论文部分内容阅读
立井揭穿具有煤与瓦斯突出危险性的煤层是当今立井施工中的一项重大安全技术问题。随着煤矿开采深度每年不断的增加,立井揭穿具有煤与瓦斯突出危险性煤层的危险性也在不断增大,严重制约着矿井的安全高效生产。本文采用理论分析、数值模拟分析和工程试验相结合的方法,系统的研究了立井揭含瓦斯煤岩力学分布特征及防突技术。首先,基于含瓦斯煤有效应力原理,通过合理的假设和简化,构建了含瓦斯煤气固耦合方程。然后,将气固耦合方程组嵌入COMSOL Multiphysics软件,分析了不同井筒开挖直径、不同瓦斯压力和不同安全岩柱厚度条件下立井揭煤过程中工作面周围煤岩体的应力分布规律和立井掘进过程中待揭煤层的渗流特性。最后根据立井掘进工作面周围煤岩体应力分布特点,设计采用扇形密集抽采钻孔抽采待揭煤层瓦斯,取得了很好的防突效果。数值模拟结果表明:不同井筒开挖直径、不同瓦斯压力和不同安全岩柱厚度条件下立井工作面周围煤岩体的应力分布规律相似,都存在着应力集中区,卸压区和原岩应力区。在井筒四周存在应力集中区,应力集中区的存在是因为立井开挖过程中,此处煤岩体的原始三向应力平衡状态变成二向荷载,应力发生重新分布。在工作面前(下)方是“漏斗”形采动卸压区,中心为最大卸压区。井同开挖直径越大、预留安全岩柱厚度越小,应力集中区的范围和峰值越大,卸压区的范围也越大。含瓦斯煤的孔隙瓦斯压力越大,煤体的有效应力越低,煤体的强度降低幅度越大。随着瓦斯压力的不断增大,工作面周围煤岩体塑性变形破坏区域不断增大,越容易发生煤与瓦斯突出。采用主动测压的方法,仅需两天时间左右即测得11-2煤层瓦斯压力1.22MPa,判断为煤与瓦斯突出煤层。根据潘三矿深部进风井揭11-2煤工作面应力分布特点,通过采用扇形密集抽采钻孔连续抽采煤层瓦斯28天,累计抽采瓦斯量15951m3,煤层瓦斯预抽率高达57.7%,11-2煤组评价区域内残余瓦斯压力最大值0.32MPa,残余瓦斯含量最大值2.85m3/t。有效的降低了煤层的瓦斯压力和瓦斯含量,在立井井筒四周构成了一定范围的阻止煤与瓦斯突出发生的安全区域,防突效果显著。