论文部分内容阅读
近距离上覆煤层开采过程中,下伏煤层应力重新分布,因发生破碎和断裂而产生大量裂隙孔隙。大量解吸瓦斯随着漏风流涌入采空区,对上覆煤层开采构成威胁。本文以贺西煤矿3311工作面地质条件为背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场试验等研究手段,研究采动围岩应力分布演化过程、不同通风方式及抽采方法下瓦斯浓度及流场分布规律,并将Y型通风方式应用于工程实践,结合瓦斯治理效果详细分析,为相似地质条件煤层开采提供参考。贺西煤矿上覆煤层开采工作面(采高2m)推进过程中,通过数值模拟得到邻近煤岩体的垂直应力的变化情况。上覆煤层开采后,底板应力分布呈现压缩—卸压膨胀—恢复的规律,并且随着工作面向前推进而循环出现。下伏煤层支撑应力近似呈M型分布,上覆煤层开采范围达到200m时,卸压范围约为120m,最大垂直应力达到33MPa,卸压区垂直应力为1MPa,最佳卸压区域在上覆煤层采空区下部。下伏煤层最大相对膨胀变形量为7.6‰,平均相对膨胀变形量为4.3‰。根据贺西煤矿地质条件,针对不同通风方式模拟获得瓦斯分布及流场情况,得出U+高抽巷型通风和Y型通风为合理的通风方式。依据工作面接替情况和地质条件决定选用Y型通风方式。研究得出Y型通风在沿工作面倾向上,瓦斯浓度先升高后降低,最高0.5%左右,瓦斯浓度最高处在沿空留巷尾端,浓度为0.55%。高瓦斯区域主要集中在采空区深部,距工作面100m以内采空瓦斯浓度维持在20%以下。针对3311工作面Y型通风的实际情况设计瓦斯抽采系统。综合采用本煤层、邻近层、裂隙带和采空区预埋管相结合的方法抽采瓦斯。通过综合抽采后,工作面回风浓度及沿空留巷内的瓦斯浓度,控制在0.2%-0.7%之间。工作面抽放率变化大致在30%-70%之间,平均抽放率为55%。工作面最大风排瓦斯量达14m3/min,后期风排瓦斯量逐渐减少,始终高于4m3/min。3311工作面开采过程中,瓦斯抽采量为814.5万m3,其中运巷管路和材巷管路内的瓦斯浓度较为稳定,大致在6%-10%之间,采空区埋管抽采的浓度为3%左右,裂隙带管路抽采浓度在4%-10%之间。下伏4煤层的瓦斯含量由7.95m3/t降至2.3m3/t、瓦斯压力由0.79MPa降至0.21MPa。回风流及工作面瓦斯浓度始终符合安全规定,可以保证安全开采。