浅埋近距离煤层重复采动漏风机制及煤柱自燃特性分析

发布时间：2020-08-06 18:59

【摘要】：我国神东、榆神、灵武等重要煤田赋存着大量埋深在80~240m的浅埋藏近距离煤层群,由于煤层埋藏比较浅,开采高度较大,开采后顶部冒落带和裂隙带已经穿透地层直通地表,因此地表漏风十分严重。随着神东矿区多个矿井内个别盘区的上层主采煤层相继开采完毕,陆续开始下层主采煤层的开采,所开采煤层大多为一类自然倾向性煤层,空气进入上覆采空区后,极易引起上覆采空区遗煤自燃,由于两层煤间距较小,在受到下层煤采动影响后,上下两层煤采空区沟通,上层煤有自燃危险性并对下层煤回采期间造成影响。为了研究浅埋藏近距离煤层群重复采动下地表漏风对采空区煤自燃的影响,本文利用FLAC~(3D)数值模拟软件对神东矿区补连塔矿回采不同阶段覆岩孔隙率的发育规律、塑性区分布以及覆岩跨落高度进行模拟分析。结果表明:下煤层的回采导致临近层间的岩体跨落破断,造成层间贯通。地表风流由覆岩裂隙进入离层区,经裂隙带进入采空区,并通过采面临近层之间的覆岩裂隙进一步流入下煤层工作面,形成贯通地表—上煤层采空区—下煤层工作面的地表漏风通道;破裂失稳的老空区煤柱裂隙充分发育,为上煤层采空区提供漏风通道。这种贯通上下煤层及地表的漏风通道的形成大大的增加了采空区漏风量,增大了上煤层采空区煤自燃的风险。通过模拟浅埋藏近距离煤层群赋存条件下煤体的动态开挖过程,结合老空区煤柱的应力、位移以及孔隙率的变化特征,老空区煤柱经历了稳态应力集中→泄压破碎→破碎压实三个阶段,提出了浅埋煤层群重复采动下老空区煤柱的动态失稳机制。并结合自主研发的承压破碎煤体升温氧化装置进行相似实验,得出老空区破碎失稳煤柱自然发火危险性随着回采的进行不断增大的结论。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2
【图文】：

上下煤层,采煤层,采空区,压实

以上这些因素的存在直接导致回采工作面采空区、上覆老空区或破裂煤柱自燃危险性加大。神府东胜矿区（简称神东矿区）位于陕西省北部榆林地区和内蒙古南部伊克昭盟境内。煤田面积 3.12 万 km2，探明储量 2236 亿 t，煤层埋藏浅、倾角小、赋存稳定、煤质优良。随着回采的不断进行，上煤层已逐渐开采完毕，陆续开始下层邻近层的开采，其中补连塔煤矿已开始 1-2 煤层下部的 2-2 煤（煤层间距10~39m）的回采，目前主采 1-2、2-2 煤层，其中 1-2 煤层埋藏深度为 146-233m，与 2-2 煤层间的距离介于 10~39m。开采 2-2 煤层时往往出现 CO 超标现象，结束后会留下自燃隐患，直接威胁下部 2-2 煤层的开采。煤层赋存条件使补连塔矿的开采构成浅埋藏近距离煤层群重复采动的回采工况。

渗透率分布,自燃特性,承压,实验装置图

图 1-2 承压破碎煤体自燃特性实验装置图ental device of spontaneous combustion characteristic与GC4000A型气相色谱仪装置相连接。借助此阶段的受力条件及渗透率分布状况，进行不同验。本实验拟采用型煤及松散煤粒模拟采空区煤柱以模拟出的采空区煤柱应力、孔隙率作为边界区煤柱渗透率分布模拟结果进行试验煤样的制工况。体通过气相色谱仪，煤样温度每升高 20℃，气体成分和浓度。工况下煤体的耗氧量、CO、CO2、烷烃类气体

技术路线图

【参考文献】