中厚煤層覆巖采動破斷及瓦斯流動規律研究.pdf

1、我國煤炭生產行業瓦斯災害十分嚴重,年直接經濟損失約20億元,間接經濟損失100億元以上,如平頂山煤業集團的多次煤與瓦斯突出事故,不僅直接造成了大量的人員傷亡和財產損失,同時也制約了礦井生產效率的提高。
　　同時,瓦斯又是一種與煤伴生的、不可再生的資源,是一種清潔、高效的能源,其利用不會產生氮氧化合物和硫化物等有害物質。瓦斯的發熱量可達33.5~36.8MJ/m3,1m3瓦斯相當于1.3kg標準煤的發熱量。實施煤炭與瓦斯兩種能源的共

2、同開采,不僅可有效保障煤礦企業的安全生產,也可提高瓦斯的利用率,實現煤炭資源的安全高效潔凈開發。
　　本研究在廣泛的現場調研工作基礎上,采用理論研究、相似模型、數值模擬相結合的方法,對平煤集團煤與瓦斯共采模式進行了深入研究,并通過鉆孔成像方法對現場的裂隙場進行了實地驗證,最后提出了多煤層開采卸壓瓦斯抽采的優化設計方案。取得的主要成果如下:
　?、倮弥貞c大學自主研發的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流試驗裝置”、“RLW-20

3、00型微機控制煤巖三軸流變試驗機”及“可旋轉箱式相似模擬實驗臺”等實驗裝置設備,進行了煤巖體力學性質試驗研究、瓦斯運移規律的試驗及煤巖體變形及破斷規律的相似模型試驗。
　?、谕ㄟ^“微機控制電液伺服巖石三軸蠕變實驗”及“不同加卸載條件下含瓦斯煤力學特性試驗”,完成了煤層頂底板巖石室內力學性質實驗,得到相關力學性質參數,為后續的相似模擬及數值模擬提供依據。
　?、圩鳛槌h距離保護層,己組煤層與戊組煤層相距170多米,相似模型試驗

4、結果表明己組煤的上覆巖體的裂隙區域達到140米的高度,距戊組煤30米左右。戊組煤處于己組煤的彎曲下沉帶中。下部己組煤層開采仍然對上部戊組煤層起到一定的卸壓作用。
　?、芨鶕渥兒蛽p傷理論構建了蠕變損傷本構模型,并對FLAC3D進行了二次開發,基于該模型破斷煤巖體的蠕變損傷機理進行了理論研究
　?、萃ㄟ^UDEC、FLAC3D建模分析了多煤層開采覆巖卸壓及裂隙場演化規律,在此基礎上運用UDEC離散元軟件和COMSOL Multi

5、physics多物理場耦合系統,得出瓦斯的固氣耦合流動規律。
　?、薏捎肅XK6礦用本安型鉆孔成像儀對戊組煤瓦斯專巷現場布置的鉆孔進行測試,結合UDEC數值分析軟件得出了采動影響下己組煤上覆巖體采動裂隙的演化規律。結合室內試驗、相似模型及數值模擬的研究成果,建立了煤巖體破斷規律及瓦斯運移模型。
　?、卟捎谩斑h程頂板瓦斯抽采專用巷道下向鉆孔法”、“頂板走向鉆孔法”及“本層機風巷瓦斯預抽”相結合的方法,對原己組煤的瓦斯抽采方式進