潘一矿远距离下保护层开采卸压瓦斯抽采技术研究

摘要

我国大多数煤矿区煤层赋存具有变质程度高、低渗透率、含气低饱和的特点，而淮南矿区具有煤层瓦斯含量高、煤质松软、透气性低、瓦斯压力大的典型特征，所以强化卸压瓦斯抽采是治理瓦斯的必要措施。本文运用理论分析及数值模拟的方法，针对潘一矿下保护层开采条件下卸压瓦斯抽采技术进行了研究。基于煤岩瓦斯耦合理论，应用数值模拟软件RFPA2D模拟了下保护层开采后上覆煤岩层的变形及裂隙发育规律、卸压瓦斯运移规律;进而运用卸压瓦斯抽放理论，结合潘一矿下保护层1551(1)综放面的现场实际，分析运用下保护层开采，采用底抽巷+上向穿层钻孔抽采技术、地面钻孔抽采技术相结合的布置方式来抽采远程上被保护层卸压瓦斯。得到首先开采保护层11-2煤，可以引起上覆岩层的变形、移动，进而产生“卸压增流效应”，利用岩层移动规律选择合理有效的瓦斯抽采方法可以提高瓦斯抽采效率、瓦斯抽采浓度，获得良好的抽采效果。
　　通过潘一矿下保护层开采现场试验，考察得到被保护层13-1煤层的最大膨胀变形量210.5mm，最大膨胀变形率为42.1‰;透气性系数由0.00975m2/MPa2·d增大到12.15m2/MPa2·d，增大了1246倍;走向保护角为60°，倾向保护角分别为Φ1=76°，Φ2=83°。上覆卸压的远距离被保护层工作面，采用底板岩巷+网格式上向穿层钻孔、地面钻孔相结合技术进行瓦斯抽采，上被保护13-1煤层最大残余瓦斯压力降为0.5MPa，计算得到残余瓦斯含量为3.2m3/t，被保护范围内煤层最大瓦斯抽采率可达到62.3％。数据表明被保护层的瓦斯压力和含量得到有效降低，突出危险性得到消除，被保护层获得了良好的卸压瓦斯抽采效果。由试验验证结果可以看出所采取的卸压瓦斯抽采技术措施达到了良好的效果。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 问题的引出和研究的意义

1．1．1 问题的引出

1．1．2 研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 保护层开采应用现状

1．2．2 采动裂隙与瓦斯运移规律研究现状

1．2．3 岩层移动卸压瓦斯抽采技术研究现状

1．3 存在的主要问题

1．4 研究的内容及技术路线

1．4．1 研究的内容

1．4．2 技术路线

2 下保护层采动覆岩破坏特征与卸压范围研究

2．1 上覆煤岩层运动破坏形式和裂隙发育规律理论研究

2．1．1 上覆岩层运动和破坏规律理论

2．1．2 保护层开采上覆岩“三带”的形成

2．1．3 不同层间距保护层开采的消突机理

2．2 “三带”高度的理论计算

2．3 保护层保护范围的确定

2．3．1 有效卸压层间距确定

2．3．2 有效卸压保护角的确定

2．4 本章小结

3 采场上覆煤岩体卸压变形数值模拟研究

3．1 RFPA简介

3．2 模型的建立

3．2．1 数值模拟条件

3．2．2 岩层力学参数

3．2．3 数值模拟物理模型

3．3 覆岩采后卸压形态数值模拟过程及结果分析

3．3．1 覆岩垮落及裂隙发育特征分析

3．3．2 保护层开采被保护层变形特性分析

3．4 本章小结

4 远程卸压瓦斯运移规律及抽采技术研究

4．1 瓦斯运移规律研究

4．2 采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律

4．3 远程卸压瓦斯流动规律及汇集特征

4．4 瓦斯运移与瓦斯抽放的布孔原则

4．5 卸压瓦斯抽放方法

4．5．1 卸压瓦斯抽放方法的选择

4．5．2 远程卸压瓦斯抽放方法的选择

4．6 本章总结

5 下保护层开采卸压瓦斯技术现场实践研究

5．1 矿井及实验区概况

5．1．1 矿井概况

5．1．2 工作面概况

5．2 保护层工作面瓦斯涌出量预测

5．2．1 瓦斯来源分析

5．2．2 瓦斯涌出量预测

5．3 远程卸压瓦斯抽放的必要性

5．4 瓦斯抽放方法的选择

5．5 保护层开采技术方案及设计

5．5．1 上风巷顺层孔及老塘埋管瓦斯抽采方法

5．5．2 高抽巷压管瓦斯抽采方法

5．5．3 下顺槽顺层孔瓦斯抽采方法

5．5．4 地面钻孔瓦斯抽采方法

5．6 被保护层卸压瓦斯抽采设计

5．6．1 底板岩巷+网格式上向穿层钻孔抽采法设计

5．6．2 地面钻孔设计

5．7 被保护层卸压瓦斯抽采效果分析

5．7．1 被保护层保护效果考察

5．7．2 被保护层工作面瓦斯抽放率

5．8 区域瓦斯抽放效果验证

5．9 本章总结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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