火区下近距离煤层开采有害气体入侵灾害防控技术研究

摘要

随着科技的不断发展，煤矿开采强度不断增大，现有的易开采煤炭资源无法满足能源的需求，煤炭企业逐渐提高了对近距离煤层开采的重视。我国西部近距离煤炭资源丰富，但由于前期小煤窑的开采，煤层漏风较为严重，极易形成大范围的自燃火区。上部火区受下部煤层开采影响，漏风通道增多，进而容易加剧火区的发展，同时下部煤层的采煤工作面也会面临上部火区内有毒有害气体异常涌入的危险，严重威胁矿井的安全生产。
　　针对近距离煤层上部火区治理难度大，火区下煤层安全回采受到威胁的现状，本文以离散元数值模拟作为研究基础，首先进行了大量的单轴压缩和巴西劈裂模拟实验，确定了煤岩体宏细观参数之间的反演公式，解决了长久以来数值模拟中存在的宏细观参数不匹配导致的数值模拟不准确的问题。
　　利用推导得到的公式代入上覆岩层的具体宏观参数，借助PFC2D软件建立火区下近距离煤层开采模型。以30110工作面作业规程为基础，进行与现场相对应的分阶段开采模拟，并记录下推进过程中上覆岩层具体的裂隙演化规律，证明了有害气体入侵灾害的产生。为了确定有害气体入侵灾害的发生时间，采取相应的预防措施，将整个过程中的孔隙率变化情况进行动态记录，选取不同时间段的孔隙率数据进行处理，采用等值线图的形式将火区下近距离煤层开采过程中孔隙率的变化形象的表现出来，确定了下层煤基本顶垮落会导致有害气体入侵灾害的产生。
　　数值模拟结果显示，裂隙的扩展会导致漏风通道的产生，2#煤采空区内有害气体在气压的作用下，有可能会被压入工作面，对人员安全造成伤害。但如果3#煤工作面风压过大，氧气被压入火区后，极易引起CO与O2结合引发爆炸。为了解决这个问题，采用火区惰化技术和均压通风技术相结合的防控技术对有害气体入侵灾害进行了治理。首先对2#煤采空区采用氮气惰化技术进行了处理，监测结果显示，有害气体浓度虽有大幅度下降，但仍威胁着下煤层工作面的开采。在对30110工作面进行通风参数测定后，建立了均压通风系统，通过计算确定了试运行期间的安全压差为296Pa，正常运行期间的压差安全调节区间为（118Pa，166Pa）。监测结果表明，采用火区惰化技术和均压通风技术相结合的方式能够对有害气体入侵灾害进行有效防治，保障了工作面的正常生产。

目录

第一个书签之前

摘 要

Abstract

目 录

Contents

1 绪论

1.1 课题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4 研究内容、技术路线和创新点

2 孙家岔煤矿 30110 工作面概况及颗粒流数值模拟细观参数的确定

2.1 孙家岔煤矿地质概况及矿井简介

2.2 颗粒流数值模拟岩石力学参数的确定

2.3 本章小结

3.1 PFC 基本原理

3.2 建立模型

3.3 火区下近距离煤层开采离散元数值模拟研究

3.4 火区下近距离煤采空区孔隙率动态分布特征

3.5 本章小结

4 火区下近距离煤层开采有害气体入侵灾害防控技术研究

4.1 30110 工作面上部 2#煤采空区局部区域惰化技术研究

4.2 30110 工作面通风压能测定准备

4.3 通风压能解算方法

4.4 30110 工作面均压通风技术设计

4.5 2#煤采空区大面积跨落气体异常涌出的应急方案设计

4.6 均压通风系统应用效果分析

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况