贺西煤矿首采层开采后下伏煤层卸压特征研究

发布时间：2017-04-17 19:14

  本文关键词：贺西煤矿首采层开采后下伏煤层卸压特征研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以贺西煤矿三采区3313工作面为原型,用FLAC3D模拟开挖上覆煤层50 m、100 m、200 m,分析下伏煤层的应力和位移变化。通过实验室进行的渗透性实验,得到渗透模型,结合下伏煤层膨胀变形特征,得出下伏煤层的渗透率变化特征。利用COMSOL Multiphysics软件模拟了不同抽采时间下下伏煤层瓦斯抽采半径,对工作面瓦斯抽采钻孔进行了优化。上覆煤层开采后,受采动的影响,下伏煤层煤体经历了加载-卸载过程,随着上覆煤层工作面推进,原来的应力较大的区域应力逐渐减小,转化为卸压区。且煤体卸压范围以及卸压程度与上覆煤层推进距离呈正相关关系。由实验室渗透性实验得到的下伏煤层渗透模型可知,煤体在加载阶段,渗透率逐渐减小,达到卸荷点后的卸载阶段,渗透率迅速增大,通过对渗透率测试结果的拟合可知,卸载力学路径下,加载阶段,煤样渗透率与轴向应变的关系为11Bk A e-e=(1A、1B为拟合系数);卸载阶段,煤样渗透率与轴向应变的关系为22Bk A ee=(2A、2B为拟合系数)。随着上覆煤层工作面的向前推进,下伏煤层由工作面中心向外依次可划分为渗透率增大1区、渗透率增大2区、渗透率减小区以及原始渗透率区四部分,其中渗透率增大1区的渗透率增加程度和范围是最大的;下伏煤层工作面的煤体处于渗透率增大区域,且大范围的处于渗透率增大1区。根据下伏煤层工作面渗透率的分布特征结合COMSOL Multiphysics软件模拟得出不同抽采时间下的瓦斯抽采半径,对下伏煤层工作面瓦斯抽采半径进行优化,在卸压区1和卸压区2顺层瓦斯抽采钻孔间距为16 m,在卸压区1和原始应力区之间的应力集中区煤体钻孔间距为3 m,原始应力区钻孔间距为7 m;工作面瓦斯抽采率大于60%,工作面推进过程中测得瓦斯解吸指标K1值最大为0.25,△h2最大值为138 Pa,测得的最大残余瓦斯压力为0.35 MPa。回采期间平均产量为3500 t/d,平均相对瓦斯涌出量为3.8 m3/t,回风巷瓦斯浓度最大值为0.7%,小于1%,瓦斯未出现过超限现象。
【关键词】：保护层开采 卸载 渗透性 瓦斯抽采
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-19
• 变量注释表19-21
• 1 绪论21-32
• 1.1 研究背景及意义21-22
• 1.2 国内外研究现状22-29
• 1.3 存在问题29-30
• 1.4 主要研究内容和思路30-32
• 2 贺西煤矿瓦斯赋存规律32-38
• 2.1 煤层瓦斯压力32-34
• 2.2 煤层瓦斯含量34-36
• 2.3 3313工作面基本概况36-37
• 2.4 小结37-38
• 3 采动应力、位移演化数值模拟分析38-53
• 3.1 保护层开采数值模拟分析38-40
• 3.2 保护层开采模拟结果分析40-52
• 3.3 小结52-53
• 4 渗透性实验的设计与方案53-61
• 4.1 力学路径的选择53
• 4.2 型煤试样制取53-56
• 4.3 渗透率测定方法56-57
• 4.4 实验设备57-58
• 4.5 实验方案58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 5 卸载过程中煤体渗透性演化特征61-73
• 5.1 煤体渗透率主要影响因素61-63
• 5.2 煤体在固定轴向位移卸围压过程中渗透性的变化63-67
• 5.3 煤体在固定差应力卸围压过程中煤体渗透性的变化67-71
• 5.4 不同卸载路径下渗透性的特征71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 下伏煤层渗透率分布特征及应用73-92
• 6.1 下伏煤层渗透率分布特征73-79
• 6.2 下伏煤层工作面瓦斯抽采半径的优化79-88
• 6.3 被保护层工作面瓦斯抽采钻孔布置88-90
• 6.4 下伏煤层工作面瓦斯抽采效果考察90-91
• 6.5 本章小结91-92
• 7 结论与研究展望92-95
• 7.1 全文结论92-93
• 7.2 研究展望93-95
• 参考文献95-102
• 作者简历102-105
• 学位论文数据集105

【参考文献】

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本文编号：314116