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上保护层开采煤岩变形与卸压瓦斯抽采技术研究

高明松  
【摘要】:本文采用理论分析、计算机数值模拟和现场试验相结合的研究方法,系统研究了上保护层开采后下伏煤岩体的应力分布特征、裂隙发育规律、渗透性变化特性、下被保护层卸压瓦斯运移规律及在煤层卸压瓦斯抽采技术中的应用,其研究成果对类似开采条件下低透高瓦斯突出煤层瓦斯防治及安全高效开采等方面具有重要指导意义。 建立了采场下伏煤岩体应力分布力学模型,推导出应力计算公式并进行求解,结合数值模拟试验的分析结果,得出了采场下伏煤岩体内的应力变化及分布规律;分析研究了煤层底板岩体破坏规律及裂隙发育特征,随着工作面的推进,底板煤岩体总处于压缩、膨胀、重新压实的连续周期性破坏;根据不同层位裂隙发育状况和特征,将底板裂隙带分为底鼓破坏带和底鼓损伤带两个带;获得了下伏煤岩层渗透性系数变化规律为:原始值→小幅下降→大幅增加→下降→稳定;依据煤层卸压瓦斯的“解吸—扩散—渗流”运移特性,分析了采动裂隙场与瓦斯流动场的耦合作用规律。 通过淮南张集煤矿上保护层开采现场试验,表明被保护层获得了很好的卸压效果,考察得到被保护层6煤层的最大膨胀变形量16mm,最大膨胀变形率为4%o;透气性系数由0.054m2/MPa2·d达到35.44m2/MPa2·d,增大660倍;6煤层卸压瓦斯抽采半径达到20m。采用底板岩巷网格式上向穿层钻孔瓦斯抽采技术对被保护层卸压瓦斯进行抽采,被保护范围内煤层瓦斯抽采率达到44.8%,下被保护层残余瓦斯含量降到了2.33 m3/t,残余瓦斯压力降为0.35MPa,表明被保护层获得了良好的卸压瓦斯抽排效果;被保护层的瓦斯含量得到有效降低,消除了突出危险性,确保了被保护层的安全开采。同时通过综合对比分析表明,理论分析、数值模拟和现场试验研究所得到的结论具有很好的一致性。


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