“三軟”煤層采動裂隙場與瓦斯流場研究.pdf

1、隨著機(jī)械化采掘工藝的推廣應(yīng)用，在高效的現(xiàn)代綜合機(jī)械化采煤工藝在提高產(chǎn)量和推進(jìn)速度的同時，礦井瓦斯涌出嚴(yán)重制約了礦井高產(chǎn)、快速采煤，很大程度上制約了中國煤炭工業(yè)的發(fā)展。為解決“三軟”煤層工程背景下采場瓦斯涌出，研究“三軟”煤層采動裂隙場、瓦斯流動場規(guī)律，是卸壓瓦斯治理充足的理論依據(jù)。
　　本文通過對主采煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行了測定，煤層瓦斯流量衰減系數(shù)為β=0.2269296，遠(yuǎn)大于難以抽放臨界值0.05(0.003～0.05d-1)

2、，試驗礦井5＃煤層屬瓦斯難抽放煤層；試驗工作面煤層瓦斯放散初速度在7.05～11.O之間，臨界值10.0在此區(qū)間之內(nèi)；煤體孔隙率為11.63；煤層堅固性系數(shù)為0.5411；煤層平均瓦斯含量為3.0678m3/t，采用分源預(yù)測法預(yù)測得工作面相對瓦斯涌出量為2.288m3/t，工作面按日產(chǎn)量按7000t/d計算，則工作面絕對瓦斯涌出量為11.122m3/min。
　　采用物理相似模擬實驗和UDEC數(shù)值模擬，分析了煤層開采后采場覆巖破斷

3、規(guī)律、裂隙產(chǎn)生的發(fā)展、時空演化規(guī)律和分布形態(tài)以及卸壓范圍與特征。采場巖石垮落結(jié)果及巖層垮落位移云圖表明：工作面周期來壓平均步距為8m，在工作面采場發(fā)生第七次周期來壓后，主關(guān)鍵層破斷，裂隙閉合，地表下沉形成盆地，采空區(qū)被逐漸完全壓實，采空區(qū)覆巖在采動過程中基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。距離煤層底板17～29m破斷穿層裂隙較為發(fā)育，離層裂隙范圍在110m以下，在95～110m范圍內(nèi)，形成離層的覆巖僅發(fā)生彎曲下沉，未發(fā)生斷裂破壞。工作面冒落帶最大高度為8

4、～16m，裂隙帶高度為45～65m，冒落帶區(qū)域內(nèi)巖體塊狀破碎充分，穿層裂隙發(fā)育。
　　根據(jù)工程概況，結(jié)合物理相似模擬實驗和UDEC數(shù)值模擬結(jié)果，在模型假設(shè)基礎(chǔ)上建立了基于覆巖運(yùn)移規(guī)律的三維梯形ANSYS FLUENT物理模型，通過對模型邊界條件進(jìn)行設(shè)定，對采場不采取任何措施時進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，采場最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)到53.10％。通過對高位鉆孔直徑分別0.073m、0.089m、0.094m、0.113m和O.153m時，結(jié)合不同高位抽采

5、直徑下采場最大瓦斯?jié)舛扰c鉆孔直徑關(guān)系圖可以看出圖中采場瓦斯最大濃度與鉆孔直徑基本呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.9115。在鉆孔直徑為0.153m時，通過對高位鉆孔抽采負(fù)壓分別為10kpa、15kpa、20kpa、25kpa和30kpa時，采場瓦斯運(yùn)移進(jìn)行數(shù)值解算，當(dāng)抽采負(fù)壓為30kpa時，采場最大瓦斯?jié)舛葹?4.06%，從云圖中可以看出瓦斯抽采效果非常顯著，上隅角處瓦斯明顯處于控制之中。
　　工作面現(xiàn)場回風(fēng)巷己布置高位鉆場12個，高位鉆