低透气性煤层群保护层开采卸压瓦斯综合治理技术

摘要

目前我国大多数矿井属于高瓦斯矿井。随着煤炭开采深度和产量的不断增加，煤层瓦斯含量也随之增大，突出危险性增加，严重影响和制约着井下职工的人生安全和矿井的安全生产。而且大部分矿井的煤层具有透气性低，煤层瓦斯含量大和围岩压力高等特点，高瓦斯矿井瓦斯抽采效果不理想，不能彻底排除瓦斯事故的隐患。通过不断的实践得出，煤层开采会引起周围岩层变形移动，煤层的透气性会增大数十倍甚至数百倍，围岩产生的大量裂隙为瓦斯运移和抽采提供了有利的条件。因而，在煤层群开采条件下，利用下保护层开采的采动效应来提高卸压煤层的透气性，同时对卸压煤层进行瓦斯抽放，这是目前实现区域性预防煤与瓦斯突出和低透气性煤层瓦斯治理最简单、最有效和最经济的措施。
　　本文首先阐述了保护层开采卸压的基本理论，证明了保护层开采后造成覆岩层膨胀移动变形，形成大量的裂隙，产生卸压增透效应，为瓦斯解析-扩散-渗流提供了良好通道，形成瓦斯富集区。并提出保护层开采的同时对被保护层进行卸压抽放的煤与瓦斯共采的新理论。其次，文章根据长平矿四盘区的基本情况，利用FLAC-2D数值模拟软件，模拟8＃煤开采后上覆岩层移动变形规律和应力变化规律及3＃煤的膨胀变形效果，从煤层透气性、煤层顶底板相对变形规律以及应力变化等因素来测评保护层开采的效果。然后，文章根据模拟分析的结果和现场数据制定了保护层开采卸压瓦斯抽放的六种方案，并结合优缺点确定了底抽巷布置普通钻机抽采卸压瓦斯方案、本煤层普通钻机抽采钻孔布置方案和8＃煤层采空区埋管抽放瓦斯方案。文章最后通过对底抽巷抽采瓦斯方案的参数进行具体设定、3＃煤层本煤层顺层钻孔瓦斯有效抽放半径的测定以及制定了卸压瓦斯抽采的安全保障措施，进一步完善了保护层开采卸压瓦斯抽采方案。最后提出了文章的不足以及展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景和选题意义

1．2 相关领域国内外技术发展现状及趋势

1．2．1 国内外开采保护层理论研究现状

1．2．2 国内外保护层开采的应用现状

1．2．3 开采保护层的新思路新发展——煤与瓦斯共采

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 项目研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 保护层开采卸压的基本理论

2．1 瓦斯流动的基本理论

2．2 煤层孔隙结构及煤层瓦斯的赋存特征

2．2 保护层的分类

2．2．1 下保护层的分类

2．2．2 上保护层的分类

2．3 保护层开采覆岩层移动变形规律

2．4 采动裂隙卸压的瓦斯运移规律

2．5 保护层开采卸压增透理论

2．6 煤与瓦斯共采理论

2．7 本章小结

第三章 保护层开采效果数值模拟分析

3．1 保护层开采效果测评指标

3．2 保护层开采的数值模拟

3．2．1 Flac-2D软件模拟原理简介

3．2．2 模型建立及参数设定

3．2．3 边界条件的确定

3．2．4 开采方式及观测线布置

3．3 数值模拟结果分析

3．3．1 保护层开采上覆岩层垂直应力变化规律

3．3．2 保护层开采上覆岩层位移的分布规律

3．3．3 保护层开采煤层变形规律分析

3．3．4 卸压效果分析

3．4 保护层开采后煤岩层透气性变化分析

3．4．1 煤岩层透气性影响因素

3．4．2 保护层开采3#煤层透气性变化特征分析

3．4．3 煤岩层透气性变化规律分析

3．5 本章小结

第四章 保护层开采卸压瓦斯抽采方案

4．1 保护层开采卸压瓦斯抽采的分类

4．2 3#煤层底抽巷抽采卸压瓦斯方案

4．2．1 试验工作面概况

4．2．2 底抽巷层位的确定

4．2．3 底抽巷布置千米钻机抽采卸压瓦斯(方案1)

4．2．4 底抽巷布置普通钻机抽采卸压瓦斯(方案2)

4．2．5 3#煤层底抽巷抽采卸压瓦斯方案特点分析

4．3 3#煤层本煤层抽采技术方案

4．3．1 本煤层千米钻机抽采钻孔布置方案(方案3)

4．3．2 本煤层普通钻机抽采钻孔布置方案(方案4)

4．3．3 3#煤层本煤层开采技术方案特点分析

4．4 8#煤层卸压瓦斯抽采方案

4．4．1 8#煤层高位钻孑L卸压瓦斯抽采方案(方案5)

4．4．2 8#煤层采空区埋管抽放瓦斯方案(方案6)

4．5 本章小结

第五章 瓦斯抽采方案的参数设定以及评价指标

5．1 底抽巷参数设定

5．1．1 底抽巷层位的确定

5．1．2 抽采钻场参数设计

5．1．3 抽采钻孔参数设计

5．2 3#煤层本煤层顺层钻孔瓦斯有效抽放半径的测定

5．2．1 孔压法的原理与方法

5．2．2 有效抽放半径的测定

5．2．3 测定结果分析

5．3 卸压瓦斯抽采安全保障措施

5．3．1 底抽巷掘进安全保障措施

5．3．2 K7灰岩层涌水安全保障措施

5．3．3 抽采钻孔保障措施

5．4 抽采效果评价指标

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文