上保护层开采条件下卸压瓦斯抽采技术研究

发布时间：2017-08-17 20:38

  本文关键词：上保护层开采条件下卸压瓦斯抽采技术研究

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【摘要】：论文以淮南矿业集团谢一矿保护层C15煤开采为工程实例,在上保护层开采后对被保护层C13煤的应力场分布规律、裂隙发育特征、卸压瓦斯抽采技术及保护层C15煤的瓦斯抽采技术进行系统的研究分析。其研究成果对促进上保护层开采技术的推广和应用,以及实现煤与瓦斯突出矿井的安全高效生产和煤矿的可持续发展都具有十分重要的意义。 在保护层工作面采动影响下,采场顶底板煤岩层发生不同程度的移动变形,围岩(煤)层应力状态重新分布,透气性系数发生明显的变化。这也是保护层开采降低被保护煤层煤与瓦斯突出危险性的原理。通过大量的理论分析、利用计算机进行数值模拟实验、与现场实践紧密结合等研究方法综合分析,对上保护层开采后下伏煤岩体卸压特征、移动变形规律、裂隙发育特征及煤层卸压瓦斯抽采方法进行系统的研究。 被保护层C13煤的最大膨胀变形为33.4mm,其膨胀变形率为8.4‰,超过了消除被保护层突出危险性临界值6.0‰；处于卸压区域的被保护层C13煤透气性系数由原始0.0718m2/(MPa2.d)变化到28.8063m2/(MPa2.d),增大了401倍；煤层瓦斯压力由初始的4.9MPa降低到0.48MPa,卸压瓦斯抽采率达到68%,卸压增透效果良好,C15煤作为保护层的区域性消突措施是可行的。 通过保护层C15煤层回采工作面采空区尾部瓦斯抽放、工作面回风和尾巷风排瓦斯综合治理实践、被保护层C13煤底板巷道网格上向穿层钻孔卸压瓦斯抽放参数的综合研究分析,表明保护层C15煤的开采和卸压瓦斯抽放技术的应用成功的消除了被保护层C13煤的突出危险性,释放了大量的瓦斯势能,降低了被保护层的瓦斯含量,使具有煤与瓦斯突出危险的C13煤层,成功的转变为低瓦斯无突出危险的煤层,实现了被保护层C13煤的安全高效开采。
【关键词】：上保护层开采 数值模拟 卸压 保护范围 瓦斯抽采
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 1. 绪论15-25
• 1.1 选题的目的及意义15-18
• 1.2 国内外研究现状18-23
• 1.2.1 采场下伏煤岩体应力分布及裂隙发育研究现状18-20
• 1.2.2 保护层开采及卸压瓦斯的渗流规律和抽采技术研究现状20-23
• 1.3 拟订研究的主要内容、技术路线23-25
• 1.3.1 研究的主要内容23
• 1.3.2 技术路线23-25
• 2 上保护层开采煤岩体卸压理论分析及裂隙分带研究25-37
• 2.1 保护层防治煤与瓦斯突出的原理25-26
• 2.2 采场下伏煤岩体应力分布理论分析26-32
• 2.2.1 岩体的原始应力状态26-27
• 2.2.2 采场下伏煤岩体卸压力学模型27-28
• 2.2.3 应力计算公式推导28-32
• 2.3 采场下伏煤岩体裂隙发育规律及分带研究32-34
• 2.3.1 下伏煤岩体裂隙发育规律研究32
• 2.3.2 下伏煤岩体裂隙分带研究32-34
• 2.4 采场下伏煤岩体渗透系数及被保护层透气性系数变化规律34-36
• 2.4.1 采场下伏煤岩体渗透系数与应力关系34-35
• 2.4.2 被保护层透气性变化规律的研究35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 采场下伏煤岩体卸压及移动数值模拟试验研究37-56
• 3.1 数值模拟拟解决的问题37-38
• 3.2 数值模拟软件简介38-44
• 3.2.1 FLAC的使用特征38-39
• 3.2.2 FLAC的计算特征39-40
• 3.2.3 FLAC数值模拟的理论基础40-43
• 3.2.4 FLAC的求解流程43-44
• 3.3 模型建立44-45
• 3.3.1 数值模拟实验原型地质条件44
• 3.3.2 模型基本参数确定44-45
• 3.4 数值模拟结果分析45-54
• 3.4.1 上保护层开采底板岩层应力分布图45-49
• 3.4.2 上保护层开采底板测点应力变化规律49-51
• 3.4.3 淮南谢一矿下被保护层卸压变化分析51-54
• 3.5 本章小结54-56
• 4. 被保护层卸压瓦斯运移模型及抽采技术研究56-68
• 4.1 概述56
• 4.2 煤层瓦斯赋存特征56-58
• 4.2.1 煤层中瓦斯赋存状态56-57
• 4.2.2 煤层中瓦斯吸附特性57-58
• 4.3 煤岩的孔隙特征58-60
• 4.3.1 煤岩的原生孔隙特征58
• 4.3.2 影响煤岩体孔隙结构的因素58-59
• 4.3.3 下伏煤岩体卸压孔隙变化特征59-60
• 4.4 被保护层卸压瓦斯运移数学模型60-63
• 4.5 被保护层卸压瓦斯抽采技术研究63-66
• 4.5.1 开采保护层卸压增透作用规律63-64
• 4.5.2 被保护层卸压瓦斯抽采作用64-65
• 4.5.3 下被保护层卸压瓦斯抽采方法65-66
• 4.6 本章小结66-68
• 5. 谢一煤矿上保护层开采及瓦斯抽采试验研究68-90
• 5.1 井田概况68
• 5.2 矿井地质构造68-70
• 5.2.1 区域地质构造基本特征68-69
• 5.2.2 构造分布状况及展布特征69-70
• 5.3 煤层瓦斯赋存状况70-71
• 5.4 谢一煤矿实验区概况71-73
• 5.4.1 首采保护层工作面开采范围71
• 5.4.2 被保护层开采范围的确定71-73
• 5.4.3 瓦斯基础参数73
• 5.5 保护层开采瓦斯综合防治技术方案73-76
• 5.5.1 风排瓦斯治理方法73
• 5.5.2 尾排及尾抽瓦斯治理方法73-74
• 5.5.3 C15顶板高位巷瓦斯抽放方法74
• 5.5.4 C13煤层底板巷道穿层钻孔瓦斯抽放方法74-75
• 5.5.5 系统瓦斯抽排能力设计75-76
• 5.6 保护效果考察方案设计76-79
• 5.6.1 考察内容76-77
• 5.6.2 考察方案设计77-79
• 5.7 保护层开采及卸压瓦斯抽放效果分析79-90
• 5.7.1 C13煤层卸压效果分析79-81
• 5.7.2 保护层工作面初采阶段瓦斯抽排情况分析81-84
• 5.7.3 保护层工作面开采中期瓦斯抽排效果分析84-87
• 5.7.4 被保护层工作面瓦斯抽排率87-89
• 5.7.5 被保护层工作面已无煤与瓦斯突出危险性论证89-90
• 6 结论及展望90-93
• 6.1 结论90-91
• 6.2 展望91-93
• 参考文献93-97
• 致谢97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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2 罗勇,沈兆武;煤层群内多重保护层开采的防突试验研究[J];地质灾害与环境保护;2005年03期

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4 林柏泉;含瓦斯煤体渗透率的探讨[J];煤矿安全;1988年12期

5 杨善安;采场底板断层突水及其防治方法[J];煤炭学报;1994年06期

6 朱第植,王成绪;原位应力测试在底板突水预测中的应用[J];煤炭学报;1998年03期

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本文编号：691016