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综放面采动裂隙椭抛带中瓦斯运移规律应用研究

李焕  
【摘要】:瓦斯是危害矿井安全高效生产的重要因素之一,瓦斯事故也是我国煤矿最严重的事故之一。伴随煤矿机械化程度的不断提高,以及开采深度的不断加深,开采强度的不断加强,矿井瓦斯涌出量必然会进一步增加,矿井瓦斯灾害的治理必将成为煤矿灾害事故的防治重点。研究高瓦斯综放工作面矿井的瓦斯运移规律,有利于指导煤矿安全高效生产与瓦斯防治工作,有显著的理论意义与现实指导意义。 本文系统总结评述了近些年来矿井瓦斯防治与抽放理论及其应用的最新进展和诸多成果,指出上覆岩采动裂隙的分布状态及裂隙带内的瓦斯运移规律是当前和今后的研究重点,也将是实现煤与瓦斯安全共采的基础理论之一。基于此,本文通过相似材料模拟实验,进一步分析了煤层开采后上覆岩体采动裂隙产生发展的分布状态和空间分布规律以及充分卸压区域范围与形态特征,又一次验证了采动覆岩中的层面离层裂隙和穿层破断裂隙贯通后,知其空间分布状态是一个动态变化的采动裂隙椭抛带,简称椭抛带(EPZ),并进一步研究运用了其这一基本特征。 结合煤岩体的瓦斯耦合理论、传质学原理以及采动岩体力学等推导了瓦斯在采动裂隙带内运移的数学模型,依据该数学模型初步总结得到采动裂隙椭抛带中瓦斯的基本运移规律,得知采动裂隙椭抛带为卸压瓦斯运移和储集提供了通道和空间,及其是瓦斯的运移和聚集空间分布区域,为合理的布置矿井瓦斯抽放系统提供了理论基础。通过鑫龙煤业集团主焦矿的现场应用,分析了抽放来自邻近煤岩层、本煤层及采空区中瓦斯抽放系统的布置,得出将钻孔终点置于上覆岩体采动裂隙带内,可提高矿井瓦斯抽放浓度及瓦斯抽放效率,必将获得良好的抽放效果。最后以主焦矿的瓦斯抽放利用情况为例,验证煤与瓦斯的有效安全共采,是实现矿井安全高效生产、大气环境保护及新能源供应三重效应的保障,并可为社会和企业获得可观的经济收入和人文效益。


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