黔北矿区近距离煤层群保护层开采及保护效果检验技术研究

摘要

《防治煤与瓦斯突出规定》第四十条提出“区域防突措施应当优先采用开采保护层”。保护层开采是我们目前主要采用的区域性防治煤与瓦斯突出措施。目前有关的研究，对远距离、超远距离保护层开采反而研究较多，对近距离煤层群保护层开采及被保护层瓦斯防治与效检钻孔深度可靠性测试技术研究较少。基于此，本论文开展了该方面的研究。
　　本论文运用弹性力学、岩石力学、渗流力学、卸载岩体力学等科学理论，在理论分析的基础上，通过数值计算、实验室渗透性实验、现场工业性试验相互结合的研究手段，以贵州容光煤矿近距离煤层群上保护层开采为研究背景，研究了近距离保护层开采及其区域防突机理及消突钻孔测量技术。最后，将研究成果应用于容光煤矿保护层开采工程实践，本文主要研究结论如下:
　　(1)借助薄板理论，建立了被保护层挠度计算方程，根据容光煤矿的实际情况，对被保护层挠度进行了计算，得到被保护层C6煤层卸压过程中最大底鼓量为82.7mm;同时，构建了围岩应力计算模型。
　　(2)基于围岩应力计算模型，利用FLAC3D软件，分析了上保护层开采引起的围岩及被保护层应力和移动变形特征;保护层工作面开采过程中，由于采空区提供了卸压空间，随着开采的不断进行，围岩发生膨胀变形，采空区上部和下部的围岩不断向采空区方向移动，同时，开切眼和停采线位置四周的围岩向采空区方向发生水平移动。由于不同岩层的挠度不一致，在移动过程中，岩体内部不断出现损伤，造成了透气性系数也不断增大。
　　(3)在获得了保护层开采过程中围岩应力与位移变化特征的基础上，采用实验室力学渗透实验，分析了近距离煤层群保护层开采引起的被保护层渗透率的变化;煤样加载破坏和卸载破坏存在较大差异;卸载前的加载过程，试样渗透性逐渐减小。然而，从卸载开始，随着荷载的不断卸除，等同于给试样施加了拉应力，试样内部裂隙开始增大，随着卸载不断进行，裂隙也进一步开始扩展，渗透不断增大。
　　(4)探索了基于声波测量的被保护层瓦斯防治与效检钻孔深度可靠性测试技术，得出了声波在等直径与变直径钻杆内的传播特性，为钻孔深度声学测量奠定了理论基础。
　　(5)应用钻孔深度测量技术对被保护层校检钻孔及被保护层工作面卸压瓦斯抽采钻孔的实际钻孔施工深度进行测量，从而确保了校检参数测量准确性及被保护层卸压瓦斯抽采钻孔的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 论文的研究意义及工程背景

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究意义

1．1．3 工程背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 保护层开采应用现状

1．2．2 保护层开采技术研究现状

1．2．3 被保护层瓦斯防治及效果检验技术研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．1 技术路线

2 采场伏岩应力变化及移动变形特征理论分析

2．1 采场伏岩采动影响

2．2 伏岩内部应力分布理论分析

2．3 伏岩移动变形理论分析

2．4 本章小结

3 近距离煤层群保护层开采围岩应力、变形特征数值模拟

3．1 概述

3．2 数值软件求解过程

3．3．1 所研究矿井基本情况

3．3．2 边界条件及模型尺寸

3．4 保护层开采覆岩特性研究

3．4．1 保护层开采伏岩应力时空演化规律

3．4．2 保护层开采过程中伏岩移动变形规律

3．4．3 保护层开采过程中被保护层应力及移动变形分析

3．5 本章小结

4 保护层开采对被保护层渗透影响实验研究

4．1 概述

4．2 实验设备及相关参数

4．3 渗透实验的实验方案

4．4 保护层开采对被保护层渗透性的影响

4．5 本章小结

5 被保护层瓦斯防治与效检钻孔深度可靠性测试技术研究

5．1 钻杆内的声波传播理论分析

5．1．1 钻孔中充填水，外层为地层的情况

5．1．2 钻孔中充填空气，外层为地层的情况

5．1．3 钻孔中充填空气、外层介质不同时的对比

5．2 钻孔深度测定的测量实验

5．2．1 测量原理及测量装置

5．2．2 钻孔深度度测定

5．2．3 等直径伪钻杆长度测试

5．3 本章小结

6 近距离煤层群保护层开采现场试验研究

6．1 试验区概况

6．1．1 保护层1501工作面概况

6．1．2 被保护层C6煤层概况

6．2 基于钻孔深度测量技术的保护层开采效果考察

6．2．1 被保护煤层的确定

6．2．2 保护效果及范围考察方案设计

6．2．3 考察钻孔的实施

6．2．4 指标的考察情况

6．3 保护层开采范围考察

6．4 被保护层瓦斯防治钻孔深度可靠测试及回采期间瓦斯数据验证

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

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