超远距离下保护层开采卸压裂隙演化及渗流特征研究

摘要

从采矿的角度认识瓦斯问题,基于关键层理论将采矿过程中的应力场、裂隙场和瓦斯场规律相结合,实现“煤与瓦斯共采”是采矿学科研究的热点。本文针对高瓦斯、低渗透性煤层群的赋存条件,综合运用理论分析、相似模拟、数值模拟试验和现场实测等研究手段,系统研究了下保护层开采充分卸压高度、不同应力状态煤岩渗透特性、超远距离上被保护层采动应力、裂隙演化和瓦斯渗流的规律,提出了超远距离下保护层开采卸压保护范围参数等,并在现场进行了卸压效果检验。该研究成果丰富了下保护层开采理论,为平顶山矿区及相似地质条件下的超远距离下保护层开采保护范围确定和卸压瓦斯抽采提供了理论依据。本论文的主要研究成果有:
　　⑴以膨胀变形超过3‰作为煤层充分卸压临界值,理论分析并得到下保护层开采最大充分卸压高度的计算方法,以及关键层位置与煤层采高分别是影响下保护层开采最大膨胀变形和卸压角最主要因素的结论。
　　⑵含瓦斯煤样的渗透率试验表明,煤样渗透率与破裂过程关系密切却滞后于破裂过程。模拟静水压力小于20MPa的下保护层开采等条件,当垂直应力达到30MPa左右时卸载,煤样渗透率最大只提高36％,研究表明煤层卸压与裂隙演化是影响瓦斯流动的重要因素。
　　⑶综合运用物理模拟和数值模拟等手段,得到平顶山矿区煤层群超远距离下保护层开采卸压应力分带模型和卸压保护的范围,即下山卸压角73°,上山卸压角76°,走向卸压角63°~76°,最大卸压高度超过160m,为解决平顶山矿区煤与瓦斯突出治理难题和超远距离下保护层开采提供了理论依据。

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 保护层开采理论研究的突破点

1.4研究目标与内容

1.5 技术路线

2 下保护层开采卸压保护范围及控制因素

2.1 覆岩关键层判别程序的开发

2.2 下保护层开采卸压程度和范围的数值模拟

2.3下保护层开采卸压影响因素的灰关联分析

2.4 下保护层开采卸压范围的神经网络预测模型

2.5 本章小结

3 含瓦斯煤的渗流特征

3.1 概述

3.3 不同应力路径下含瓦斯煤的渗透性

3.4 本章小结

4 覆岩卸压和裂隙演化的相似材料模拟

4.1 概述

4.2 试验模型及试验方案

4.3 上覆煤岩体卸压及裂隙演化特征

4.4 本章小结

5 覆岩卸压裂隙演化和瓦斯运移的数值模拟

5.1 FLAC3D数值模型建立

5.2 上覆煤岩体卸压演化规律

5.3 RFPA2D-Flow数值模拟软件

5.4 卸压煤层变形和瓦斯运移数值分析

5.5 本章小结

6 超远距离下保护层开采卸压保护范围及工程应用

6.1平顶山矿区研究背景

6.2采场覆岩离层演化机理

6.3 采场煤岩体卸压变形特征

6.4 保护层开采卸压区巷道变形监测

6.5 本章小结

7 主要结论

7.1 创新点

7.2 展望

参考文献：

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