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(xué)開采模式。然而，煤層的開采擾動使得布置于留巷側(cè)向頂板內(nèi)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(shù)的關(guān)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(yīng)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(cè)向頂板層間剪切滑移及采動應(yīng)力分布特征，并結(jié)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(jié)形成了三種無煤柱煤與瓦斯共采實施模式及關(guān)鍵技術(shù)，主要結(jié)論如下：
　?。?）建立了原巖應(yīng)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(gòu)建了套管擠壓及剪切破壞力學(xué)模型，提出了相應(yīng)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；
　?。?）采用相似模擬方法研究了留巷側(cè)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(yīng)，得出了側(cè)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(cè)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(gòu)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(yīng)力、巖層移動及滲透率分布規(guī)律，并結(jié)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(fēng)巷傾向鉆孔”共采模式，并總結(jié)形成了無煤柱煤與瓦斯共采的關(guān)鍵技術(shù)體系；
　?。?）結(jié)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(fēng)巷傾向鉆孔”共采案例給出了工程驗證。