糜棱状严重突出煤层石门揭煤综合消突技术研究

摘要

石门揭煤突出强度大、概率高，突出的大量煤岩和瓦斯造成的危害大，严重影响煤矿生产和采掘接替。河南宏福煤业有限公司顺发矿因提升系统改造，期间要揭穿二1煤。二1煤层地质构造破坏严重，糜棱煤普遍发育，强度极低，且煤层瓦斯含量大，突出危险性极大。因该矿历史上回风井和副井在采取密集排放钻孔措施后，立井揭煤时均发生突出，且突出情况严重，有必要研究适用于糜棱煤石门揭煤的综合消突技术。
　　根据煤与瓦斯突出的综合作用假说，本文首先建立相同地应力、相同瓦斯条件下不同煤体结构煤层石门揭煤的数值模型，研究原始条件下石门揭煤时的煤体内应力分布及顶煤位移量特点。结果显示，糜棱煤比原生结构煤突出范围大，顶煤位移量大。揭煤前，原生结构煤应力下降均匀，而糜棱煤不易卸压，应力值较分散，部分煤体质点应力集中。随着突出的进行，应力峰值向煤体深部转移，而糜棱煤应力峰值较大。得出糜棱煤石门揭煤的针对性防突措施，即水力冲孔卸压增透，穿层钻孔预抽煤层瓦斯和煤体固化的综合消突技术。糜棱煤消突措施控制范围要大于原生结构煤，控制巷道两侧轮廓线外15m，上下轮廓线外12m。措施内不仅要释放煤体瓦斯，更重要的是要充分地卸除煤体内应力。
　　建立数值模型模拟水力冲孔，分别比较水压为2MPa、4MPa、6MPa时煤体声发射、应力等的变化，确定合理水压。结果显示当水压为4MPa时能达到较好的卸压增透的目的。水力冲孔后煤体内应力集中程度随布孔间距的减小和冲出孔径的增大而减小，在水力孔间距为4m、冲出孔径1m时能有效避免煤体内应力集中。适用于糜棱煤的水力冲孔措施应采用小水压和小间距。在此基础上，共设计了穿层预抽煤层揭煤区域煤层瓦斯钻孔165个，其中水力孔48个。
　　考察了水力冲孔效果。共冲出煤量571.7吨，单孔最大出煤量29.1吨，冲孔后扩孔7.15~20.40倍，瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量显著增加。累计瓦斯抽采纯量65631.2m3，预抽率达到70.5％。区域效检实测残存瓦斯含量均小于6.5m3/t，结果表明消除了煤层突出危险性。
　　建立数值模型研究区域措施后石门揭煤突出危险性，结果显示没有突出迹象，仅在巷道轮廓线两侧出现较大范围破裂，揭煤后顶煤位移量约为原始煤体揭煤的1/19。对数值模型进行优化设计，加固巷道两侧煤体，在冲孔区范围厚度10m、固化区厚度为2m时，防突效果较好，能有效避免揭煤巷道两侧煤体的大范围破碎，验证了综合消突技术的有效性。

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1 绪论

1.1 选题依据

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

2 糜棱煤与原生结构煤石门揭煤突出危险性研究

2.1 构造煤分类

2.2 构造煤的强度和瓦斯放散初速度、瓦斯解析指标

2.3 构造煤的渗透率

2.4 糜棱煤特点

2.5 石门揭煤突出危险性数值研究

2.6 本章小结

3试验矿井综合消突技术研究

3.1 矿井概况

3.2 石门揭煤工作区域概况

3.3 上仓斜巷揭煤区域煤层产状及相对位置探测

3.4 石门揭煤区域突出危险性预测

3.5 综合消突技术确定

3.6 本章小结

4综合防突措施研究及现场应用

4.1 水力冲孔合理水压的数值研究

4.2 水力冲孔冲出孔洞大小及合理布孔间距

4.3 区域防突措施设计

4.4 区域措施效果考察

4.5 固化区厚度确定

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

5.3 创新点

参考文献

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