余吾煤业采空区高抽巷及埋管抽采下瓦斯分布规律研究

发布时间：2020-09-29 07:11

　　 余吾煤业矿井为高瓦斯矿井,其主采3#煤层具有低透气、难抽放等特点,同时综采放顶采煤方式的推广应用使得工作面采高大、采空区遗煤多,从而出现了瓦斯涌出量大、浓度高等威胁煤矿生产安全的情况,其中上隅角瓦斯浓度超限问题尤为突出。针对上述问题,本文以N1101工作面为研究对象,在现有理论基础上分析了采空区的形成过程,包括其空间特征、采场“三带”和“三区”的划分依据及裂隙发育分布规律。根据3#煤层实际地质情况建立煤岩层3D几何模型,利用FLAC3D对工作面推进过程中煤岩层的变形及塑性破坏情况进行模拟,揭示了采动覆岩应力场、裂隙场的分布演化机理。基于多孔介质渗流理论,阐述了采空区瓦斯赋存涌出运移规律,对工作面和采空区涌出量、瓦斯源项、多孔介质粘性系数等参数进行计算。基于理论分析和工作面实际工况,建立CFD采空区三维模型,利用FLUENT模拟了“U”型通风方式下未抽采时的采空区流场及瓦斯浓度分布情况,综合分析了工作面漏风对于采空区瓦斯的影响以及上隅角瓦斯浓度超限的原因,说明对采空区瓦斯进行抽采必不可少。利用FLUENT研究了高抽巷抽采和预埋立管抽采对采空区流场及瓦斯浓度的影响规律,分别模拟了高抽巷在不同垂距和平距下以及预埋立管在不同埋管间距下的抽采情况,分析高抽巷和埋管的空间位置对抽采效果的影响,从中总结规律并提出最合适的抽采布置参数,即针对余吾煤业N1101工作面,高抽巷距顶板垂直距离30m~40m时和距回风巷平距10m~20m时抽采效果为最佳,埋管的最佳间距为20m。通过现场实测数据,对抽采方式的有效性和合理性进行工程验证,为余吾煤业采空区瓦斯抽采系统的优化提供借鉴。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：

1.1 概述（Introduction）煤炭是我国重要的基础能源，在贫油、少气、富煤的能源结构下，我国煤炭资源与其他一次能源相比，已探明的储量占到了能源总量的 85％[1-4]。2018 中国国际矿业大会上正式发布的，由自然资源部编制的《中国矿产资源报告 2018》显示，截止到 2017 年底，我国煤炭查明资源储量为 16666.73 亿吨，仍有较高的增长趋势[5]。这都意味着在很长一段时间内，即使国家出台了一些煤矿去产能的政策，煤炭仍将是我国能源供需的先头兵[6-7]。表 1-1 主要矿产资源查明储量Table 1-1 Identified reserves of major mineral resources序号 矿产 单位 2016 年 2017 年 增减变化，％1 煤炭 亿吨 15980.01 16666.73 4.32 石油 亿吨 35.01 35.42 1.23 天然气 亿立方米 54365.46 55220.96 1.64 煤层气 亿立方米 3344.04 3025.36 -9.55 页岩气 亿立方米 1224.13 1982.88 62.0

到的采空区瓦斯涌出量、煤岩体碎胀系数、孔隙率、渗透率等相关参数FLUENT 分别对采空区未抽采和有高抽巷抽采情况下瓦斯的浓度和流场进行模拟，在此基础上研究高抽巷位于不同高度和平距时的抽采效果从抽巷最优的空间布置位置。针对上隅角瓦斯仍时有超限的情况，进一步区预埋立管抽采数值模拟研究，得出埋管抽采及埋管间距不同对采空区的影响规律，确定最佳的埋管间距。最后通过实测瓦斯浓度、抽采流量不同的抽采方式和模拟结果的优效性进行检验。.2 技术路线本文根据理论和数值模拟分析得出采空区的空间特征及其赋存瓦斯涌律，以此为基础将采空区视为多孔介质，分析计算相关参数并利用 FLU采空区未抽采、高抽巷抽采及埋管抽采作用下瓦斯的分布情况，分析工、不同抽采方式及抽采口空间位置对采空区瓦斯浓度及流场的影响规律出最佳抽采方案实现采空区高效抽采，最后进行了现场实测验证抽采的技术路线如下图所示：

裂隙带本煤层采空区自然堆积区 图 2-1 采空区Figure 2-1 Sketch of spa2.2.4 裂隙发育及分布特点裂隙带由上覆岩层受采动影响发生机理的不同以及大量数值模拟和相似模向破断裂隙两种，前者主要引起原始吸为释放出来的瓦斯提供上浮运移的通道

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本文编号：2829405