顺层长钻孔区域预抽瓦斯工艺参数优化及应用

摘要

本文针对淮南矿业(集团)公司所属煤矿开采深度基本进入-600m以深后引起的地应力和瓦斯压力增大、瓦斯含量增高、煤层透气性系数减小,从而导致煤与瓦斯突出问题日益严重和复杂的问题,以潘一矿和潘三矿为试验矿井,采用理论分析、现场考察和数值模拟等方法,开展顺层长钻孔防突关键技术研究,最终达到减少施工量、提高抽采率、缩短消突周期、实现安全快速掘进的目的。
　　顺层长钻孔防突措施就是通过采取该措施,减缓地应力,达到卸压增透效果;通过抽放瓦斯降低瓦斯动力和释放瓦斯潜能;扩大卸压区的范围来消除煤层的突出危险性。实施顺层长钻孔措施后,含瓦斯煤岩体工作面前方应力平衡状态被破坏,集中应力向煤体深部转移,卸压带的宽度变大,同时分析了卸压带与突出危险性的关系,计算得出丁集矿11-2煤层最小防突卸压带宽度为4.4~7.7m。
　　应用多物理场耦合模拟软件 COMSOL-Multiphysics对不同孔径,不同孔深情况下,瓦斯压力分布的差异性及双孔时,不同孔间距布置对瓦斯分布的影响,得出如下结论:顺层长钻孔的控制范围随着孔径和孔深的增大而增大,但增大的梯度逐渐减小,单孔情况下,钻孔控制半径最大达钻孔左右两侧各2.13m;在双孔情况下,孔间距为2m时,瓦斯压力的下降速度较孔间距为3m时快,并且消突更充分。
　　介绍了顺层长钻孔措施在潘一矿和潘三矿的应用和效果考察,执行措施后,试验点的残余瓦斯含量均降到始突含量以下、瓦斯预抽率均超过30％,进尺速度较措施前提高近2倍,潘一矿和潘三矿的效检指标无一超标。
　　针对矿方当前防突评价指标存在的问题,利用实验室模拟,历史资料分析,现场数据考察确定11-2煤层的始突瓦斯参数:瓦斯压力临界值确定为0.74MPa,残余瓦斯含量抽采指标临界值为4.50m3/t。
　　通过以上研究,从理论上分析了顺层长钻孔措施的消突机理;通过数值模拟确定了顺层长钻孔施工工艺对瓦斯分布的影响,为合理布置钻孔打下基础;通过顺层长钻孔防突措施在潘一矿和潘三矿的应用,用实际应用表明,顺层长钻孔能够达到有效消除突出危险性、实现安全快速掘进的目的。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 文献综述及国内外研究现状

1.3 存在问题及研究内容

1.4 研究特色及技术路线

2 ·顺层长钻孔预抽煤层瓦斯消突理论分析

2.1 引言

2.2 顺层长钻孔卸压消突的理论分析

2.3 控制范围的理论计算

2.4 本章小结

3 顺层长钻孔卸压增透措施消突效果数值模拟

3.1 多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics简介

3.2 钻孔瓦斯抽放流固耦合物理模型及定解条件

3.3 顺层长钻孔卸压增透数值模拟研究

3.4 本章小结

4 顺层长钻孔防突措施的应用与效果考察

4.1 顺层长钻孔在潘一矿的应用与效果考察

4.2 顺层长钻孔在潘三矿的应用与效果考察

4.3 本章小结

5 顺层长钻孔效果检验指标与方法

5.1 矿方采用效果检验指标分析

5.2 效果检验指标与方法的确定

5.3 煤层始突瓦斯参数临界值的确定

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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