倾斜煤层窄煤柱工作面瓦斯运移规律及防治技术研究
发布时间：2021-10-24 07:00
矿井瓦斯灾害是煤矿开采过程中的主要灾害。随着煤矿开采程度的综合机械化与集中化,煤矿工作面的推进速度不断提高,从而加速了大面积采空区的形成,为工作面采空区瓦斯的大量积聚创造了有利环境。由于倾斜煤层窄煤柱综放开采模式下,窄煤柱受到偏载应力,更容易变形破坏,而变形破坏的窄煤柱很容易贯通两个相邻工作面,导致正在回采的工作面瓦斯灾害问题越来越突出,严重制约着煤矿的安全生产。本文以硫磺沟煤矿（4-5）06工作面为研究背景,在倾斜煤层窄煤柱综放开采模式下,分析了采空区瓦斯运移的影响因素,通过理论和模拟研究了倾斜煤层窄煤柱工作面采空区的瓦斯运移规律。然后根据瓦斯的运移规律提出了具体的瓦斯防治技术,最后应用于现场工程实践。主要研究内容及成果如下:通过FLAC3D数值模拟软件,模拟了倾斜煤层工作面在回采过程中,窄煤柱的稳定性变化情况,得出窄煤柱内部塑性破坏、所受应力以及位移变化情况。并根据其位移分布特点将窄煤柱分为三部分:窄煤柱完整部分、窄煤柱裂隙发育部分以及窄煤柱垮落部分。最后,结合采空区其他区域的孔隙率得出窄煤柱各部分的孔隙率,为采煤工作面瓦斯来源提供了依据。利用FLUENT分别模拟了邻近采空区在无瓦...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安科技大学全日制工程硕士学位论文18接顶会受到矿压而发生破坏而最终垮落，此时会有大量的瓦斯涌出来。在工作面的继续回采过程中，采空区的面积也在不断的变大，此时，处于压实稳定区的采空区瓦斯涌出将不再受开采扰动，但是处于自然堆积区的瓦斯瓦斯涌出量还会增大，不断地向工作面涌出。如果正在回采的煤层没有邻近煤层，此时工作面采空区的瓦斯涌出由本煤层正常开采时的落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出以及采空区的遗煤瓦斯涌出构成。当正在回采的工作面与上一个回采工作面隔有一个窄煤柱时，随着工作面的推进采空区窄煤柱会被压垮破坏，窄煤柱孔隙率增大，上一个工作面采空区的瓦斯会运移扩散到正在回采的工作面。当正在回采的煤层具有邻近层时，需要考虑到邻近层受本煤层开采扰动的影响而扩散的卸压瓦斯。在工作面推进过程中，采空区上覆岩层会发生周期性的垮落，而邻近层的卸压瓦斯会通过垮落的覆岩裂隙不断地涌入采空区。因此，可以根据顶板冒落带的瓦斯含量来确定采空区的瓦斯涌出量。2.4.2工作面采空区瓦斯涌出量测算方法由于采空区的瓦斯涌出比较复杂，无法直接测量，通常根据采空区不同区域的瓦斯涌出源来计算采空区总的瓦斯涌出量。瓦斯涌出源组成图如图2.4所示。图2.4瓦斯涌出源组成图采空区的瓦斯涌出不仅要考虑到本煤层的瓦斯涌出，同时也要考虑到邻近层的瓦斯涌出。工作面采空区的瓦斯涌出计算方法如下：（1）本煤层瓦斯涌出量预测方法①采煤时煤体瓦斯涌出量Q1
西安科技大学全日制工程硕士学位论文223工作面回采过程中窄煤柱变形规律分析在倾斜煤层窄煤柱综放开采条件下，由于窄煤柱受到了偏载应力，更加容易变形破坏，而变形破坏的窄煤柱会产生大量孔、裂隙，很容易贯通两个采空区，导致上个工作面采空区的瓦斯运移到正在回采的工作面，从而造成正在回采工作面及上隅角的瓦斯积聚问题。本章通过模拟倾斜煤层回采过程中，窄煤柱内的塑性、应力及位移变化规律，对窄煤柱进行了区段划分，结合采空区其他区域孔隙率得到不同区段窄煤柱的孔隙率。3.1试验矿井工作面概况硫磺沟煤矿位于淮南煤田头屯河中游西侧硫磺沟煤矿区中部，行政区划分隶属昌吉市硫磺沟镇管辖。硫磺沟矿区东北距乌鲁木齐市40km，东北距乌鲁木齐火车西站24km，距新疆八一钢铁有限责任公司18km，北距昌吉市50km，均有沥青公路相连，交通位置如图3.1所示。图3.1硫磺沟煤矿交通位置图硫磺沟煤矿4-5煤层位于西山窑组下段中部，厚度5.5～6.8m，平均厚度6.15m，工作面煤层倾角24°~26°。（4-5）06工作面采用倾斜长壁综放采煤法，其中机采高度3.0m。4-5煤层直接顶以块状致密、坚硬的深灰色、灰绿色粉砂岩、泥岩为主，局部为炭质泥
【参考文献】：
期刊论文
[1]密闭空间瓦斯爆炸数值模拟研究[J]. 罗振敏,吴刚. 煤矿安全. 2020(02)
[2]综放沿空巷道窄煤柱稳定性分析及围岩控制技术研究[J]. 于嘉琦. 煤矿现代化. 2020(01)
[3]采空区瓦斯运移规律实验及数值模拟[J]. 罗振敏,郝苗,苏彬,倪行. 西安科技大学学报. 2020(01)
[4]综采工作面瓦斯运移优势通道演化规律采高效应研究[J]. 赵鹏翔,卓日升,李树刚,肖鹏,林海飞,李刚. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
[5]平顶山矿区丁组煤区域瓦斯防治技术研究[J]. 杨德方,陈学习. 煤炭技术. 2019(03)
[6]沿空掘巷窄煤柱应力计算方法研究[J]. 吴志刚,汪占领,石蒙. 煤矿开采. 2019(01)
[7]高瓦斯综采工作面瓦斯防治技术研究[J]. 闫鹏佳,陈茂飞,辛建帝. 内蒙古煤炭经济. 2019(02)
[8]采空区瓦斯体积分数区域分布三维实测装置研制与应用[J]. 赵洪宝,张欢,王宏冰,张勉,李兵伟,魏子强,邹友平. 煤炭学报. 2018(12)
[9]分段留巷Y型通风采场瓦斯与流场分布三维实测与重构[J]. 张欢,赵洪宝,李晓白,王宏冰,李兵伟,邹友平. 中国安全生产科学技术. 2018(07)
[10]综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响[J]. 赵鹏翔,卓日升,李树刚,林海飞,刘超,双海清. 煤炭科学技术. 2018(07)
博士论文
[1]综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用[D]. 林海飞.西安科技大学 2009
硕士论文
[1]采动裂隙椭抛带中瓦斯运移规律及其应用分析[D]. 林海飞.西安科技大学 2004
本文编号：3454809
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
西安科技大学全日制工程硕士学位论文18接顶会受到矿压而发生破坏而最终垮落，此时会有大量的瓦斯涌出来。在工作面的继续回采过程中，采空区的面积也在不断的变大，此时，处于压实稳定区的采空区瓦斯涌出将不再受开采扰动，但是处于自然堆积区的瓦斯瓦斯涌出量还会增大，不断地向工作面涌出。如果正在回采的煤层没有邻近煤层，此时工作面采空区的瓦斯涌出由本煤层正常开采时的落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出以及采空区的遗煤瓦斯涌出构成。当正在回采的工作面与上一个回采工作面隔有一个窄煤柱时，随着工作面的推进采空区窄煤柱会被压垮破坏，窄煤柱孔隙率增大，上一个工作面采空区的瓦斯会运移扩散到正在回采的工作面。当正在回采的煤层具有邻近层时，需要考虑到邻近层受本煤层开采扰动的影响而扩散的卸压瓦斯。在工作面推进过程中，采空区上覆岩层会发生周期性的垮落，而邻近层的卸压瓦斯会通过垮落的覆岩裂隙不断地涌入采空区。因此，可以根据顶板冒落带的瓦斯含量来确定采空区的瓦斯涌出量。2.4.2工作面采空区瓦斯涌出量测算方法由于采空区的瓦斯涌出比较复杂，无法直接测量，通常根据采空区不同区域的瓦斯涌出源来计算采空区总的瓦斯涌出量。瓦斯涌出源组成图如图2.4所示。图2.4瓦斯涌出源组成图采空区的瓦斯涌出不仅要考虑到本煤层的瓦斯涌出，同时也要考虑到邻近层的瓦斯涌出。工作面采空区的瓦斯涌出计算方法如下：（1）本煤层瓦斯涌出量预测方法①采煤时煤体瓦斯涌出量Q1
西安科技大学全日制工程硕士学位论文223工作面回采过程中窄煤柱变形规律分析在倾斜煤层窄煤柱综放开采条件下，由于窄煤柱受到了偏载应力，更加容易变形破坏，而变形破坏的窄煤柱会产生大量孔、裂隙，很容易贯通两个采空区，导致上个工作面采空区的瓦斯运移到正在回采的工作面，从而造成正在回采工作面及上隅角的瓦斯积聚问题。本章通过模拟倾斜煤层回采过程中，窄煤柱内的塑性、应力及位移变化规律，对窄煤柱进行了区段划分，结合采空区其他区域孔隙率得到不同区段窄煤柱的孔隙率。3.1试验矿井工作面概况硫磺沟煤矿位于淮南煤田头屯河中游西侧硫磺沟煤矿区中部，行政区划分隶属昌吉市硫磺沟镇管辖。硫磺沟矿区东北距乌鲁木齐市40km，东北距乌鲁木齐火车西站24km，距新疆八一钢铁有限责任公司18km，北距昌吉市50km，均有沥青公路相连，交通位置如图3.1所示。图3.1硫磺沟煤矿交通位置图硫磺沟煤矿4-5煤层位于西山窑组下段中部，厚度5.5～6.8m，平均厚度6.15m，工作面煤层倾角24°~26°。（4-5）06工作面采用倾斜长壁综放采煤法，其中机采高度3.0m。4-5煤层直接顶以块状致密、坚硬的深灰色、灰绿色粉砂岩、泥岩为主，局部为炭质泥
【参考文献】：
期刊论文
[1]密闭空间瓦斯爆炸数值模拟研究[J]. 罗振敏,吴刚. 煤矿安全. 2020(02)
[2]综放沿空巷道窄煤柱稳定性分析及围岩控制技术研究[J]. 于嘉琦. 煤矿现代化. 2020(01)
[3]采空区瓦斯运移规律实验及数值模拟[J]. 罗振敏,郝苗,苏彬,倪行. 西安科技大学学报. 2020(01)
[4]综采工作面瓦斯运移优势通道演化规律采高效应研究[J]. 赵鹏翔,卓日升,李树刚,肖鹏,林海飞,李刚. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
[5]平顶山矿区丁组煤区域瓦斯防治技术研究[J]. 杨德方,陈学习. 煤炭技术. 2019(03)
[6]沿空掘巷窄煤柱应力计算方法研究[J]. 吴志刚,汪占领,石蒙. 煤矿开采. 2019(01)
[7]高瓦斯综采工作面瓦斯防治技术研究[J]. 闫鹏佳,陈茂飞,辛建帝. 内蒙古煤炭经济. 2019(02)
[8]采空区瓦斯体积分数区域分布三维实测装置研制与应用[J]. 赵洪宝,张欢,王宏冰,张勉,李兵伟,魏子强,邹友平. 煤炭学报. 2018(12)
[9]分段留巷Y型通风采场瓦斯与流场分布三维实测与重构[J]. 张欢,赵洪宝,李晓白,王宏冰,李兵伟,邹友平. 中国安全生产科学技术. 2018(07)
[10]综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响[J]. 赵鹏翔,卓日升,李树刚,林海飞,刘超,双海清. 煤炭科学技术. 2018(07)
博士论文
[1]综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用[D]. 林海飞.西安科技大学 2009
硕士论文
[1]采动裂隙椭抛带中瓦斯运移规律及其应用分析[D]. 林海飞.西安科技大学 2004
本文编号：3454809
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