高瓦斯首采工作面裂隙带钻场及煤层钻孔多位联合抽采技术研究

发布时间：2017-05-04 08:00

  本文关键词：高瓦斯首采工作面裂隙带钻场及煤层钻孔多位联合抽采技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高瓦斯煤层首采工作面,存在诸多不确定因素,可供参考的工程范例较少,为瓦斯的防治工作增加了难度。文中以余吾煤业首采工作面N2105为工程背景,从上覆岩层组合与顶底板岩性,覆岩卸压移动机理,和“两带”分布规律三个方面分析了采场覆岩移动规律,从煤体瓦斯流动和采空区瓦斯流动两个方面分析了采场瓦斯运移规律；采用通用离散元程序UDEC2D,依据N2105工作面顶底板岩层分布,建立采场走向和倾向数值计算模型,用走向模型分析覆岩采动裂隙演化规律,及煤体内采动力学特征,倾向模型判断覆岩卸压稳定后裂隙发育良好区域分布,为工作面本煤层钻孔和裂隙带钻场布置参数确定奠定了基础；通过对钻孔瓦斯抽采原理和采场瓦斯富集规律的分析,构建了工作面多位联合瓦斯抽采模式；研究确定了本煤层瓦斯抽采钻孔和裂隙带瓦斯抽采钻场布置的关键参数,并进行了工程试验,取得了以下结论： 1)采场覆岩伴随顶板的来压现象,采动裂隙逐步向高层位发育,随采动范围扩大,采空区冒落岩层趋于被压实,裂隙发育达到最高层位。 2)采动影响下二次应力重新分布的过程中,工作面前方煤体内承受压应力瞬间由原始状态应力迅速增高,当达到煤体自身强度极限时发生破坏,应力减小至残余应力,并产生“让压”现象,应力峰值点逐渐向深部转移。 3)覆岩裂隙发育良好区域：采空区上下端头向内0-50m和煤层顶板岩层30～50m范围空间交汇处。 4)由工作面裂隙带钻场和煤层钻孔多位联合瓦斯抽采理论体系和技术体系,构建了多位联合瓦斯抽采模式。 5)采用增加煤层钻孔覆盖率和利用“卸压增渗”的效应的方法提高本煤层抽采率；确定了裂隙带抽采钻场终孔位置为煤层顶板35-40m,回风顺槽侧钻场间距40m,胶带顺槽侧钻场间距80m,协同拦截高位环形裂隙圈中聚积的瓦斯。 6)煤层瓦斯的抽采受到工作面推进速度的影响,适当增加推进速度利于瓦斯排放,对于工作面安全管理有积极的意义。 7)N2105工作面初采期间,裂隙带钻场抽采瓦斯量处较低水平,随推进距增加,覆岩裂隙逐渐发育,瓦斯抽采量随之增加,累积推进达100-120m之间,采空区压实区形成,50#钻场抽采瓦斯纯量达10m3/min,高位钻场发挥最大效用,覆岩裂隙发育范围达到最高层位。 8)首采工作面最为突出问题是顺利渡过初采期,提出采空区内压实区形成为初采困难期结束标志,并给出了相关建议。
【关键词】：首采工作面 卸压移动 裂隙演化 瓦斯抽采技术 初采期
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 采动覆岩移动规律研究现状11-13
• 1.2.2 瓦斯流动理论研究现状13-14
• 1.2.3 矿井瓦斯抽采现状14-15
• 1.3 研究内容与技术路线15-18
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-18
• 第二章 采场覆岩移动与瓦斯流动规律18-38
• 2.1 试验工程概况18-20
• 2.1.1 矿井概况18
• 2.1.2 试验工作面概况18-20
• 2.2 采场覆岩组合与岩性分析20-25
• 2.2.1 直接顶20-21
• 2.2.2 基本顶21-24
• 2.2.3 关键层24-25
• 2.3 覆岩卸压移动机理25-27
• 2.3.1 应力转移25-26
• 2.3.2 采场应力分布26-27
• 2.4 覆岩“两带”分布27-31
• 2.4.1 岩体破坏本构模型27-29
• 2.4.2 冒落带与裂隙带29-31
• 2.4.3 高位环形裂隙圈31
• 2.5 煤体中瓦斯流动规律31-33
• 2.5.1 煤体原生特性31-32
• 2.5.2 煤体内瓦斯流动规律32-33
• 2.6 采空区中瓦斯流动规律33-35
• 2.6.1 采空区特性33-34
• 2.6.2 采空区中瓦斯流动规律34-35
• 2.7 小结35-38
• 第三章 围岩采动影响数值模拟38-56
• 3.1 离散元法基本原理及UDEC2D介绍38-42
• 3.1.1 离散元法基本原理38-40
• 3.1.2 UDEC~(2D)数值计算原理40-41
• 3.1.3 UEDC~(2D)应用领域41-42
• 3.2 数值模型建立42-47
• 3.2.1 几何边界条件42-43
• 3.2.2 岩体基础参数确定43-45
• 3.2.3 初始条件45-46
• 3.2.5 走向和倾向模型46-47
• 3.3 模拟结果分析47-55
• 3.3.1 采场裂隙演化分析47-50
• 3.3.2 煤体内采动应力特征50-53
• 3.3.3 采空区应力分布特征分析53-55
• 3.4 小结55-56
• 第四章 工作面瓦斯抽采技术研究56-62
• 4.1 钻孔瓦斯抽采技术原理56-58
• 4.1.1 本煤层钻孔抽采技术56-57
• 4.1.2 裂隙带钻孔抽采技术57-58
• 4.2 采场瓦斯富集规律58-59
• 4.2.1 工作面煤体瓦斯排放规律58-59
• 4.2.2 采空区瓦斯富集规律59
• 4.3 工作面多位联合瓦斯抽采模式59-61
• 4.3.1 工作面多位联合瓦斯抽采理论体系59-60
• 4.3.2 工作面多位联合瓦斯抽采技术体系60-61
• 4.4 小结61-62
• 第五章 工程试验62-76
• 5.1 抽采系统建立62-66
• 5.1.1 本煤层钻孔布置62-63
• 5.1.2 裂隙带钻场布置63-66
• 5.2 工程试验效果分析66-73
• 5.2.1 本煤层抽采分析66-67
• 5.2.2 裂隙带瓦斯抽采分析67-73
• 5.2.3 相关建议73
• 5.3 小结73-76
• 第六章 结论76-78
• 6.1 主要结论76-77
• 6.2 不足与展望77-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-86
• 在校期间研究成果86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：344651