压入式通风下浅埋煤层采空区地表漏风规律研究

发布时间：2020-11-20 13:39

　　 我国西北煤炭资源具有埋藏浅、基岩薄、煤层群间距近的特点,煤层开采时,极易形成贯通工作面、采空区和地表之间的漏风通道,容易造成采空区内的遗煤自燃。因此,研究浅埋煤层采空区的漏风规律具有重要意义。本论文采用理论分析、现场实验与数值模拟相结合的方法,对活鸡兔矿12_下206工作面采空区地表漏风规律进行研究。首先,分析了地表裂缝的形成机理和影响地表漏风的因素,采用井上、下坐标对照、地面坐标确定、无人机巡航拍摄、地表裂缝参数实测等一套综合测定的方法,对地表裂缝进行实地观测。然后利用双示踪气体技术测定了地表漏风范围,采用动压法和直接风速法相结合的方法测得工作面向采空区的漏风量,获得模拟所需要的一系列参数。基于采空区“O”型冒落压实和Bachmat提出的非线性渗流理论,结合采空区“竖三带”分布,建立了采空区三维碎胀系数分布模型。在采空区三维碎胀系数分布模型基础上,推导出三维渗透率分布模型。利用专业的流体力学软件Fluent对12_下206工作面采空区流场进行了数值模拟,得到工作面采空区漏风流场分布图。对三维渗透率分布模型和工作面采空区漏风流场分布图进行分析,得出:渗透率在水平方向上近似呈“O”型圈分布,越靠近采空区边界,渗透率越大,沿工作面倾向,渗透率先减小后增大,变化趋势呈对称分布;在竖直面上,同一水平位置的渗透率随着高度增加逐渐变小;在压入式通风方式下,由于该工作面能位大于地面,使得工作面风量经采空区漏至地表,采空区内漏风流场在水平方向上近似呈“O”型分布,在垂直方向上近似呈“浴盆”状分布。在上述模拟基础上,模拟分析地表裂隙封堵后对采空区漏风流场的影响,结果表明,地表裂缝封堵后,采空区内的漏风流速变小,漏风影响范围也变小。从空气能位角度模拟分析了工作面与地面之间的能位差对采空区漏风的影响,结果表明,工作面与地面之间的能位差越大,采空区与地面之间的漏风量也越大,并拟合得到他们之间呈二次函数关系。该研究结果对浅埋煤层采空区漏风分析及治理具有一定的指导作用。图[27]表[19]参[84]。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD728
【部分图文】：

2 12下206 工作面地表裂缝观测2.1 活鸡兔矿井及工作面概况2.1.1 矿井概况神东矿区处于陕西省榆林市神木县境内，东临府谷县，北临鄂尔多斯市伊金霍洛旗。矿区东西长约 35~55km，南北宽约 38~90km，煤田实际面积达 31172km2，已探明储量有 2236 亿吨，预计为储量 1 万亿吨现有补连塔矿、大柳塔矿(包括活鸡兔)、柳塔矿、石圪台矿、哈拉沟矿、布尔台煤矿、乌兰木伦矿、寸草塔二矿、上湾矿、马家塔矿、寸草塔煤矿、榆家梁矿、昌汉沟煤矿等主要生产矿井。矿井分布情况如图 2 所示。

4）采煤工艺12下206 综放工作面采用放顶煤工艺开采，煤层层间距为直接顶，距上覆采空区层间距为 0.8～3.8m，平均层间距 2.5m。按平均煤厚 6m考虑正常回采期间工作面煤机采动采高设计 3.7m（±0.2m），放煤高度 2.4m整体工作面采煤高度 6m。5）月设计推进度：循环进尺取 0.865m/刀，12下206-1 平均 13~15 刀/天；月生产天数取 2天/月，可得月推进速度为：309.2~356.8m/月。根据工作面总长为 4167m计算得 12下206 面总服务期限约为 13 个月。12下206 综放工作面按正常采从 2017 年 9 月 24 日开始回采至 2018 年 10 月结束，目前已回采 11006）通风情况活鸡兔为压入式通风，通风系统图见附图，12下206 工作面通风路线如图 2-1-2 所示。

图 4 采动覆岩内应力分布情况Fig.4 Stress distribution of overlying strata under mining煤层不断开采，地面采空空间体积增升，煤层上覆岩层拉应力向上传递，迫使上覆抗剪能力差的松散质岩层结构破坏，其松散质岩层特有结构松散、孔隙率大等属性不仅使拉应力较充分消弱，而且使得拉应力变形作用程度减缓。此应力作用条件下，工作面上覆断裂岩体无法形成较大错动滑移，表现在地表裂缝特征为分布密度大，宽度较小。地面裂缝随时间会渐渐愈合，是由于风积沙自身具有流动特性，在自重、风力作用下不断慢慢将地表裂缝充填愈合。2.3 地表漏风影响因素根据浅埋深近距离煤层群开采地表裂缝发育规律，可以看出：地表裂缝是工作面与地面之间的主要漏风通道，影响采空区漏风大小的因素主要
【参考文献】

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本文编号：2891492