無煤柱煤與瓦斯共采中抽采鉆孔采動破壞機理研究.pdf

1、無煤柱煤與瓦斯共采是低透氣性高瓦斯煤層群安全高效開采的科學開采模式。然而，煤層的開采擾動使得布置于留巷側向頂板內的瓦斯抽采鉆孔易于發(fā)生變形和破壞，不能充分發(fā)揮其抽采效能。如何確保和實現(xiàn)鉆孔在工作面推進過程中的穩(wěn)定性已成為無煤柱煤與瓦斯共采技術的關鍵問題之一。
　　本文采用物理模擬、理論分析和數(shù)值模擬等綜合研究手段，首先以鉆孔圍巖小環(huán)境為研究對象，分析了鉆孔擠壓和剪切變形破壞機理，提出了相應的失穩(wěn)判據(jù)；再以采動圍巖大環(huán)境為研究對象，

2、研究了留巷側向頂板層間剪切滑移及采動應力分布特征，并結合前面提出的鉆孔破壞判據(jù)，得出了鉆孔破壞的時空演化規(guī)律，總結形成了三種無煤柱煤與瓦斯共采實施模式及關鍵技術，主要結論如下：
　　（1）建立了原巖應力狀態(tài)下鉆孔自穩(wěn)評價模型，指出鉆孔自穩(wěn)存在一個臨界深度，當采深小于該臨界深度時，鉆孔可以自穩(wěn)，當采深大于該臨界深度時，需安裝套管以維持鉆孔穩(wěn)定。構建了套管擠壓及剪切破壞力學模型，提出了相應的破壞判據(jù)，并采用FLAC3D分析了套管在擠壓

3、和剪切作用下的變形破壞規(guī)律及影響因素，驗證了所提出的理論模型；
　　（2）采用相似模擬方法研究了留巷側向頂板的位移分布特征，基于概率積分法，考慮留巷減跨效應，得出了側向頂板巖層層間剪切滑移計算公式，分析了采高、采深、充填墻體側頂板下沉量的影響；
　?。?）提出了多維耦合數(shù)值模擬分析方法，基于雙屈服本構模型實現(xiàn)了采空區(qū)的動態(tài)模擬，獲得了卸壓開采采動應力、巖層移動及滲透率分布規(guī)律，并結合前述提出的鉆孔破壞判據(jù)，揭示了鉆孔變形破壞

4、的時空演化規(guī)律，闡明了鉆孔穩(wěn)定性控制原理；
　?。?）根據(jù)沿空留巷圍巖變形程度，提出了三種無煤柱煤與瓦斯共采實施模式：“留巷+滯后工作面傾向鉆孔”、“留巷+超前工作面傾向鉆孔”以及“留巷+高位回風巷傾向鉆孔”共采模式，并總結形成了無煤柱煤與瓦斯共采的關鍵技術體系；
　　（5）結合淮南礦區(qū)朱集礦1111（1）工作面“留巷+超前工作面傾向鉆孔”和1112（1）工作面“留巷+高位回風巷傾向鉆孔”共采案例給出了工程驗證。