较大，而采空区深部孔隙率接近1。图2采空区孔隙率分布得出孔隙率后，由采空区简化图1，得出采动裂隙岩体的渗透率k如下:k=D2150n3(1－n)2=D2150m－|L(x，y)|3h1－|L(x，y)|(1－m－|L(x，y)|h1－|L(x，y)|)2(3)式中:D为理想简化模型中颗粒直径，取0．5m。渗透率分布如图3。渗透率的分布与孔隙率分布规律基本一致，为采空区瓦斯治理模拟提供理论依据。3采空区瓦斯治理模式确定3．1通风方式优选为选取最有利于瓦斯排放的通风方式，分别对“U”型、“Y”型、双“U”型和偏“Y”型通风进行模拟比较，，得出最合理的通风方式。分别建立工作面通·144·第47卷第8期2016年8月SafetyinCoalMinesVol．47No．8Aug．2016
【作者单位】：中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金面上资助项目(51574224) 江苏省自然科学基金面上研究资助项目(BK20141130) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2014QNB27)
【分类号】：TD712.6

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