采动条件下工作面瓦斯富集区域的导向控制技术研究

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随着矿井生产水平的不断延伸和采掘机械化程度的提高,深部开采面临越来越大的瓦斯威胁,矿井瓦斯排放量也在迅速升高,严重污染了大气环境。结合我国煤层的现实情况,采动条件下抽取瓦斯富集区的瓦斯是经济的和有效的。瓦斯抽放的关键点和难点就是准确判定采动条件下瓦斯富集区域,以及瓦斯富集区域的导向控制。  本文对采动条件下工作面瓦斯富集区域的导向控制技术进行了较为深入的研究。  进行了基于弹性薄板小挠度理论的关键层判定方法研究,分析讨论了顶板岩层初次来压时的断裂步距、破断载荷以及周期来压时的断裂步距、破断载荷;进行了瓦斯富集区域卸压指标的理论研究,分析了上覆岩层运动过程中的自身变形和裂纹变形,通过煤岩层卸压临界值的判定,结合关键层判定理论的研究,得到了瓦斯富集区域的判定指标;根据岩石的应变—渗透率耦合曲线,得到了煤岩体渗透率与应变的关系;通过建立煤岩体裂隙模拟系统,得到了基于椭圆裂隙模型的煤岩体渗透率表达式;用K-λ法,得到了煤层透气性系数与渗透率的关系;用数值模拟的方法对理论研究结果进行了验证。  分析了采动裂隙场中的瓦斯运移规律,采动裂隙场中的瓦斯满足升浮现象的两个条件,含瓦斯浮伞流的高度受瓦斯涌出源强度和瓦斯的原始浓度影响;采动裂隙场中的瓦斯浓度随高度的增加而增大,可以用纯扩散来表示瓦斯气体的扩散作用;根据采动裂隙场的理论研究结合瓦斯运移规律的研究结果,瓦斯导向控制技术主要包括采空区埋管抽放、动压区浅孔抽放、高位钻孔抽放。即根据瓦斯在采动裂隙场中的流动规律,结合瓦斯富集区域划分,进行定向的瓦斯控制,改变瓦斯的流动状态或者分布区域,达到控制瓦斯涌出、防治瓦斯超限的目的。在孔庄煤矿7433工作面进行了工程应用,并分析了各控制技术的实际效果。
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