基于覆岩采动裂隙发育规律的高位抽采钻孔布置研究

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瓦斯作为煤炭的伴生资源,在矿井回采过程中,受采动影响覆岩裂隙形成与扩展,瓦斯经裂隙流向上隅角与回风巷,引起矿井瓦斯超限,制约矿井安全高效开采。本论文采用相似模拟实验、FLAC3D数值计算、理论分析及现场工程验证等方法,对中南凹煤矿20102工作面采动影响下覆岩裂隙发育规律及卸压瓦斯的流通进行了较为系统的研究,确定高位钻孔卸压瓦斯抽采布置方案,研究结果表明:回采期间,预测工作面相对瓦斯涌出量为11.76m3/t,绝对瓦斯涌出量为22.87m3/min,矿井风排不能解决瓦斯问题,必须建立瓦斯抽采系统,宜采用高位钻孔抽采瓦斯,解决回采过程中上隅角与回风巷瓦斯超限问题。工作面初次来压步距为46m,周期来压步距14-22m,平均为17.33mm,综合抽采效果确定钻场步距为21m。通过支承压力分析,工作面与采空区相接部位为应力降低区(宽度为16-22m),裂隙带沿该区域向上呈拱形分布,是瓦斯抽采的重点区域,综合钻孔布置高度确定终孔位置距回风巷39m。工作面回采过程中,距2#煤层45m范围内,为裂隙高度发育位置,同时也是瓦斯抽采的重点区域,综合覆岩三带高度(冒落带距2#煤层16-20m;裂隙带距2#煤层68-78m;弯曲下沉带达到地表)、裂隙发育区域及钻孔施工要求确定终孔位置距2#煤层25-30m。分析实验钻孔抽采效果及钻孔抽采流场,确定钻孔直径为153mm,孔间距为2m;通过钻孔窥视观测顶板裂隙发育,确定套管加固长度垂直方向距2#煤层7m。基于钻孔布置参数,分析瓦斯抽采效果可知:未进行瓦斯抽采时,上隅角瓦斯最大浓度为1.41%,平均浓度为1.1%,回风巷瓦斯最大浓度为1.1%,平均0.95%;瓦斯抽采过程中,上隅角瓦斯浓度最大为0.76%,平均为0.57%,回风巷瓦斯浓度最大为0.78%,平均为0.63%。瓦斯抽采效果显著,降低了上隅角、回风巷瓦斯浓度,保证矿井安全高效开采。
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