基于覆岩采动裂隙发育规律的高位抽采钻孔定位及封孔技术研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luo_yu
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瓦斯是煤在地质运动演化过程中形成的,是根据数千万年乃至数亿年间复杂的演化作用而产生的存储在煤层以及围岩里的地质气体。煤炭开采和瓦斯涌出相伴而生,如何有效地控制瓦斯成为煤矿安全保障的重要方向之一。瓦斯抽采技术是治理矿井瓦斯危害的重要手段和措施,通过系统研究煤矿采动裂隙发育过程,以便于确定高位钻孔的布置层位进而才能进行瓦斯的高效抽采。论文首先对安顺煤矿9305工作面的瓦斯基础物性参数进行了测点研究,完成了煤层瓦斯含量、瓦斯放散初速度,煤岩孔隙率,瓦斯吸附常数,煤层透气性系数,煤岩体的瓦斯渗透率测试工作。开发了覆岩动态二维开采沉陷预计模型,并确定了相关覆岩动态沉陷参数。通过对9305工作面覆岩下沉与水平位移进行了动态理论计算,覆岩点的下沉与水平移动基本经历了从开始到加速,再减速最后停止的动态过程。地面立孔布置位移计的实测方法,在工作面对应上部距离地面104m范围之内进行了连续观测,验证了所建立模型的正确性。通过理论推导建立了孔隙率、全应变及采动渗透率变化之间的数值关系,开发了“孔隙率-全应变-渗透率”数学模型,并使用此模型对9305工作面的覆岩渗透率进行了计算,结果表明:采动影响下覆岩点则经过了由原始状态向受拉膨胀状态,再向受压收缩状态转变并逐渐趋于稳定的变形过程;同时覆岩中的裂隙也经过了从逐渐发育到逐渐闭合的动态过程;随着工作面的推进,其后方覆岩中的高拉伸膨胀区和压缩区处于不断交替变化的状态;通过渗透率及孔隙率的采动影响演化分析,综合确定9305工作面覆岩中瓦斯可能积聚的区域在工作面深入采空区方向8m-45m处,垂高在32.16m—56.84m处的变形覆岩。为了治理9305工作面上隅角的瓦斯超限问题,提出在前述最佳瓦斯聚集区域内实施高位钻孔进行瓦斯抽采,本文在封孔的工艺上提出研发了恒压囊袋式封孔装置,配合非凝固浆液进行封孔作业,结果表明:试验孔中的瓦斯浓度在观察期内始终保持在10%以上的浓度提升效果,相比之前的技术瓦斯抽采钻孔提浓度效果明显,验证抽采层位确定的准确性和新封孔工艺装置的有效作用,为安顺煤矿9305工作面的瓦斯治理工作打下坚实基础。
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