潘二矿3煤卸压开采瓦斯治理技术研究

摘要

矿井瓦斯灾害日趋严重，特别是煤与瓦斯突出事故时有发生，煤矿瓦斯治理成为煤矿安全至关重要的问题。为防治多煤层开采时煤与瓦斯的突出，采用首采层的卸压作用，消除邻近煤层的突出危险性是行之有效、十分经济的区域性防突措施。由于淮南潘二煤矿4煤具有煤与瓦斯突出危险性，所以选择首先开采其下方平均间距为80m的没有瓦斯突出危险的3煤层，通过下首采层3煤的采动影响，使得4煤卸压，达到降低其瓦斯突出危险性。
　　论文中采用理论分析、计算机数值模拟软件以及结合工程实践的研究方法，对下首采层回采后上被卸压煤岩体的应力分布特点、上伏煤岩体采动裂隙动态分布特征、煤层膨胀变形、远程卸压瓦斯流动规律、煤层卸压范围进行系统的研究。利用数值计算模拟的方法研究了首采层开采影响上伏煤岩体应力分布和膨胀变形等;通过现场实测考察了随工作面的推进首采层瓦斯压力变化规律、透气性变化规律、首采层在采动影响下的膨胀变形规律和卸压瓦斯抽放效果。
　　通过淮南潘二煤矿下首采层开采工程实践表明，卸压层得到了很好的卸压效果，实际测量卸压层4煤层的最大膨胀变形率为18.68‰;卸压后4煤透气性系数达到31.95m2/MPa2·d，4煤原始透气性系数为0.054m2/MPa2·d，透气性增大592倍。采用底板巷网格式穿层钻孔瓦斯抽采技术对卸压层进行卸压瓦斯抽采，保护范围内的4煤瓦斯抽采率达到64.1％，卸压层残余瓦斯含量为2.21 m3/t，残余瓦斯压力降为0.16MPa，表明卸压层取得良好的卸压瓦斯抽放效果;被保护范围内的4煤的瓦斯含量得到大幅度减少，消除了突出危险性，确保了卸压层的安全开采。同时通过综合对比分析表明，理论分析、数值模拟和现场试验研究所得到的结论具有很好的一致性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 首采层开采应用状况

1．2．2 首采层开采研究现状

1．2．3 存在的主要问题

1．3 主要研究内容及技术途径

2 采场上伏煤岩体变化及瓦斯流动规律

2．1 概述

2．2 首采层开采围岩应力的变化

2．2．1 首采层开采前围岩原始应力

2．2．2 采动影响下围岩应力分布

2．3 采场伏岩裂隙动态分布规律

2．4 首采层开采理论卸压范围

2．4．1 首采层开采可行性分析

2．4．2 首采层开采理论卸压范围

2．5 远程卸压瓦斯流动规律

2．5．1 煤层瓦斯流动基本理论

2．5．2 扩散运动方程

2．5．3 渗流运动方程

2．6 小结

3 采场上伏煤岩体卸压增透数值模拟研究

3．1 数值模拟软件UDEC简介

3．1．1 UDEC功能简介

3．1．2 分析流程

3．2 数值模型的建立

3．3 数值模拟结果分析

3．3．1 上伏煤岩体裂隙场发育规律

3．3．2 卸压层垂直应力变化规律

3．3．3 卸压层膨胀变形变化规律

3．4 小结

4 工业现场试验研究

4．1 试验区概况

4．1．1 试验区地质特征

4．1．2 煤层及顶底板特征

4．2 试验区布置

4．3 首采层开采效果考察

4．3．1 卸压层瓦斯压力变化

4．3．2 卸压层膨胀变形规律

4．3．3 卸压层的透气性变化

4．4 瓦斯抽采效果考察

4．4．1 瓦斯抽采方案设计

4．4．2 首采层瓦斯抽采统计分析

4．4．3 卸压层瓦斯抽采统计分析

4．4．4 卸压层瓦斯抽采率

4．5 卸压层消除突出危险性评价

4．6 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果