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缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采设计研究

黄振华  
【摘要】:本文以南桐煤矿缓倾斜多煤层下保护层开采工作面为研究对象,通过对保护层开采区域进行工业性试验,确定了工作面开采后的瓦斯压力变化规律;以此为基础,结合保护层工作面的实际情况建立了有限变形下的煤岩固气动态耦合模型,从而获得了保护层开采后卸压瓦斯抽采钻孔优化的基础数据;通过分析多煤层下保护层开采的煤岩卸压特点及卸压瓦斯流动规律,结合现场工业性试验,基于保护层开采的“卸压增透效应”,对其卸压瓦斯抽采参数进行了优化设计,给出了南桐煤矿缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采的优化设计参数,并验证了其优越性。综上所述,本文主要的研究成果及结论如下: ①通过对被保护层考察钻孔瓦斯动力参数变化规律进行工业性测试,分析得到随着保护层工作面的推进,瓦斯压力可以分为正常压力带、压力集中带、过渡变化带和充分卸压带。同时,经测试获得被保护层K4煤层的原始瓦斯压力为3.1Mp。 ②以保护层开采的卸压流动理论为基础,建立了考虑煤层孔隙率与低渗透煤层渗透率的动态变化的多煤层下保护层开采的固气动态耦合模型;通过模型分析,获得了下保护层开采后被保护层的应力分布规律及保护层开采对被保护层卸压瓦斯抽采钻孔周围的瓦斯压力、孔隙率和渗透率的影响规律。 ③基于缓倾斜多煤层下保护层开采后被保护层的卸压规律和现场工业性试验中卸压瓦斯动力参数变化“四带”的范围,确定了被保护层卸压瓦斯的相关抽采参数。 ④在本文现场工业性试验和三维数值模拟的基础上,基于保护层开采的“卸压增透效应”,通过分析多煤层下保护层开采的上伏卸压岩体移动特性及卸压瓦斯运移规律,确定了适合试验区域的卸压瓦斯抽采的最优设计参数,并对其实际应用进行了效果监测。监测结果表明,采用本文设计的卸压瓦斯抽采的优化布置参数使卸压瓦斯平均抽采率达到43%。


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