高瓦斯厚煤层覆岩裂隙演化与瓦斯运移规律及应用研究

发布时间：2017-07-19 09:01

  本文关键词：高瓦斯厚煤层覆岩裂隙演化与瓦斯运移规律及应用研究

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【摘要】：采动覆岩裂隙演化与瓦斯运移规律是研究“煤与瓦斯技术”技术的核心,对我国高瓦斯矿井的瓦斯治理有重要意义。论文以高瓦斯厚煤层(五阳矿开采的3#煤层)为研究对象,通过物理相似模拟实验分析了采动覆岩裂隙演化规律,采用流体分析软件FLUENT模拟了采动裂隙带的瓦斯运移规律,以期为五阳矿综放工作面的瓦斯抽采实践提供一定的理论依据。论文在分析厚煤层综放开采覆岩变形特征的基础上,采用相似模拟实验的方法,研究了厚煤层综放开采过程中覆岩破坏变形及裂隙演化规律,得到了“三带”的发育高度和覆岩裂隙的演化规律,研究结果表明上覆岩层随着工作面回采发生周期性移动和破断,采空区中部垮落的矸石被压实后,在采空区四周的裂隙相互贯通形成“O”形裂隙发育圈。通过FLUENT软件模拟了瓦斯在采动裂隙带运移规律,得到了瓦斯在采场的三维分布特征和尾巷对采空区瓦斯分布规律的影响,结果表明在回风侧的上部采空区是瓦斯的富集区,是布置瓦斯抽采钻孔或巷道的最佳位置。论文选择五阳矿7602综放工作面进行了现场试验,得到了工作面瓦斯浓度分布规律及产煤量与瓦斯涌出量之间的关系,确定了割煤机的合理割煤速度,提出了尾巷+顶板裂隙带钻孔的瓦斯抽采方法,并确定出瓦斯抽采钻孔布置的合理参数。7602工作面综合治理效果表明瓦斯抽采系统布置合理,杜绝了煤矿瓦斯事故,保障了综放工作面的安全生产,可以为类似条件下煤炭资源安全高效生产提供一定借鉴。
【关键词】：高瓦斯厚煤层 裂隙演化 瓦斯运移 瓦斯抽采
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 采动裂隙演化规律的研究现状10-11
• 1.2.2 采动卸压瓦斯运移规律研究现状11-13
• 1.3 研究内容13
• 1.4 研究方法及技术路线13-15
• 1.4.1 研究方法13
• 1.4.2 技术路线13-15
• 2 厚煤层采动覆岩变形与瓦斯运移特征分析15-22
• 2.1 厚煤层覆岩移动变形特征15-18
• 2.1.1 厚煤层综放开采覆岩破坏特征15-17
• 2.1.2 关键层理论17-18
• 2.2 采动裂隙带瓦斯升浮和扩散特性18-21
• 2.2.1 瓦斯在裂隙带内的升浮18-20
• 2.2.2 瓦斯在裂隙带内的扩散20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 厚煤层采动覆岩裂隙演化规律相似模拟实验研究22-35
• 3.1 相似理论及相似准则的推导22-23
• 3.1.1 相似三定律22-23
• 3.1.2 相似准则的推导23
• 3.2 模型设计23-27
• 3.2.1 五阳煤矿7602工作面介绍24
• 3.2.2 相似常数的确定24-25
• 3.2.3 实验器材和材料25
• 3.2.4 实验材料配比计算25-26
• 3.2.5 模型的制作26-27
• 3.3 实验过程及现象27-29
• 3.3.1 实验过程27
• 3.3.2 实验现象27-29
• 3.4 实验结果分析29-33
• 3.4.1 采场顶板下沉规律分析29-30
• 3.4.2 采场覆岩裂隙发育高度分析30
• 3.4.3 采场覆岩裂隙密度分布30-31
• 3.4.4 采场覆岩“三带”高度分析31
• 3.4.5 超前应力分析31-33
• 3.5 本章小结33-35
• 4 采动裂隙带瓦斯运移规律研究35-49
• 4.1 采动裂隙带多孔介质性质35-37
• 4.1.1 采动裂隙带多孔介质性质35
• 4.1.2 采动裂隙带多孔介质参数性质35-37
• 4.2 裂隙带瓦斯运移数学模型37-40
• 4.3 7602工作面瓦斯涌出来源分析40-41
• 4.4 采动裂隙带瓦斯运移数值模拟研究41-48
• 4.4.1 FLUENT软件介绍41-42
• 4.4.2 采场几何模型及网格划分42-43
• 4.4.3 模型主要参数确定43-44
• 4.4.4 数值模拟结果分析44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 现场工业试验49-59
• 5.1 7602工作面瓦斯涌出规律分析49-51
• 5.1.1 工作面瓦斯浓度分布规律49-50
• 5.1.2 采煤机合理割煤速度确定50-51
• 5.2 7602综放面瓦斯抽采方案设计51-54
• 5.2.1 裂隙带钻孔布置层位确定51-52
• 5.2.2 顶板裂隙带钻孔工艺参数设计52-53
• 5.2.3 顶板裂隙带钻孔现场施工53-54
• 5.3 现场应用效果分析54-58
• 5.3.1 裂隙带钻孔抽采瓦斯效果54-56
• 5.3.2 尾巷排放瓦斯效果56-57
• 5.3.3 7602综放面瓦斯综合治理效果分析57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 结论及展望59-60
• 6.1 主要结论59
• 6.2 论文展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-67
• 附录67

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本文编号：562039