无煤柱煤与瓦斯共采中抽采钻孔采动破坏机理研究

发布时间：2017-10-18 06:53

  本文关键词：无煤柱煤与瓦斯共采中抽采钻孔采动破坏机理研究

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【摘要】：无煤柱煤与瓦斯共采是低透气性高瓦斯煤层群安全高效开采的科学开采模式。然而,煤层的开采扰动使得布置于留巷侧向顶板内的瓦斯抽采钻孔易于发生变形和破坏,不能充分发挥其抽采效能。如何确保和实现钻孔在工作面推进过程中的稳定性已成为无煤柱煤与瓦斯共采技术的关键问题之一。本文采用物理模拟、理论分析和数值模拟等综合研究手段,首先以钻孔围岩小环境为研究对象,分析了钻孔挤压和剪切变形破坏机理,提出了相应的失稳判据;再以采动围岩大环境为研究对象,研究了留巷侧向顶板层间剪切滑移及采动应力分布特征,并结合前面提出的钻孔破坏判据,得出了钻孔破坏的时空演化规律,总结形成了三种无煤柱煤与瓦斯共采实施模式及关键技术,主要结论如下:(1)建立了原岩应力状态下钻孔自稳评价模型,指出钻孔自稳存在一个临界深度,当采深小于该临界深度时,钻孔可以自稳,当采深大于该临界深度时,需安装套管以维持钻孔稳定。构建了套管挤压及剪切破坏力学模型,提出了相应的破坏判据,并采用FLAC3D分析了套管在挤压和剪切作用下的变形破坏规律及影响因素,验证了所提出的理论模型;(2)采用相似模拟方法研究了留巷侧向顶板的位移分布特征,基于概率积分法,考虑留巷减跨效应,得出了侧向顶板岩层层间剪切滑移计算公式,分析了采高、采深、充填墙体侧顶板下沉量的影响;(3)提出了多维耦合数值模拟分析方法,基于双屈服本构模型实现了采空区的动态模拟,获得了卸压开采采动应力、岩层移动及渗透率分布规律,并结合前述提出的钻孔破坏判据,揭示了钻孔变形破坏的时空演化规律,阐明了钻孔稳定性控制原理;(4)根据沿空留巷围岩变形程度,提出了三种无煤柱煤与瓦斯共采实施模式:“留巷+滞后工作面倾向钻孔”、“留巷+超前工作面倾向钻孔”以及“留巷+高位回风巷倾向钻孔”共采模式,并总结形成了无煤柱煤与瓦斯共采的关键技术体系;(5)结合淮南矿区朱集矿1111(1)工作面“留巷+超前工作面倾向钻孔”和1112(1)工作面“留巷+高位回风巷倾向钻孔”共采案例给出了工程验证。
【关键词】：抽采钻孔 采动破坏 留巷 煤与瓦斯共采 优化控制
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6;TD823.8
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-26
• 变量注释表26-29
• 1 绪论29-39
• 1.1 研究背景及意义29-31
• 1.2 国内外研究现状31-37
• 1.3 主要研究内容37
• 1.4 研究方法与实施方案37-39
• 2 钻孔变形形式及破坏模型39-81
• 2.1 原岩应力状态下孔壁稳定性分析39-46
• 2.2 钻孔套管的稳定性分析46-56
• 2.3 套管-水泥环-围岩三维数值模拟56-80
• 2.4 本章小结80-81
• 3 留巷侧向顶板的位移特征与分布规律81-99
• 3.1 无煤柱卸压开采物理模拟实验81-89
• 3.2 留巷侧向顶板的剪切滑移规律及影响因素89-98
• 3.3 本章小结98-99
• 4 钻孔变形破坏的时空演化规律及稳定控制原理99-129
• 4.1 数值模型的建立99-110
• 4.2 模拟结果及分析110-126
• 4.3 钻孔稳定控制原理126-128
• 4.4 本章小结128-129
• 5 无煤柱煤与瓦斯共采实施模式及关键技术129-148
• 5.1 深井无煤柱煤与瓦斯共采的技术挑战129-131
• 5.2 无煤柱煤与瓦斯共采实施模式131-132
• 5.3 无煤柱煤与瓦斯共采关键技术132-147
• 5.4 本章小结147-148
• 6 无煤柱煤与瓦斯共采案例分析148-170
• 6.1 留巷+超前工作面倾向钻孔共采案例148-162
• 6.2 留巷+高位回风巷倾向钻孔共采案例162-169
• 6.3 本章小结169-170
• 7 结论170-173
• 7.1 主要结论170-171
• 7.2 主要创新点171
• 7.3 研究展望171-173
• 参考文献173-183
• 作者简历183-187
• 学位论文数据集187

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 程远平;付建华;俞启香;;中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J];采矿与安全工程学报;2009年02期

2 李日富;梁运培;张军;;地面钻孔抽采采空区瓦斯效率影响因素[J];煤炭学报;2009年07期

3 缪协兴,钱鸣高;采动岩体的关键层理论研究新进展[J];中国矿业大学学报;2000年01期

4 王成;张农;李桂臣;许兴亮;钱德雨;张念超;;上行开采顶板不同区域巷道稳定性控制原理[J];中国矿业大学学报;2012年04期

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本文编号：1053559