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《中国矿业大学》 2008年
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近距离煤层群采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律及防治技术研究

翟成  
【摘要】: 我国是世界上瓦斯灾害最为严重的国家之一,瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要因素。尤其是近距离煤层群保护层开采后,由于层间距很小,保护层与被保护层之间的部分岩石裂缝是垂直层面的,离保护层一定距离内,这些裂缝能彼此贯通,直至与保护层采空区连通,提供了解吸瓦斯涌向保护层开采空间的通道,这就使得煤层透气性增大数十到数百倍,提高了瓦斯的排放能力。邻近层瓦斯大量涌出,更是给工作面瓦斯治理工作带来了困难。 本文通过实验室相似材料模拟试验对近距离煤层群采动裂隙场时空演化规律进行系统研究,在戊9,10煤层下铺设一层弹簧,通过弹力模拟下部戊9、10煤岩瓦斯压力对戊8煤向上的膨胀能,考察了下邻近层瓦斯压力高(1.5MPa)的情况下,顶底板岩层位移及裂隙场演化关系,解决了采动过程中的应力变化造成的底板位移不明显的问题。 采用针对非连续介质模拟的离散元数值计算程序UDEC3.0,模拟近距离煤层群上保护层开采过程中覆岩垮落动态发展过程,得出了底板和覆岩破裂移动规律,及随保护层工作面推进,被保护层煤体应力和变形分布特征。 近距离煤层群上部煤层开采后,煤层底板应力状态也经历一系列的变化过程,正常回采阶段底板岩体分别处于压缩一卸压膨胀—恢复阶段,且随着工作面的推进重复出现。煤层底板受开采矿压作用,岩层连续受到周期性破坏。在对近距离煤层群煤层底板破裂规律分析的基础上,提出了“底板导气破裂带”的概念,由于“底板导气破裂带”的存在,下部煤层的透气性将成百上千倍的提高,下部瓦斯将顺着裂隙进入上部空间。 在对上覆岩层回采工作面围岩应力分布、移动特征分为四区、三带的基础上,提出了针对近距离煤层群开采的“四区、四带”的模型。即水平方向各区为原始应力区、集中应力区、应力降低区、应力恢复区。近距离煤层群由上向下按其破坏程度可分为四个带,即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带和底板破裂导气带。 通过理论分析和数值模拟,系统的将开采煤层和近距离煤层卸压储集和运移规律与采动覆岩移动、裂隙演化过程有机的结合起来,发现了近距离保护层开采过程中的煤岩体裂隙动态时空演化分布规律及瓦斯流动规律,揭示了近距离保护层开采上隅角瓦斯积聚原因。在前人研究成果的基础上,提出了“回”型圈的概念,即在一矩形框内存在有一定宽度的一环状的裂隙发育区域,而在裂隙圈的中部是离层裂隙是压实的。随着开采工作面的向前推进,顶板覆岩裂隙区要经过了卸压、失稳、起裂、张裂、裂隙萎缩、变小、吻合、封闭的演化过程;瓦斯储集也经过了通过裂隙流动网络进入裂隙区、集聚、饱和、溢出、压出等运输过程。“回”型裂隙圈是动态的,瓦斯运输和储集也是动态变化的。 采用Fluent流体模拟软件对几种不同工作面通风系统风流流场及瓦斯浓度分布规律进行了分析研究,在此基础上,提出了Y+Γ型工作面通风方式,揭示了Y+Γ型通风方式治理瓦斯的机理,推导出了专用瓦斯排放巷与工作面瓦斯允许浓度不一致时的配风量计算公式和主、辅助进风巷的配风比。 根据近距离煤层群采动裂隙场和瓦斯流动场的时空耦合规律,提出了高瓦斯近距离煤层群保护层瓦斯治理的新模式:即采用顶板走向钻孔抽放裂隙带瓦斯为高位治理措施;工作面Y+Γ型通风为中位措施;底板卸压层抽采卸压瓦斯为低位措施。高位、中位和低位措施配合实现近距离煤层群卸压瓦斯的“三位一体”的立体综合治理,实现了近距离煤层群安全开采的目的。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TD712.6

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪义国;;近距离煤层群被保护层开采瓦斯综合治理技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
2 邓中;柏发松;周汝洪;周琛朋;李勇;卢平;;近距离煤层群首采关键卸压层工作面瓦斯综合治理技术[J];矿业安全与环保;2011年01期
3 张守宝;谢生荣;何富连;;近距离下层煤开采瓦斯并层涌出的防治技术[J];矿业安全与环保;2012年05期
4 董海波;童敏明;张丽苹;吴志超;;基于实测数据的工作面瓦斯分布场重建[J];采矿与安全工程学报;2012年01期
5 姚元领;胡泊;李洁莹;徐琴;鲁义;;综放面采空区注氮前后“三带”分布数值模拟[J];煤矿安全;2011年01期
6 潘立友;张若祥;黄寿卿;陈理强;孔繁鹏;;构造型近距离煤层群底板瓦斯抽放巷控制机理与应用[J];煤炭学报;2011年12期
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9 董海波;童敏明;王晶晶;梁良;;煤矿采场的瓦斯分布场重建技术[J];西安科技大学学报;2011年06期
10 李川田;郭勇义;张福勤;李小平;;近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究[J];中国煤炭;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 高明松;上保护层开采煤岩变形与卸压瓦斯抽采技术研究[D];安徽理工大学;2011年
2 黄振华;缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采设计研究[D];重庆大学;2011年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张文泉;矿井(底板)突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究[D];山东科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 林海飞;采动裂隙椭抛带中瓦斯运移规律及其应用分析[D];西安科技大学;2004年
2 秦玉金;邻近层卸压范围的研究[D];煤炭科学研究总院;2004年
3 尹会永;潘西煤矿煤层底板突水机理及预测预报研究[D];山东科技大学;2005年
4 汪有清;底抽巷上向穿层钻孔抽放远程卸压瓦斯技术研究[D];安徽理工大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 康家甦;;电站储煤场自燃现象分析与储煤系统优化[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年01期
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3 金学玉;瓦斯“截流抽放”快速揭煤法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年06期
4 薛俊华;余国锋;;远距离卸压开采关键层位置效应初探[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
5 吴定州;余国锋;孟祥瑞;;低透气性煤层松动爆破增透机理数值模拟研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年05期
6 张霖;;桃园矿高位钻孔瓦斯抽放参数优化研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年02期
7 苏利军;;深部煤层瓦斯赋存规律及钻孔抽采有效半径研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年03期
8 杨冬生;姚尚文;;突出矿井煤层群开采首采保护层区域消突技术实践[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年04期
9 汪义国;;近距离煤层群被保护层开采瓦斯综合治理技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
10 蔡如法;童校长;;穿层钻孔掏穴增透强化抽采瓦斯技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周新良;罗文柯;刘寿兰;陈小辉;;顺层长钻孔抽采瓦斯抽采半径数值法与钻孔负压法的对比分析研究[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
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3 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 梁冰;陈天宇;孙维吉;;复杂地质条件煤层气藏井间干扰对井网布置的影响[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
10 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏风清;煤与瓦斯突出的物理爆炸模型及预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
2 杨宏民;井下注气驱替煤层甲烷机理及规律研究[D];河南理工大学;2010年
3 袁东升;近距离保护层开采多场演化及安全岩柱研究[D];河南理工大学;2010年
4 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
5 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
6 席本强;废弃矿山垃圾填埋场边坡稳定性及加固防渗研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 彭晓华;辽宁矿区煤层气开采渗流规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
8 付文俊;矿井封闭火区救灾辅助决策系统研发[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
10 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭柯;陶二井田瓦斯地质规律研究与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
2 曹卫斌;五阳矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
3 孟磊;煤电性参数的实验研究[D];河南理工大学;2010年
4 鲁来祥;煤巷高冒区松散煤体自燃模拟分析及防治技术[D];河南理工大学;2010年
5 王海生;采空区风流分布数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
6 王利强;突出煤层水力径向压裂石门快速揭煤技术研究及应用[D];河南理工大学;2010年
7 杨文旺;七星矿井瓦斯地质规律与瓦斯预测[D];河南理工大学;2010年
8 赵萌;长虹井田瓦斯地质规律及区域突出危险性预测[D];河南理工大学;2010年
9 潘少杰;新安煤田瓦斯赋存规律与突出区域预测指标研究[D];河南理工大学;2010年
10 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪义国;;近距离煤层群被保护层开采瓦斯综合治理技术研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年04期
2 李永树;不规则形状地下空间开挖条件下地表沉陷预计方法研究[J];测绘工程;2001年03期
3 何金;邓喀中;;3D激光扫描应用于开采沉陷相似材料模型观测[J];测绘信息与工程;2008年05期
4 朱自强;张四全;彭云涌;;地表沉陷空间预报及其有理分式解法的应用[J];地球物理学进展;2007年02期
5 李新,程国栋,卢玲;空间内插方法比较[J];地球科学进展;2000年03期
6 罗勇,沈兆武;煤层群内多重保护层开采的防突试验研究[J];地质灾害与环境保护;2005年03期
7 罗勇;;上保护层开采瓦斯综合治理的试验研究[J];防灾减灾工程学报;2005年04期
8 梁运培;邻近层卸压瓦斯越流规律的研究[J];矿业安全与环保;2000年01期
9 孙森,夏仕柏,张安福;下邻近层卸压瓦斯的涌出与治理[J];矿业安全与环保;2000年03期
10 聂百胜,何学秋,王恩元;瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式[J];矿业安全与环保;2000年05期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 吴士良;对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律[D];山东科技大学;2002年
2 张文泉;矿井(底板)突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究[D];山东科技大学;2004年
3 马其华;长壁采场覆岩“O”型空间结构及相关矿山压力研究[D];山东科技大学;2005年
4 尹增德;采动覆岩破坏特征及其应用研究[D];山东科技大学;2007年
5 王海锋;采场下伏煤岩体卸压作用原理及在被保护层卸压瓦斯抽采中的应用[D];中国矿业大学;2008年
6 刘树才;煤矿底板突水机理及破坏裂隙带演化动态探测技术[D];中国矿业大学;2008年
7 胡国忠;急倾斜多煤层俯伪斜上保护层开采的关键问题研究[D];重庆大学;2009年
8 王亮;巨厚火成岩下远程卸压煤岩体裂隙演化与渗流特征及在瓦斯抽采中的应用[D];中国矿业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪国华;近距离上保护层开采卸压范围及临界层间距研究[D];河南理工大学;2010年
2 张平;煤层抗截强度变化规律与采煤机能耗关系研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
3 刘建风;PDC钻头布齿研究及其计算机辅助设计[D];成都理工大学;2003年
4 潘仁杰;螺杆钻具控制井斜的理论分析与应用研究[D];西南石油学院;2003年
5 林海飞;采动裂隙椭抛带中瓦斯运移规律及其应用分析[D];西安科技大学;2004年
6 秦玉金;邻近层卸压范围的研究[D];煤炭科学研究总院;2004年
7 张培森;采动条件下底板应力场及变形破坏特征的研究[D];山东科技大学;2005年
8 毕业武;保护层开采对煤层渗透特性影响规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
9 汪有清;底抽巷上向穿层钻孔抽放远程卸压瓦斯技术研究[D];安徽理工大学;2006年
10 刘宝安;下保护层开采上覆煤岩变形与卸压瓦斯抽采研究[D];安徽理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 张守宝;谢生荣;何富连;;近距离下层煤开采瓦斯并层涌出的防治技术[J];矿业安全与环保;2012年05期
2 段洪普;;近距离煤矿保护层瓦斯综合治理技术研究[J];科技传播;2012年03期
3 王志春;李进怀;;王行庄煤矿保护层开采顶底板影响范围的研究[J];煤炭科技;2012年03期
4 潘立友;黄寿卿;陈理强;孔繁鹏;;近距离煤层群高瓦斯工作面瓦斯立体抽放模型的建立和应用[J];煤炭学报;2012年09期
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 姚尚文;高瓦斯低透气性煤层强化增透抽放瓦斯技术研究[D];安徽理工大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 宋志敏;曲艳伟;刁良勋;路金芳;;徐庄滑动构造特征及对瓦斯分布的影响分析[A];基于瓦斯地质的煤矿瓦斯防治技术[C];2009年
8 殷秋朝;李丰良;张安生;;煤层瓦斯含量综合分析及预测[A];基于瓦斯地质的煤矿瓦斯防治技术[C];2009年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 本报记者  于月光 通讯员  童钢令;龙矿集团深海采煤技术获新突破[N];中国工业报;2007年
4 劲松 安平;重煤首创预裂预抽瓦斯技术试验成功[N];中国企业报;2006年
5 宋欣本报记者 张启富;一块熊熊燃烧的煤[N];广安日报;2007年
6 潘林向东;南桐矿在大倾角防突工作面成功进行高档普采[N];经理日报;2007年
7 许翼鹏梁勇;祁东矿:无煤柱护巷开采工艺取得阶段性成果[N];经理日报;2008年
8 本报记者 孙晋勇 通讯员 郑向东;体验“尘埃落定”的感觉[N];中国煤炭报;2011年
9 杨玉涛孙佰忠 谢平 明珠;排查隐患 副矿长每月下井25天[N];经理日报;2007年
10 徐杰张茂秋 郭万全;以人为本聚合力 和谐发展谱新篇[N];中国贸易报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 翟成;近距离煤层群采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律及防治技术研究[D];中国矿业大学;2008年
2 李庆军;近距离煤层群开采煤层自燃预测研究[D];西安科技大学;2010年
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4 高保彬;采动煤岩裂隙演化及其透气性能试验研究[D];北京交通大学;2010年
5 汪东生;近距离煤层群保护层开采瓦斯立体抽采防突理论与实验研究[D];中国矿业大学;2009年
6 高忠红;孤岛区域开采冲击与突出危险性耦合规律及预测技术研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
7 易丽军;突出煤层密集钻孔瓦斯预抽实验室与数值试验研究[D];中国矿业大学;2008年
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9 李宗翔;高瓦斯易自燃采空区瓦斯与自燃耦合研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 唐耀才;鹤壁矿区严重突出矿井始突瓦斯含量研究[D];河南理工大学;2010年
3 朱祝龙;机械降温采煤工作面流体组织优化技术研究[D];武汉理工大学;2010年
4 代建兵;综掘工作面巷帮煤体瓦斯含量分布规律研究[D];河南理工大学;2011年
5 王正辉;采煤工作面自燃危险性评价方法[D];煤炭科学研究总院;2004年
6 王伟华;豫西二_1煤层瓦斯含量测定方法及区域预测的瓦斯含量指标临界值研究[D];河南理工大学;2011年
7 张书金;预抽条件下软、硬煤残余瓦斯含量差异性研究[D];河南理工大学;2011年
8 刘建雄;矿井采煤工作面瓦斯涌出规律研究[D];西安科技大学;2011年
9 陶云奇;采煤工作面瓦斯抽放技术研究[D];贵州大学;2006年
10 徐小马;李雅庄煤矿瓦斯涌出量预测及瓦斯涌出影响因素的研究[D];太原理工大学;2007年
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