深井高瓦斯工作面采动裂隙演化规律与卸压瓦斯综合治理研究

发布时间：2017-07-18 02:03

  本文关键词：深井高瓦斯工作面采动裂隙演化规律与卸压瓦斯综合治理研究

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【摘要】：煤炭作为我国主导能源的地位在相当一段时间内不可替代。煤炭能否安全高效开采,严重影响我国国民经济的健康发展。长期以来,瓦斯事故是危及矿工生命的第一杀手,瓦斯治理也成为世界性难题。目前,我国浅部煤炭资源日渐枯竭,煤层开采向深部进行。随着开懫深度的增加,地应力、瓦斯压力以及含量越来越高,瓦斯涌出量明显增大,煤与瓦斯突出危险性日趋严重,瓦斯治理的难度越来越大。如果瓦斯综合治理长期得不到解决,煤炭安全高效开采难以实现。因此,研究卸压开采过程中围岩活动规律,探究采动裂隙形成和发育演化过程,确定瓦斯富集区位置是瓦斯综合治理的关键。论文以朱集矿千米深井1112(1)工作面为研究对象,采用3DEC数值模拟结合相似模拟试验两种手段,研究了煤层回采期间围岩破坏特征规律、垂直应力分布、采动裂隙演化过程和特征。模拟结果表明,直接顶跨落步距为20~21.6m,老顶垮落步距为35~36m,老顶周期来压步距为10m,岩层破坏呈梯形,向上和向前发展,岩层下沉量具有不均性;距煤层顶板10倍~15倍采高处横向裂隙和竖向裂隙发育充分,工作面边界距切眼35m处受采动影响较小,瓦斯富集区位置在竖直方向上距煤层顶板10倍采高处、宽度约为30m,水平距工作面切眼约为15m。根据数值模拟和相似模拟试验结果,并结合具体实践,在距开采煤层顶板上方10倍采高、外错轨道顺槽35m处布置一条多用巷,并提出了“一巷多用”瓦斯治理新模式。根据工程实践表明,1112(1)工作面回风量为2100~2751 m3/min,风排瓦斯量平均值为10.04m3/min,瓦斯浓度平均为0.4%,瓦斯抽采率为84.8%,绝对瓦斯涌出量最大为116.27 m3/min,平均为69m3/min,煤炭日产量平均为4746.61t,累计产煤约为234万t。同时还考察了各抽采方式的瓦斯抽采效果,多用巷平均瓦斯抽采量为22.38 m3/min,占瓦斯抽采总量的40.1%;地面钻井平均瓦斯抽采量为20.39 m3/min,占36.5%,采空区埋管和密闭墙瓦斯抽采量分别为3.7 m3/min和9.4 m3/min,分别占6.6%和16.8%。同时,也在多用巷内考察了大直径钻孔的单孔抽采效果,实现了单孔抽采瓦斯量为9.84 m3/min、瓦斯浓度为98.5%的目标,实现了深井高瓦斯工作面煤与瓦斯的安全高效共采。
【关键词】：深井 采动裂隙 演化 一巷多用 瓦斯富集区
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 研究的目的与意义15-17
• 1.2 国内外围岩理论发展状况17-22
• 1.2.1 国内外围岩破坏假说17-20
• 1.2.2 围岩裂隙发展研究20-22
• 1.3 瓦斯抽采技术发展状况22-25
• 1.3.1 本煤层开采22-23
• 1.3.2 邻近层瓦斯抽采23-25
• 1.3.3 采空区瓦斯抽采25
• 1.4 论文研究内容与路线25-27
• 1.4.1 研究内容25-26
• 1.4.2 研究路线26-27
• 第二章 深井工作面采动裂隙演化规律数值模拟研究27-52
• 2.1 3DEC简介27
• 2.2 模型建立27-35
• 2.2.0 工作面概况27-29
• 2.2.1 数值模型几何和力学参数29-31
• 2.2.2 数值模型初始条件和边界条件31-32
• 2.2.3 数值模型监测点布置32-34
• 2.2.4 煤层开挖数值计算34-35
• 2.3 深井工作面采动裂隙演化规律模拟研究35-51
• 2.3.1 煤层开采过程中覆岩垮落特征35-38
• 2.3.2 煤层开挖过程中覆岩应力分布规律数值模拟38-40
• 2.3.3 顶板岩层在开挖过程中的位移变化40-43
• 2.3.4 工作面边界受采动影响规律43-45
• 2.3.5 采动裂隙发育演化规律研究45-47
• 2.3.6 瓦斯富集区位置确定47-51
• 2.4 本章小结51-52
• 第三章 相似实验分析52-66
• 3.1 物理模型的建立52-56
• 3.1.1 物理模型52-53
• 3.1.2 监测点设置53-54
• 3.1.3 实验过程54-56
• 3.2 上覆岩层破断垮落特征56-57
• 3.3 覆岩扇形环状裂隙区动态演化过程及特征分析57-65
• 3.3.1 采场顶板下沉规律分析57-61
• 3.3.2 裂隙发育动态演化规律61-64
• 3.3.3 采场覆岩裂隙区域特征64-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 深井高瓦斯工作面瓦斯综合治理工程实践66-84
• 4.1 试验工作面基本概况66-67
• 4.1.1 1112（1）工作面概况66
• 4.1.2 工作面地质概况66-67
• 4.2 瓦斯综合治理设计67-72
• 4.2.1 多用巷67-71
• 4.2.2 地面钻井71
• 4.2.3 埋管抽采71
• 4.2.4 顺层钻孔71-72
• 4.3 1112（1）工作面瓦斯抽采方式效果分析72-81
• 4.3.1 多用巷72-77
• 4.3.2 地面钻井77-80
• 4.3.3 采空区埋管80-81
• 4.3.4 密闭墙埋管81
• 4.4 瓦斯综合治理效果分析81-83
• 4.5 本章小结83-84
• 第五章 结论与展望84-86
• 5.1 本文主要结论84-85
• 5.2 研究展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 作者简介及读研期间主要科研成果91

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本文编号：555526