单一厚煤层高瓦斯综放面上隅角瓦斯积聚与超限治理技术优化
发布时间：2020-10-14 06:52
余吾煤业N1101工作面为单一厚煤层高瓦斯综放工作面,通风方式为“U+高抽巷”,上隅角瓦斯积聚与超限一直是威胁采面安全开采的重要因素。究其原因主要为:进、回风压差大、高抽巷瓦斯抽采浓度低及抽采纯量小、采空区埋管瓦斯抽采效率低等。本文以理论分析、现场实测、相似模拟及数值模拟为手段,揭示了采空区漏风及瓦斯运移规律,明确了采空区漏风流场、高抽巷抽采流场及埋管抽采流场的耦合叠加机理,并对原有上隅角瓦斯治理技术措施进行了优化。具体研究成果如下:(1)利用单元法及采空区埋管采气法,实测得出了采空区进风侧30m范围内为采空区风流集中漏入区,采空区回风侧上隅角10m范围内为采空区风流集中漏出区,高抽巷抽采瓦斯使采空区漏入工作面风量及瓦斯涌出量减少,其有效作用范围为高抽巷下方两侧20m。分析确定了采空区深部方向上“瓦斯三带”分布范围,并结合采空区“O”型圈理论,分析确定了适合于进行采空区埋管抽采的区域为瓦斯快速积聚区(采空区深部20~70m)。(2)以相似理论为基础,建立了采空区三维瓦斯流场试验台,并进行了“U+高抽巷”通风方式瓦斯流场相似模拟实验,实验得出:高抽巷水平方向远离回风顺槽时,采空区漏风范围扩大风排瓦斯能力减弱;高抽巷竖直方向升高时,进风侧漏风范围变化较小,回风测漏风范围略有增加,高抽巷在采空区深部形成的负压汇流点后移;高抽巷抽采负压增大时,采空区漏风范围变化不大、漏风强度增大,耦合负压汇流点后移。(3)建立了真实反映N1101工作面的物理模型,通过FLUENT数值模拟软件,研究有关流场、瓦斯浓度场、氧气浓度场及复合灾害区分布范围等变化规律,确定了高抽巷布置的最优层位为:距煤层底板20m、距回风顺槽内错20m;确定了采空区埋管最佳抽采范围为30~40m、抽采量为50m~3/min;研究得出,提高采场各瓦斯抽采方式抽采效率、减少采空区瓦斯涌出量的配套措施为:利用泡沫水泥对采空区上下隅角进行封堵,减少进、回风巷压差。通过上述研究,形成了单一厚煤层高瓦斯综放面上隅角瓦斯积聚与超限治理技术优化体系,这对于保障矿井安全高效开采具有重要意义。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：
1 绪论双埋管法： 即在工作面的采空区回风侧位置铺设第 1 条瓦斯抽放埋入采空区一定长度后开始抽放，同时埋入第 2 条抽放管路，当放管口进入采空区瓦斯涌出带和过渡带的交界部位时停止抽放，路抽放，并重新铺设新的管路，如此循环交替，直至工作面回采完-3 所示。随着工作面的推进抽放口位置将会不断改变并偏离原有设放效果有可能无法达到要求，同时这种埋管方法需要每隔一定的现场情况确定）重新铺设一趟抽放管路，需要大量的人力、物力的加工、运输、安装，同时瓦斯抽放管路不能回收，造成极大的此，有必要对传统埋管抽采工艺进行技术革新。
图 1-4 裂隙带钻孔法抽放上隅角瓦斯平面图Figure 1-4 Plane graph of gas drainage from upper cornerin cracked zone using hole drilling method3）在顶板高位水平定向钻孔由于裂隙带处于相对稳定的高度，为了延长钻孔服务年限，提高抽放在工作面回风巷道往顶板上方一定高度布置钻场，并在钻场内往工作面水平钻孔，这种布置方法避免了从煤层位置往上打钻的困难，同时由于位置处于顶板相对稳定的位置，整个钻孔都处于裂隙带瓦斯有效抽放范解决了裂隙带钻孔服务时间短的问题，这种抽放方式可以取得较好的抽能抽放出高浓度瓦斯，抽放量稳定。但是由于掘斜巷和钻场施工量大在老顶内，打钻费用高。4）顶板专门巷道抽放煤层群回采的综采或回采工作面，在采空区瓦斯涌出量较大时，可采用或倾向巷道抽放采空区瓦斯[59]。该方法是在煤层顶板上方一定高度（其察确定）靠近工作面回风侧掘设一条岩巷，可以实现对采空区上部裂隙
图 1-5 采空区瓦斯尾巷抽放示意图Figure 1-5 Schematic diagram of gas drainage from tail roadway in go研究内容（Research Content of This Paper）前人研究成果的基础上，针对单一厚煤层高瓦斯综放工作斯浓度频繁积聚与超限问题，以余吾煤业 N1101 工作面为析、现场实测、相似实验及数值模拟的手段，研究单一厚+高抽巷+采空区埋管”瓦斯治理模式下，采空区漏风及瓦斯隙发育规律、采空区瓦斯浓度分布规律、采空区氧气浓度灾害区域分布规律等，从而确定最佳的高抽巷抽采层位、埋管的最佳作用深度、抽采流量等技术参数；提出一种治限的新型封堵采空区漏风技术体系，有效治理单一厚煤层积聚与超限问题，本文的研究内容包括：利用单元法测定 N1101 工作面漏风规律及瓦斯浓度分布规及工作面瓦斯运移规律进行分析研究，明确现有“U+高抽
【参考文献】
本文编号：2840344
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：
1 绪论双埋管法： 即在工作面的采空区回风侧位置铺设第 1 条瓦斯抽放埋入采空区一定长度后开始抽放，同时埋入第 2 条抽放管路，当放管口进入采空区瓦斯涌出带和过渡带的交界部位时停止抽放，路抽放，并重新铺设新的管路，如此循环交替，直至工作面回采完-3 所示。随着工作面的推进抽放口位置将会不断改变并偏离原有设放效果有可能无法达到要求，同时这种埋管方法需要每隔一定的现场情况确定）重新铺设一趟抽放管路，需要大量的人力、物力的加工、运输、安装，同时瓦斯抽放管路不能回收，造成极大的此，有必要对传统埋管抽采工艺进行技术革新。
图 1-4 裂隙带钻孔法抽放上隅角瓦斯平面图Figure 1-4 Plane graph of gas drainage from upper cornerin cracked zone using hole drilling method3）在顶板高位水平定向钻孔由于裂隙带处于相对稳定的高度，为了延长钻孔服务年限，提高抽放在工作面回风巷道往顶板上方一定高度布置钻场，并在钻场内往工作面水平钻孔，这种布置方法避免了从煤层位置往上打钻的困难，同时由于位置处于顶板相对稳定的位置，整个钻孔都处于裂隙带瓦斯有效抽放范解决了裂隙带钻孔服务时间短的问题，这种抽放方式可以取得较好的抽能抽放出高浓度瓦斯，抽放量稳定。但是由于掘斜巷和钻场施工量大在老顶内，打钻费用高。4）顶板专门巷道抽放煤层群回采的综采或回采工作面，在采空区瓦斯涌出量较大时，可采用或倾向巷道抽放采空区瓦斯[59]。该方法是在煤层顶板上方一定高度（其察确定）靠近工作面回风侧掘设一条岩巷，可以实现对采空区上部裂隙
图 1-5 采空区瓦斯尾巷抽放示意图Figure 1-5 Schematic diagram of gas drainage from tail roadway in go研究内容（Research Content of This Paper）前人研究成果的基础上，针对单一厚煤层高瓦斯综放工作斯浓度频繁积聚与超限问题，以余吾煤业 N1101 工作面为析、现场实测、相似实验及数值模拟的手段，研究单一厚+高抽巷+采空区埋管”瓦斯治理模式下，采空区漏风及瓦斯隙发育规律、采空区瓦斯浓度分布规律、采空区氧气浓度灾害区域分布规律等，从而确定最佳的高抽巷抽采层位、埋管的最佳作用深度、抽采流量等技术参数；提出一种治限的新型封堵采空区漏风技术体系，有效治理单一厚煤层积聚与超限问题，本文的研究内容包括：利用单元法测定 N1101 工作面漏风规律及瓦斯浓度分布规及工作面瓦斯运移规律进行分析研究，明确现有“U+高抽
【参考文献】
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本文编号：2840344
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