深部低透矿井瓦斯异常区掘进面瓦斯治理技术研究

摘要

随着煤矿开采深度的增加，地应力随之增大，煤层透气性进一步降低，加之特殊地质环境的影响，瓦斯赋存状态更加复杂。煤体中的孔隙、裂隙在高地应力作用下出现扩容或者闭合的现象，进一步增加了瓦斯抽采的难度。在深部煤层的瓦斯异常区进行巷道掘进时，瓦斯涌出特性和规律不明晰，导致瓦斯治理工作的针对性较差。本文采用理论分析、实验室实验、数值模拟和现场实践等研究方法，进行了深部低透矿井瓦斯异常区掘进面瓦斯治理技术的研究。
　　首先采用理论分析的方法研究了影响深部开采矿井瓦斯赋存状态的地质因素，再结合工程背景煤矿，研究了瓦斯异常地质因素。借助真三轴气-固耦合煤体渗流实验台研究了不同应力条件下的煤体变形破坏和渗流特性，得到了掘进工作面周围煤体应力-渗流-裂隙的演化规律。通过经验公式计算出背景煤矿掘进工作面在巷道掘进时，巷帮应力分区范围，再利用FLAC3D模拟软件，通过数值模拟的方法，分析了掘进时巷道周围岩体应力分布规律，结合煤体应力-渗流-裂隙演化规律的分析，阐述了巷帮应力分布和瓦斯涌出特性，为瓦斯治理提供了参考和依据。最后，以某矿一号井的3434掘进工作面为工程背景，测定了该矿瓦斯基本参数，间接计算出煤层瓦斯含量，分析了工作面生产概况和瓦斯涌出特点；结合实验室实验和数值模拟研究结果，设计了适用于3434掘进工作面的深部低透矿井瓦斯异常区的瓦斯治理技术，并进行了工程实践，取得了良好的瓦斯治理效果。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

Contents

1 绪 论

1.1 课题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 瓦斯地质理论及方法研究现状

1.2.2 瓦斯渗流理论及实验研究进展

1.2.3 瓦斯治理理论及技术研究现状

1.3 论文研究的目的及意义

1.4 论文研究内容、方法与技术路线

1.4.1 论文研究内容

1.4.2 论文研究方法

1.4.3 论文创新点

2 深部开采矿井瓦斯地质影响规律分析

2.1 瓦斯生成机理及赋存特征分析

2.1.1 瓦斯的生成机理

2.1.2 煤体赋存特征

2.1.3 煤体吸附及其解吸特性

2.2 深部开采矿井瓦斯地质影响因素

2.2.1 含煤岩系沉积环境对瓦斯赋存的影响

2.2.2 煤层围岩特征对瓦斯赋存的影响

2.2.3 地质构造对瓦斯赋存的影响

2.2.4 煤的变质程度对瓦斯赋存的影响

2.2.5 煤层埋深对瓦斯赋存的影响

2.3 某矿瓦斯异常地质影响因素

2.3.1 矿井概况

2.3.2 某矿瓦斯异常地质因素分析

2.4 本章小结

3 三轴应力条件下煤体渗流特性实验研究

3.1 煤体渗透特性及其演化规律分析

3.1.1 煤体渗透特性分析

3.1.2 掘进工作面周围煤体应力-渗流-裂隙演化关系分析

3.2 真三轴气-固耦合煤体渗流实验理论及原理

3.2.1 实验基本原理

3.2.2 实验理论基础

3.3 实验数据记录及分析

3.3.1 实验系统

3.3.2 实验方案和实验步骤

3.3.3 实验数据记录

3.3.4 煤体变形破坏分析

3.3.5 煤体渗流特性分析

3.4 本章小结

4 掘进面巷帮应力分区数值模拟研究

4.1 巷帮应力分布规律研究

4.1.1 巷帮应力状态分布

4.1.2 弹塑性区域边界范围的确定

4.2.1 基本假设

4.2.2 计算模型的建立

4.2.3 模拟方案

4.3 数值模拟结果分析

4.3.1 应力分布云图分析

4.3.2 应力变化曲线分析

4.4 本章小结

5 深部低透矿井瓦斯异常区掘进面瓦斯治理技术

5.1 瓦斯异常区瓦斯基本参数测定

5.1.1 现场瓦斯参数测定

5.1.2 实验室瓦斯参数测定

5.1.3 间接法测定煤层瓦斯含量

5.2 3434掘进工作面概况

5.2.1 掘进面地理位置概况

5.2.2 工作面瓦斯涌出概况

5.3 掘进面瓦斯治理技术

5.4 瓦斯治理效果检验

5.5 本章小结

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果