特厚煤层采动裂隙场演化与地面钻井产气规律

发布时间：2019-10-21 07:07

【摘要】：针对特厚煤层开采强度大、对煤岩体扰动程度高的特点，论文以确定合适的瓦斯抽采位置、分析钻井产气规律为切入点，对特厚煤层采动裂隙场演化规律、采空区气体分布规律进行了研究，确定了合理的瓦斯抽采钻孔或钻井的布置位置，并讨论了渗透率和瓦斯抽采半径不同函数关系下的产气规律，与靖远煤业集团魏家地煤矿地面钻井实测数据进行了比较分析。利用ABAQUS数值模拟软件，对特厚煤层开采后上覆岩层的位移量、膨胀率、渗透率变化规律进行了研究：（1）当煤层未充分采动时，上覆煤岩层垮落不充分，采空区中部裂隙发育程度较高，渗透率大。当煤层充分采动时，上覆煤岩体充分垮落，采空区中部的裂隙逐渐被压实，渗透率变小；（2）煤层倾角使得自身重力分布不均，靠近回风巷一侧的裂隙发育程度要高于进风巷一次，渗透率略高；（3）在垂直方向上，采空区两侧裂隙发育程度逐渐减弱，煤岩体膨胀率、渗透率呈指数形式下降。采空区中部，采动裂隙先充分发育而后被逐渐压实、闭合，膨胀率及渗透率先变大、后逐渐减小；（4）将煤层和采空区分为原始区、采动影响区、裂隙发育区和重新压实区。利用ABAQUS模拟得出的渗透率分布规律，通过计算流体软件FLUENT模拟采空区气体分布规律：（1）采空区内在近工作面区域分别存在氧气高浓度场和瓦斯低浓度场，回风巷一侧的瓦斯浓度高于进风巷一侧；（2）瓦斯浓度在走向方向呈指数形式增高，在倾向方向上，在靠近进风巷、回风巷两侧瓦斯浓度较低，在垂直高度方向上，瓦斯浓度在0~50m内增长较快。确定了瓦斯抽采钻孔或钻井合理的布置方位，揭示了地面钻井产气规律：（1）钻孔或钻井的最佳位置位于距风巷30m处，距煤层顶板0~20m；（2）建立了地面钻井瓦斯抽采流量计算模型，讨论了渗透率和瓦斯抽采半径不同函数关系时，不同区域的瓦斯抽采流量计算公式。在甘肃靖远煤业集团魏家地煤矿工业试验表明，地面钻井布置在合理的位置处，瓦斯抽采效果明显，1#钻井累计抽采纯瓦斯122.487×104m3，2#钻井累计抽采纯瓦斯134.046×104m3，并将2#钻井瓦斯抽采流量值与理论值进行比较，结果相吻合。
【图文】：

几何模型,煤层厚度

.2 几何模型及力学参数模型采用三维模型，长×宽×高=400m×400m×200m，X 方向代表煤层走向方Y 方向代表煤层倾向方向，Z 方向为垂直方向，其中煤层共回采 200m，倾向 200m，煤层厚度为 16m，采用放顶煤回采工艺，实际回采煤层厚度为 13m倾角为 10°。在进行数值模拟时，每 20m 为一个开采步，共计开采 10 步，采用砂岩，物理参数如表 2-1 所示，几何模型与网格划分如图 2-1 所示。表 2-1 物参理数Table 2-1 Physical parameters密度(Kg/m3)杨氏模量(GPa)泊松比摩擦角（°）粘聚力（MPa）剪胀角（°）砂岩 2600 21 0.25 24.0 2 12煤 1400 8 0.339 35 1 170-100100200-200

云图,云图,方向,煤岩体

（e）回采 180m图 2-2 不同回采距离走向方向位移云图-2 Displacement diagram on strike direction at different s了不同回采距离时煤层顶板走向方向的位移变化分采动后在采空区上方煤层顶板发生垮塌，垮塌一定的支撑作用，由于特厚煤层开采厚度大，煤较大，在采空区两侧煤岩体也会有一定影响，发后可以将受采动影响的煤岩体分为两个区域采区（Ⅱ区域），如图 2.2（e）所示。内煤岩体受采动影响较大，煤岩体破坏严重，，以裂隙，形成瓦斯流动的主要通道；采动影响区域靠近工作面受采动影响程度越大，煤岩体以横向并与采空区内的竖向裂隙相沟通，形成瓦斯流中将采空区内部分为采动破坏区，采空区外部分各个区域的形状没有具体确定，下面通过分析采
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6

【参考文献】