煤层群上位煤层开采瓦斯运移规律及治理研究

发布时间：2017-08-31 04:32

  本文关键词：煤层群上位煤层开采瓦斯运移规律及治理研究

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【摘要】：为解决煤层群上行开采中上位煤层开采时瓦斯治理问题,结合金佳煤矿11采区中煤组开采实际情况,采用理论分析、数值模拟、现场试验与实测的方法,分析首采22号煤层开采后,上位18-1号煤层开采过程中覆岩裂隙发育情况及卸压规律,分析卸压瓦斯运移规律与富集区域,结合矿井实际条件进行瓦斯治理工程实践。研究结果如下:(1)结合相似模拟实验结果分析了上位18-1号煤层开采过程中覆岩破坏形态、覆岩垮落与离层裂隙分布情况,推断垮落带与裂隙带最大高度分别为8m和31m,并采用经验公式计算得出上位煤层开采时垮落带高度取值区间为6.9~9.2m,裂隙带高度32.4±5.1m。(2)基于金佳矿开采地质条件,运用FLAC3D数值模拟软件模拟首采22号煤层采后上位18-1号煤层开采过程,分析上位煤层覆岩垂直应力变化以及覆岩塑性区分布情况,发现应力集中区域为工作面、开切眼以及进回风巷附近,并且工作面处应力集中区域随开采推进向前移动;覆岩塑性区域随开采深入而逐渐增大,在走向和倾向的剖面上都呈圆角梯形。(3)分析了上位煤层开采的卸压瓦斯运移通道。运用FLUENT数值模拟软件对采场裂隙带瓦斯运移规律进行三维数值模拟,对比分析不同抽采条件下采场各区域瓦斯浓度,结果表明仅U型通风条件下,工作面上隅角瓦斯浓度较高;增加回风巷埋管抽放后,上隅角瓦斯浓度明显降低,说明回风巷埋管抽采瓦斯能较好解决上隅角瓦斯积聚问题;U型通风+底抽巷抽采条件下,采空区的瓦斯浓度有所下降,说明底抽巷抽采对采场裂隙带涌出瓦斯有良好的治理效果;回风巷埋管+底抽巷抽采两种方式综合使用能很好地解决上位煤层开采时开采层工作面瓦斯涌出问题。为进一步增强抽采效果,尚需补充高位钻孔等方式抽采采场裂隙带上部涌出瓦斯。根据覆岩卸压区分布及卸压瓦斯运移规律建立了上位煤层开采采动裂隙及卸压瓦斯富集区工程模型。(4)采用分源法预测金佳矿11采区中煤组18-1号煤层开采瓦斯涌出量,选择顺层钻孔预抽本煤层瓦斯方法、上向钻孔抽采上邻近层瓦斯方法、顶板高位钻场长钻孔瓦斯抽采方法、底抽巷瓦斯抽采方法和回风巷埋管瓦斯抽采方法进行瓦斯综合治理,考察工作面回采期间回风巷风排瓦斯浓度、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量及瓦斯抽采率。结果表明:回风巷风排瓦斯浓度平均控制在0.35%以内,底抽巷抽采瓦斯浓度平均达到13.58%,留管抽采浓度平均达到5.78%,留管抽采瓦斯量平均达到9947m3/d,111811工作面在回采期间瓦斯抽采率在70.33%-89.22%之间。
【关键词】：煤层群 上位煤层 覆岩卸压 数值模拟 瓦斯抽采
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 覆岩采动裂隙演化及卸压规律研究现状13-16
• 1.2.2 煤层瓦斯运移规律16-18
• 1.2.3 煤层瓦斯抽采技术研究18-21
• 1.3 研究内容与方法21-24
• 1.3.1 研究内容21
• 1.3.2 研究方法21-24
• 第二章 煤层群上位煤层工作面开采覆岩破坏分析24-34
• 2.1 煤层群上位煤层工作面开采覆岩破坏特征24-30
• 2.2 冒落带和导水裂隙带最大高度的预计30-32
• 2.3 本章小结32-34
• 第三章 煤层群上位煤层开采覆岩卸压数值模拟34-46
• 3.1 数值模拟方法及方案34-37
• 3.1.1 FLAC3D数值模拟方法34
• 3.1.2 数值模拟方案34-37
• 3.2 计算结果分析37-43
• 3.2.1 采动覆岩应力变化规律37-39
• 3.2.2 覆岩破坏规律39-41
• 3.2.3 采动覆岩卸压区空间形态分析41-43
• 3.3 本章小结43-46
• 第四章 煤层群上位煤层开采瓦斯运移规律分析46-66
• 4.1 卸压瓦斯运移的理论分析46-48
• 4.1.1 卸压瓦斯运移通道的成因46-47
• 4.1.2 卸压瓦斯运移规律分析47-48
• 4.2 煤层群上位煤层开采卸压瓦斯运移通道分析48-52
• 4.2.1 煤层群上位煤层开采卸压瓦斯运移通道的形成机理48-50
• 4.2.2 上位煤层开采卸压瓦斯运移通道分布50-52
• 4.3 煤层群上位煤层开采卸压瓦斯运移的数值模拟分析52-63
• 4.3.1 FLUENT软件介绍53-54
• 4.3.2 煤层群上位煤层开采卸压瓦斯运移的FLUENT数值建模54-57
• 4.3.3 模型主要参数的确定57-59
• 4.3.4 111811工作面采场覆岩裂隙带中瓦斯运移规律的数值模拟结果分析59-63
• 4.4 煤层群上位煤层开采卸压瓦斯富集区分布63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 煤层群上位煤层开采瓦斯治理实践66-80
• 5.1 金佳矿11采区上位煤层111811工作面概况66-67
• 5.2 煤层群上位煤层开采瓦斯涌出量预测67-71
• 5.3 瓦斯综合治理71-78
• 5.3.1 风排瓦斯措施71-72
• 5.3.2 瓦斯抽采方案72-75
• 5.3.3 瓦斯治理效果75-78
• 5.4 本章小结78-80
• 第六章 结论80-84
• 6.1 主要结论80-81
• 6.2 主要创新点81-82
• 6.3 研究展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目90

【参考文献】

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1 李宗翔;综放工作面采空区瓦斯涌出规律的数值模拟研究[J];煤炭学报;2002年02期

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本文编号：763479