余吾煤业N2201工作面顶板走向长钻孔替代高抽巷瓦斯抽采技术研究

发布时间：2020-05-26 12:27

【摘要】：随着矿井开采强度和机械化程度的提高,综采放顶煤工作面的瓦斯防治压力越来越大,大多数矿井通常采用高抽巷有效治理采空区和邻近层的涌出瓦斯,但使用高抽巷又存在施工成本高、施工周期长和采掘衔接紧张等缺陷。近年来随着国内外钻具装备和钻进技术的不断提高,长钻孔抽采煤层瓦斯技术得到长足发展,顶板走向长钻孔替代高抽巷的试验研究也已开始,但其存在着钻孔参数选取缺乏依据,抽采效果不能保障的局限性。本论文以余吾煤业N2201综放工作面采用高抽巷治理采空区瓦斯的工程背景为研究对象,提出使用顶板走向长钻孔替代高抽巷瓦斯抽采技术,研究顶板走向长钻孔的最佳抽采参数,保证顶板长钻孔的高效抽采效果,通过对比高抽巷抽采效果来验证在N2201工作面实施顶板走向长钻孔替代高抽巷抽采的可行性,对矿井生产实际具有指导意义。通过理论分析与数值模拟本文主要研究内容如下:(1)研究顶板走向长钻孔抽采技术原理,构建了在稳定渗流条件下顶板长钻孔的抽采量方程,对影响顶板长钻孔瓦斯抽采效果因素进行分析。结合矿井工程实践经验,通过采空区覆岩三带理论以及采空区采动裂隙“O”形圈理论初步确定钻孔布置层位高度为15~50m的范围,距回风巷的水平距离为15~65m的范围。(2)通过Fluent模拟高抽巷抽采前后的采空区瓦斯运移规律和抽采效果。抽采条件下采空区浅部回风侧的瓦斯浓度得到了降低,在采空区深部回风侧的高浓度瓦斯变化不大。高抽巷抽采负压的作用下,采空区浅部回风侧的高浓度瓦斯从上隅角处向高抽巷口集聚被抽采出采空区,并且上隅角瓦斯浓度达标,实现了高抽巷在裂隙带内稳定抽采。(3)通过Fluent模拟研究顶板长钻孔组在不同抽采负压时的抽采效果,确定了钻孔的最佳抽采负压:对抽采负压为10 kPa、15 kPa、20 kPa和25 kPa时顶板长钻孔抽采效果分析对比得出,随着抽采负压的增大,抽采浓度和上隅角瓦斯浓度趋于减小,而抽采纯量和混量趋于增大并且增幅趋于减小,综合考虑不同负压下的上隅角瓦斯浓度与抽采浓度,确定抽采负压为20 kPa时顶板长钻孔的抽采效果最好。(4)通过Fluent模拟研究顶板长钻孔组在不同布置层位时的抽采效果,确定了钻孔的最佳布置层位:对钻孔布置层位为距采空区底板20m、25m、30m和35m时顶板长钻孔抽采效果的分析对比得出,随着布置高度的增大,上隅角瓦斯浓度、抽采浓度和抽采纯量趋于增大,而抽采混量趋于减小,综合考虑不同钻孔布置高度下的上隅角瓦斯浓度和抽采总纯量,确定布置高度为25m时顶板长钻孔的抽采效果最好。(5)对比顶板走向长钻孔和高抽巷抽采模拟结果可知,钻孔抽采在采空区回风侧的影响范围比高抽巷抽采较大,而在进风侧的影响范围要比高抽巷抽采较小,量化得到钻孔组总抽采纯量11.71m~3/min,优于高抽巷抽采纯量11.27m~3/min,钻孔组平均抽采浓度11.96%要高于高抽巷抽采浓度5.10%,单孔最高抽采浓度达到22.85%,验证了顶板长钻孔的抽采效果可以达到高抽巷的抽采效果。(6)对比施工成本,顶板走向长钻孔相比高抽巷投入资金降低34.38%,并且施工周期短,缓解了高抽巷掘进速度对采面投产的制约,为顶板长钻孔替代高抽巷抽采提供了可行性依据。从地质条件、抽采需求和施工成本三方面综合考虑,提出了顶板长钻孔替代高抽巷的计算方法和适用条件。
【图文】：

物理模型,采空区,采场,网格

倾向长为 200m。通过 Geometry 简化构建后的 U 形通风下的 N2201 工作面采场三维物理模型如图4-2 所示，，其中回风侧上隅角处为坐标原点（0，0，0）。图 4-2 采空区物理模型Fig.4-2 Goaf physical model使用 Mesh 对所建立的三维梯台采场模型进行网格划分，划分网格为六面体，所划分网格数为 250 万左右，网格物理模型如图 4-3 所示：

网格模型,采空区,回风巷

图 4-3 采空区网格模型Fig.4-3 Mesh model of goaf考 N2201 工作面高抽巷实际布置情况，将高抽巷布置在距回风巷 40m，30m 位置，布置高抽巷的采空区网格模型如图 4-4 所示：
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712.6

【参考文献】