近距离高瓦斯煤层群开采顺序优化研究

摘要

由于成煤条件的不同，煤层的赋存情况各异。煤层厚度从零点几米到数米，可采层数从一层到数十层，煤层间的距离也是大小不等。同时，矿井的瓦斯由无到有，瓦斯含量由低到高，煤层的稳定程度也无规律可寻。对于煤层如此复杂多变的赋存情况，选择一个最优的合理开采顺序显然成为了矿山能够实现安全、高效生产的必备条件。
　　目前，国内外对于近距离高瓦斯煤层群的研究相对薄弱，主要是对实际开采经验进行了总结或者是参考单一煤层的开采z进行生产，没有形成系统的分析。因此，本论文以老石旦煤矿为例，通过理论分析与实验验证相结合的方法，针对近距离高瓦斯煤层群合理开采顺序优化展开了研究，并得到如下主要结论：
　　（1）通过分析该矿的煤层群地质背景、赋存条件等发现该矿可采煤层共4层，分别为7＃、9#、12#、16#煤，其中7#、9#、12#、16#煤层间距分别为11.52m、27.79m、49.69m，同时，矿井个别煤层局部瓦斯含量较高，所以该矿属于近距离高瓦斯煤层群。
　　（2）通过对各煤岩层进行取样后分析其物理性质和力学性能等到煤岩层的相关参数，为后续理论分析和相似模拟提供数据支持。
　　（3）通过分析其中一个煤层的开采对相邻煤层的影响以及开采后的卸压效果，并利用逐一对比排除的方法，得出理论上覆岩“三带”的范围与最有利于矿井其它煤层卸压的首采煤层，以及针对整个矿井开采提出最优煤层开采顺序。
　　（4）通过使用绿色、经济的相似模拟材料，结合正交试验确定最佳的相似材料配比和软件拟合出的相似材配比适用公式，构建相似模拟模型。同时，对模型进行模拟开采，并且借助全站仪、静态电阻应变仪等设备采集实验数据，得出理论分析得到的最优开采顺序的覆岩层移动规律、应力变化、瓦斯卸压等情况。
　　（5）通过对实验结果分析，首采煤层的确定是整个开采顺序优化的重中之重，首采煤层开采完毕后，其它煤层继续开采，无论是位移场、应力场还是裂隙场都会有叠加效应的出现，但是实验证明理论上确定的最优开采顺序是正确的，前一个煤层开采后其覆岩的变化都在合理范围内，按照理论最优开采顺序进行开采，先开采的煤层不会影响后续其它煤层的正常开采。即最优开采顺序为16-1#→12#→7#→9#→16-2#煤。

目录

声明

1 引言

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容、方法和论文创新点

1.4 技术路线

2 矿井概况

2.1 矿井基本地质概况

2.2 矿井可采煤层分布

2.3 可采煤层顶底板岩性特征

2.4 煤岩样物理力学性质

2.5 本章小结

3 理论开采顺序的确定

3.1 影响煤层群开采顺序及保护层选择的因素

3.2 选择合理开采顺序的判定条件

3.3 理论最优开采顺序确定

3.4 本章小结

4 相似模拟模型构建

4.1 相似模拟实验理论概述

4.2 相似模拟实验设计

4.3 选择模拟平台

4.4 确定相似材料配比及用量

4.5 模型加载设计

4.6 模型制作

4.7 测站（测点）布置

4.8 本章小结

5 近距离高瓦斯煤层群相似模拟开采结果分析

5.1 实验方案设计

5.2 实验过程分析

5.3 位移场特征规律分析

5.4 应力场特征规律分析

5.5 裂隙场特征规律分析

5.6 “三带”数据观测结果

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

在学研究成果

致谢