缓倾斜煤层群采动煤岩破坏及瓦斯运移规律研究

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 1次 | 上传用户:guxleo3322
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我国缓倾斜煤层群是典型煤层赋存特征,研究缓倾斜煤层群采动煤岩破坏及瓦斯运移规律对瓦斯治理具有十分重要的理论意义和实用价值。开滦矿区煤层赋存是典型的缓倾斜煤层群,地质条件复杂,开采煤层多,采空区数量众多,新开采采煤工作面上方往往存在已开采煤层的采空区。高位钻孔、低位埋管抽采是有效解决采空区卸压瓦斯、预防上隅角瓦斯浓度超限的常用技术,也是确保安全回采的关键。因此,论文以开滦矿区缓倾斜煤层群为研究对象,研究缓倾斜煤层群采动覆岩移动破坏规律,得到煤岩层裂隙分布特征、卸压范围及演化规律;根据覆岩垮落沉降规律研究采空区孔隙率分布特征,研究采空区瓦斯运移规律,确定采场裂隙带内瓦斯富集区域,由此优化高位钻孔层位、低位埋管抽采参数,为开滦集团缓倾斜煤层群优化卸压瓦斯抽采系统布置,提高卸压瓦斯抽采效果,提供技术支持。论文采用工程数据综合分析、理论分析、相似模拟实验、数值模拟以及试验地点工业试验的综合研究方法,对缓倾斜近距离煤层群采动煤岩破坏及瓦斯运移规律进行研究,取得以下研究成果:(1)缓倾斜煤层开采围岩采动应力分析。采煤工作面在回采过程中,沿工作面推进方向煤层顶、底板受采动影响,原有应力平衡状态被打破。建立缓倾斜煤层开采顶、底板控制的力学模型,分析了缓倾斜煤层开采顶板、底板控制模式下缓倾斜煤层开采顶板、底板的应力分布特征。通过有限差分数值计算软件FLAC3D的连续体模型,构建不同煤层倾角煤层群模型,研究采动围岩围岩垂直应力、剪应力、位移、塑性区域分布特征。(2)缓倾斜近距离煤层群采动裂隙演化相似模拟试验研究。以开滦矿区唐山矿缓倾斜煤层群为研究对象,选取5#煤层T1452工作面和8、9#煤层Y484工作面建立物理相似模型,研究采空区下部厚煤层开采,采场围岩裂隙场分布情况、覆岩垮落沉降规律。(3)缓倾斜近距离煤层群采空区孔隙率三维分布模拟研究。以开滦矿区唐山矿缓倾斜煤层群为研究对象选取5#煤层T1452工作面和8、9#煤层Y484工作面,以离散元模拟软件UDEC的离散体模型,构建数值模拟模型研究下部煤层工作面回采过程中,采空区围岩垂直应力、覆岩垮落沉降、裂隙场分布。(4)采空区围岩裂隙场中瓦斯运移规律研究。以Y484工作面为研究对象总结分析综放综放工作面瓦斯来源及其涌出特点,根据采动覆岩裂隙带分布特征、裂隙带内瓦斯升浮扩散方向,研究影响采场瓦斯分布的影响因素(煤层倾角、重力因素),进而研究采煤工作面采场围岩裂隙场中的瓦斯运移规律。为综放工作面采空区瓦斯防治提供理论基础。(5)采空区卸压瓦斯抽采优化设计及工程应用。根据试验地点实际情况研究高位钻孔的终孔位置、终孔间距、钻孔在倾向上控制范围、压茬距离等参数。并在现场进行工程应用,检验抽采效果,确定瓦斯富集区域。
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