綜放開采覆巖裂隙演化與卸壓瓦斯運移規律及工程應用.pdf

1、我國大部分礦區煤層瓦斯賦存具有“三高三低”特征，使得煤層瓦斯采前預抽效果不甚理想，而利用采動覆巖移動影響及裂隙動態演化特征抽采卸壓瓦斯，應是我國煤礦瓦斯治理的重要方向。論文系統評述了采動覆巖移動與結構演化、煤層瓦斯運移及瓦斯抽采方法的諸多成果，認為覆巖裂隙分布形態及其中瓦斯運移規律是實現煤與瓦斯安全共采的理論基礎，也是今后研究重點之一。 論文選擇典型高瓦斯礦井煤樣，用掃描電鏡觀察了煤樣的微觀結構，分析了其影響因素，基于MTS數控

2、電液伺服滲流試驗，分析了全應力應變過程中煤樣的滲透特性，得到礦山壓力是影響煤層瓦斯滲透性的主導因素。應用彈性薄板理論推導了覆巖破斷時的初次及周期來壓步距，得到基于薄板理論的關鍵層判別方法，并編寫了相應的計算機自動判別程序。 通過物理相似模擬實驗及FLAC3D數值模擬，分析了煤層開采后覆巖裂隙產生、發展的時空規律和分布形態以及充分卸壓范圍與特征?；谇叭搜芯砍晒?，結合巖層控制的關鍵層理論，提出了采動裂隙帶的工程簡化模型，即采動覆巖

3、中的穿層破斷裂隙和層面離層裂隙貫通后，空間分布形狀是一個動態變化的采動裂隙圓矩梯臺帶，分析了采動裂隙帶動態演化特征、力學機理及影響因素，并得到切眼側帶寬大約為初次來壓步距，工作面側帶寬在2～3倍周期來壓步距間變化，進風巷及回風巷附近帶寬約為0.7～0.8倍初次來壓步距，內外梯臺面的高度受制于關鍵層層位及所形成砌體梁結構的變形、破斷和失穩形態。 在分析采動裂隙帶中卸壓瓦斯來源及流態的基礎上，運用多孔介質流體動力學、滲流力學等理論建

4、立了瓦斯運移數學模型，并分析了卸壓瓦斯運移與采動裂隙動態演化關系。通過FLUENT軟件對U型、U+L型、U型+走向高抽巷及U+L型+走向高抽巷等通風條件下采動裂隙帶中的瓦斯運移規律進行了數值模擬，得到聯絡巷間距約1.35倍工作面側裂隙帶帶寬時尾巷排放瓦斯效果最好，高抽巷在回風巷附近與傾向斷裂線邊界0.46倍回風巷側裂隙帶帶寬且與垮落帶邊界垂高2.8倍采高位置時，瓦斯抽采效果最好。 通過現場觀測，分析了日推進距、產量、配風量、開采

5、工序、抽采量、礦山壓力及覆巖移動等工作面瓦斯涌出的影響因素，得出初次來壓時絕對及相對瓦斯涌出量是來壓前的1.25倍，周期來壓時絕對瓦斯涌出量是來壓前的1.22倍，相對瓦斯涌出量是來壓前的1.39倍，瓦斯涌出量呈周期性變化，其步距與周期來壓步距基本相等，并分析了瓦斯涌出隨關鍵層運動的7個階段規律。通過山西和順天池能源有限責任公司103綜放面的現場實驗，說明所得到的卸壓瓦斯抽采布置參數較為合理，保證了工作面的安全生產，為優化卸壓瓦斯抽采系統