贺西煤矿近距离煤层开采瓦斯运移规律及抽采方法研究

发布时间：2017-07-15 19:32

  本文关键词：贺西煤矿近距离煤层开采瓦斯运移规律及抽采方法研究

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【摘要】：近距离上覆煤层开采过程中，下伏煤层应力重新分布，因发生破碎和断裂而产生大量裂隙孔隙。大量解吸瓦斯随着漏风流涌入采空区，对上覆煤层开采构成威胁。本文以贺西煤矿3311工作面地质条件为背景，综合运用理论分析、数值模拟、现场试验等研究手段，研究采动围岩应力分布演化过程、不同通风方式及抽采方法下瓦斯浓度及流场分布规律，并将Y型通风方式应用于工程实践，结合瓦斯治理效果详细分析，为相似地质条件煤层开采提供参考。 贺西煤矿上覆煤层开采工作面（采高2m）推进过程中，通过数值模拟得到邻近煤岩体的垂直应力的变化情况。上覆煤层开采后，底板应力分布呈现压缩—卸压膨胀—恢复的规律，并且随着工作面向前推进而循环出现。下伏煤层支撑应力近似呈M型分布，上覆煤层开采范围达到200m时，卸压范围约为120m，最大垂直应力达到33MPa，卸压区垂直应力为1MPa，最佳卸压区域在上覆煤层采空区下部。下伏煤层最大相对膨胀变形量为7.6‰，平均相对膨胀变形量为4.3‰。 根据贺西煤矿地质条件，，针对不同通风方式模拟获得瓦斯分布及流场情况，得出U+高抽巷型通风和Y型通风为合理的通风方式。依据工作面接替情况和地质条件决定选用Y型通风方式。研究得出Y型通风在沿工作面倾向上，瓦斯浓度先升高后降低，最高0.5%左右，瓦斯浓度最高处在沿空留巷尾端，浓度为0.55%。高瓦斯区域主要集中在采空区深部，距工作面100m以内采空瓦斯浓度维持在20%以下。 针对3311工作面Y型通风的实际情况设计瓦斯抽采系统。综合采用本煤层、邻近层、裂隙带和采空区预埋管相结合的方法抽采瓦斯。通过综合抽采后，工作面回风浓度及沿空留巷内的瓦斯浓度，控制在0.2%-0.7%之间。工作面抽放率变化大致在30%-70%之间，平均抽放率为55%。工作面最大风排瓦斯量达14m3/min，后期风排瓦斯量逐渐减少，始终高于4m3/min。3311工作面开采过程中，瓦斯抽采量为814.5万m3，其中运巷管路和材巷管路内的瓦斯浓度较为稳定，大致在6%-10%之间，采空区埋管抽采的浓度为3%左右，裂隙带管路抽采浓度在4%-10%之间。下伏4煤层的瓦斯含量由7.95m3/t降至2.3m3/t、瓦斯压力由0.79MPa降至0.21MPa。回风流及工作面瓦斯浓度始终符合安全规定，可以保证安全开采。
【关键词】：上覆煤层 数值模拟 通风方式 采动应力 瓦斯运移
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-27
• 1.1 研究背景及意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-25
• 1.3 本文研究内容25
• 1.4 本文技术路线25-27
• 2上覆煤层开采现场概况27-35
• 2.1 矿井概况27-28
• 2.2 上覆煤层 3311 工作面概况28-29
• 2.3 3311 工作面瓦斯赋存规律29-32
• 2.4 3311 工作面瓦斯涌出量预测32-34
• 2.5 小结34-35
• 3 采动应力演化数值模拟分析35-47
• 3.1 FLAC~(3D)数值模型的建立35-38
• 3.2 采动应力及膨胀变形模拟分析38-45
• 3.3 小结45-47
• 4 模型的建立及边界条件的设定47-60
• 4.1 FLUENT 软件简介47-48
• 4.2 多孔介质内瓦斯运移的理论基础48-50
• 4.3 模型的建立50-55
• 4.4 边界条件设置55-56
• 4.5 模型的孔隙性分布56-58
• 4.6 小结58-60
• 5 数值模拟结果分析60-76
• 5.1 U 型通风条件下气体分布规律60-63
• 5.2 U+L 型通风采场瓦斯分布规律63-66
• 5.3 U+高抽巷型通风采场瓦斯分布规律66-70
• 5.4 Y 型通风采场瓦斯分布规律70-75
• 5.5 小结75-76
• 6 上覆煤层开采现场试验考察76-90
• 6.1 3311 工作面通风路线及沿空留巷支护76-77
• 6.2 采空区瓦斯抽采系统77-81
• 6.3 瓦斯抽排效果及分析81-89
• 6.4 小结89-90
• 7 结论与研究展望90-92
• 7.1 全文结论90-91
• 7.2 研究展望91-92
• 参考文献92-97
• 作者简历97-99
• 学位论文数据集99

【参考文献】

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本文编号：545454