急傾斜突出煤層群煤與瓦斯共采理論及應(yīng)用.pdf

1、急傾斜突出煤層群開采由于其傾角較大，帶來了“三小五大”問題，即井型小、礦山壓力小、回采率小和瓦斯防治難度大、巷道掘進(jìn)率大、傾斜上向影響范圍大、噸煤消耗大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等。如何進(jìn)行這類煤層的煤與瓦斯共采，是一個(gè)技術(shù)難題。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，在開采此類煤層時(shí)首先必須解決開采前后的瓦斯問題，再進(jìn)行煤層開采，這是對(duì)單一突出煤層開采的要求;對(duì)于煤層群開采還需進(jìn)行采后鄰近層瓦斯的治理;瓦斯作為一種清潔能源，不能單純進(jìn)行抽放治理，必

2、須積極進(jìn)行瓦斯的抽采利用。為此，在“急傾斜突出煤層群煤與瓦斯共采”課題中，通過實(shí)驗(yàn)研究、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)急傾斜突出煤層群的礦山壓力及其對(duì)瓦斯影響，瓦斯卸壓消突理論，煤與瓦斯共采的協(xié)同開采方法，保護(hù)層選擇及開采過程中的瓦斯運(yùn)移規(guī)律與治理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了一系列成果，確保了急傾斜突出煤層群煤與瓦斯共采過程中的高產(chǎn)、高效、安全。
　　1)瓦斯卸壓消突理論研究。突出煤層透氣性系數(shù)低，但若煤層松動(dòng)，其透氣性系數(shù)會(huì)成

3、百倍的增大，使瓦斯壓力降低和瓦斯流量增大，降低甚至消除了煤與瓦斯突出。根據(jù)瓦斯運(yùn)移與圍巖破碎規(guī)律，提出了“切-抽-掘-采”的瓦斯卸壓消突理論:在突出煤層開采前先進(jìn)行煤層切割，使煤層開裂松動(dòng)，促進(jìn)煤層瓦斯由吸附態(tài)向流離態(tài)的轉(zhuǎn)變，再進(jìn)行瓦斯抽采，使未開采突出煤層瓦斯在巷道施工前卸壓消突;在巷道掘進(jìn)和煤層開采過程中，利用礦山壓力重新分布規(guī)律，使保護(hù)層開采范圍的被保護(hù)層瓦斯應(yīng)力得到釋放，促進(jìn)高位瓦斯抽采，實(shí)現(xiàn)突出煤層開采過程和開采后的卸壓消突。

4、
　　2)瓦斯運(yùn)移理論研究。對(duì)煤巖體孔隙、裂隙在瓦斯運(yùn)移過程中作用進(jìn)行細(xì)觀分析，提出了考慮裂隙作用的裂隙煤巖體流固耦合模型，建立其本構(gòu)關(guān)系，并進(jìn)行了裂隙煤巖體的固流耦合實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在有貫通裂隙的煤巖體中，瓦斯運(yùn)移較快;孔隙煤巖體瓦斯運(yùn)移滯后于裂隙煤巖體瓦斯運(yùn)移的;揭示了孔隙單元有效體積應(yīng)力、裂隙單元有效法向應(yīng)力隨滲流發(fā)展的時(shí)效演化規(guī)律。
　　3)急傾斜突出煤層群開采中煤層頂板冒落帶與裂隙帶理論研究。
　　基于卸壓理

5、論，進(jìn)行了回采工作面豎向“三帶”的實(shí)測(cè)和模擬。采用注水法測(cè)試了回采工作面冒落帶和裂隙帶的高度，冒落帶高度為回采工作面采高的4～8倍，裂隙帶高度為回采工作面采高的6～10倍;冒落帶和裂隙帶均有向工作面回風(fēng)巷上方偏移的趨勢(shì)。急傾斜煤層群的垂直“三帶”有別于緩傾斜煤層，為急傾斜突出煤層群開采提供了一個(gè)理論依據(jù)。
　　4)新的回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法研究?；谖创_知測(cè)度理論，建立了回采工作面瓦斯涌出量的均值屬性測(cè)度聚類預(yù)測(cè)模型。模型以

6、樣本均值為聚類中心，以熵權(quán)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)度的權(quán)重，通過計(jì)算樣本熵權(quán)綜合測(cè)度與所屬類別目標(biāo)均值乘積之和獲得瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)值。實(shí)例分析表明，模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的誤差較小，建模過程簡(jiǎn)單，便于實(shí)際工程應(yīng)用。
　　5)急傾斜突出煤層群保護(hù)層開采技術(shù)研究。急傾斜突出煤層群煤的開采首先是保護(hù)層的開采。以蛇形山煤礦為例，通過理論分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選取下保護(hù)層進(jìn)行開采?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值分析結(jié)果表明，下保護(hù)層開采后采場(chǎng)上部開采移動(dòng)角減小，采場(chǎng)下部

7、開采移動(dòng)角增大，采場(chǎng)沿走向左右邊界開采移動(dòng)角分別減少，為礦井今后保護(hù)層開采提供了理論依據(jù)。
　　6)煤與瓦斯共采的協(xié)同開采理論研究。在高位巷抽采瓦斯研究的基礎(chǔ)上，首次提出了高位鉆孔群煤與瓦斯協(xié)同開采理論與技術(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。研究表明，該技術(shù)施工簡(jiǎn)單、快捷、易于掌握，且抽采的瓦斯?jié)舛群屯咚辜兞康染玫斤@著的提高，既解決了保護(hù)層工作面回采過程中瓦斯超限問題，又為工作面采后被保護(hù)層瓦斯抽采提供新的思路。
　　7)保護(hù)層開采時(shí)被