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《重庆大学》 2016年
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近距离低渗煤层群多重采动影响下煤岩破断与瓦斯流动规律及抽采研究

齐消寒  
【摘要】:保护层开采是治理煤与瓦斯突出、提高煤矿井下瓦斯抽采效率的最有效的区域性措施,目前我国对保护层开采过程中覆岩移动、应力分布、裂隙场演化、瓦斯在煤岩体及裂隙场中运移流动规律以及保护层对被保护层的卸压作用等有了较多研究,但对多个邻近煤层开采的卸压效应、裂隙场演化及瓦斯运移富集规律的研究较少。在保护层开采后,后续煤层开采过程中,应力分布、变形、裂隙发育、瓦斯运移规律等的研究报道较少。本文针对近距离煤层群多重开采过程中卸压瓦斯的运移与覆岩裂隙演化过程的关系,开展多重采动影响下裂隙演化及瓦斯运移规律的研究,是对现有的保护层开采卸压基本理论的进一步丰富和发展。本文在国内外学者对采动裂隙演化及瓦斯流动规律研究成果的基础上,开展了近距离煤层群多重采动应力影响下裂隙场中的瓦斯渗流规律研究,取得了以下成果:(1)经过现场调研得知川煤集团白皎煤矿2461工作面及其下覆二煤层、三煤层等构成近距离群赋存状态。2461采煤工作面所处一煤层为无瓦斯突出危险性煤层,可作为保护煤层,二、三煤层为被保护层,因此,确定了以白皎矿作为主要研究对象。利用应力解除法和基于Kaiser效应的声发射法对研究对象进行原岩地应力测定,确定其三维应力状态,为后续的研究提供科学依据。(2)通过含瓦斯煤岩试件不同路径下的加卸载三轴压缩实验,分析含瓦斯煤岩力学和渗流特性,并在试验的基础上建立了加卸载条件下煤岩试件渗透率与体积应变的关系方程。(3)通过模拟工作面采动状态下煤岩损伤断裂与声发射试验研究,模拟分析煤层采动后工作面煤岩裂纹扩展的分形规律,建立了单轴压力条件下预置凹槽煤岩体裂纹演化分形维数与轴向应变关系方程,从方程可知,从加载初期到裂纹贯通过程中,煤体表面裂纹计盒维数与轴向应变呈指数关系。(4)完成了基于量化GSI体系和Hoek-Brown准则的岩体力学强度估算研究,获得了考虑结构面影响的煤层及覆岩岩体力学参数,为后续的数值模拟和相似材料模拟实验提供更加科学、准确的依据。(5)应用UDEC和FLAC3D数值软件与相似材料物理模拟试验相结合,进行了煤层开采覆岩应力场及裂隙场演化规律研究;(6)结合UDEC数值模拟软件获得覆岩裂隙场的分布规律,运用渗流力学、流体力学等理论,采用COMSOL模拟多煤层采动覆岩裂隙场中瓦斯运移过程,研究了采动过程中涌出的瓦斯在采空区及其覆岩裂隙中的运移和富集规律。(7)基于以上研究成果优化了近距离煤层群采动影响下裂隙场卸压瓦斯抽采技术,并在现场经行验,证取得了显著效果,有效提高了瓦斯抽采效率。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD712

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