回采工作面瓦斯防治综合信息动态分析方法研究

摘要

随着采深的增加，煤矿井下瓦斯灾害的危险性呈增加趋势，煤层瓦斯、应力、地质构造等信息的及时掌握是采取瓦斯防治措施和现场管理措施的重要依据。特别对于回采工作面，在开采前对工作面各种复杂信息的掌握和分析，有利于实现回采工作面的信息化和精细化管理，真正实现对安全生产的指导。目前已有的瓦斯地质统计法和矿井地质动力区划法均是针对于大尺度（矿区、矿井）意义上的综合信息分析，而回采工作面的瓦斯赋存、应力分布、地质构造探测等信息的分析更为重要，可直接用于瓦斯灾害防治措施的制定。为改进现有回采工作面瓦斯赋存和瓦斯灾害危险性评价方法的不足，实现工作面从设计、掘进到回采阶段整个过程的瓦斯灾害危险性动态分析，本文以采煤工作面所包含的三方面信息（瓦斯赋存、煤层地质构造、应力场分布）为信息来源，通过对工作面不同阶段所包含的信息要素的有效提取和综合分析，强调各种信息的动态变化和直观反映，提出了利用工作面瓦斯防治综合信息进行分析的方法，实现回采工作面瓦斯灾害防治及安全状况的动态评价。
　　(1)工作面不同阶段瓦斯防治综合信息要素研究，根据信息数据的来源，确定工作面不同阶段的信息要素类别和获取方式，同时根据不同要素的数据特征确定其三种表示方法。
　　(2)工作面瓦斯参数及预测模型研究，根据瓦斯赋存与煤层埋深、顶底板岩性等因素的相关性，提出工作面所处地质单元瓦斯赋存多元回归预测模型，根据工作面在不同影响因素下如巷道开挖、区域防突措施等影响下的赋存规律建立相关数学模型和预测方法。
　　(3)工作面煤层赋存、地质构造分布的分析方法研究，根据地勘和工作面已揭露区域煤层地质资料，对煤层厚度、构造软煤分布等地质资料的分布规律进行分析;通过已揭露地质构造的构造力学解析，研究构造展布方式，同时应用统计分析及物探方法对工作面内部未揭露异常带进行分析。
　　(4)工作面应力场参数的数值模拟研究，采用理论分析和数值模拟相结合的方法分析采场内的原岩应力、构造应力及采动应力的分布规律及应力叠加造成的应力集中系数，确定应力集中区分布及影响范围。
　　(5)回采工作面综合信息分布的分析方法研究，通过对上述三方面信息的综合分析，确定回采工作面动态综合信息分析方法及工作面瓦斯灾害危险条带动态评价模型，建立工作面瓦斯灾害危险性动态分析体系。
　　(6)结合贵州中岭煤矿12013工作面的现场资料和实际情况，对工作面综合信息动态分析方法进行验证性试验，经过后期开采验证，取得了较好的效果。
　　本文旨在提出一种对回采工作面瓦斯参数、煤层地质构造赋存及应力分布参数等综合信息的连续性动态分析方法，做到“知己知彼”，为工程技术人员提供准确的基础信息，利于现场人员采取必要的瓦斯灾害防治措施，从而确保回采工作面日常生产工作的安全。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤层瓦斯参数的测定方法及预测模型研究现状

1．2．2 煤层赋存及地质构造分布分析方法研究现状

1．2．3 工作面煤体应力测量及分析方法研究现状

1．2．4 工作面瓦斯灾害危险区段预测方法研究现状

1．3 存在问题

1．4 研究内容及技术路线

2 工作面瓦斯防治综合信息要素

2．1 工作面瓦斯防治综合信息要素

2．1．1 根据瓦斯灾害防治工作的需要

2．1．2 根据信息的获取方法

2．1．3 工作面瓦斯防治综合信息的基本要求

2．2 工作面瓦斯防治综合信息的数据来源及表示方法

2．2．1 数据来源

2．2．2 数据特征及表示方法

2．3 工作面不同阶段综合信息要素确定

2．3．1 设计阶段

2．3．2 准备阶段

2．3．3 开采阶段

2．4 本章小结

3 工作面瓦斯、地质信息的分布规律及预测模型

3．1 工作面瓦斯含量预测模型

3．1．1 煤层瓦斯含量影响因素

3．1．2 基于多元回归的瓦斯含量预测模型

3．2 巷道周围瓦斯赋存规律模型

3．2．1 巷道周边支承压力分布分析

3．2．2 不同支承应力区内瓦斯渗流规律

3．2．3 巷道煤壁一维瓦斯渗流模型

3．2．4 巷道周围瓦斯分布模型解算

3．3 已揭露区煤层赋存及地质构造的统计分析方法

3．3．1 工作面煤层厚度及构造煤分布预测方法

3．3．2 已揭露区地质构造分析

3．4 未揭露区域煤层赋存及隐伏地质构造的预测方法

3．4．1 工作面煤层厚度及构造煤分布预测方法

3．4．2 构造煤及隐伏地质构造等异常带预测方法

3．5 区域措施后残余瓦斯含量实测方法

3．5．1 残余瓦斯含量测定方法

3．5．2 残余瓦斯含量分布规律

3．6 本章小结

4 工作面应力参数分布的数值分析

4．1 工作面煤体应力构成

4．1．1 上覆岩层自重应力场

4．1．2 局部构造应力场

4．1．3 工作面采动应力场

4．2 数值模拟方法介绍

4．3 煤体应力场数值计算

4．3．1 区域应力场数值计算

4．3．2 局部构造应力场数值计算

4．3．3 采动应力场数值计算

4．4 本章小结

5 回采工作面综合信息分析方法

5．1 设计阶段综合信息分析方法

5．2 准备阶段综合信息分析方法

5．2．1 瓦斯赋存参数

5．2．2 煤层赋存及地质构造揭露情况

5．2．3 工作面应力参数分布预测

5．2．4 工作面突出危险条带预测

5．3 开采阶段综合信息分析方法

5．3．1 工作面煤层残余瓦斯含量分布

5．3．2 工作面异常区电磁波探测

5．3．3 区域措施后工作面突出危险条带预测

5．4 本章小结

6 工作面综合信息动态分析方法实现

6．1 试验工作面概况

6．2 设计阶段综合信息分析

6．2．1 工作面瓦斯分布预测

6．2．2 工作面所处地质单元及控制性构造特征

6．2．3 工作面所处区域原岩应力计算

6．3 准备完成后综合信息动态修正

6．3．1 工作面瓦斯赋存参数

6．3．2 工作面煤层情况及地质构造特征

6．3．3 工作面应力参数分布

6．3．4 工作面准备过程中动力现象地点分布图

6．3．5 工作面准备完成后突出危险条带预测图

6．4 区域措施后综合信息分析

6．4．1 区域措施后工作面残余瓦斯分布规律

6．4．2 突出预兆(喷孔、卡钻等)发生区域

6．4．3 工作面异常区电磁波探测

6．4．4 区域预抽措施后工作面突出危险条带分布

6．5 回采验证

6．6 本章小结

7 结论及展望

7．1 主要结论

7．2 需要进一步研究的问题

参考文献

致谢