急傾斜突出煤層群煤與瓦斯共采理論及應用.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、巷道掘進率大、傾斜上向影響范圍大、噸煤消耗大、工人勞動強度大等。如何進行這類煤層的煤與瓦斯共采，是一個技術難題。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，在開采此類煤層時首先必須解決開采前后的瓦斯問題，再進行煤層開采，這是對單一突出煤層開采的要求;對于煤層群開采還需進行采后鄰近層瓦斯的治理;瓦斯作為一種清潔能源，不能單純進行抽放治理，必

2、須積極進行瓦斯的抽采利用。為此，在“急傾斜突出煤層群煤與瓦斯共采”課題中，通過實驗研究、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場測試，對急傾斜突出煤層群的礦山壓力及其對瓦斯影響，瓦斯卸壓消突理論，煤與瓦斯共采的協(xié)同開采方法，保護層選擇及開采過程中的瓦斯運移規(guī)律與治理技術進行了系統(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，其透氣性系數(shù)會成

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行煤層切割，使煤層開裂松動，促進煤層瓦斯由吸附態(tài)向流離態(tài)的轉變，再進行瓦斯抽采，使未開采突出煤層瓦斯在巷道施工前卸壓消突;在巷道掘進和煤層開采過程中，利用礦山壓力重新分布規(guī)律，使保護層開采范圍的被保護層瓦斯應力得到釋放，促進高位瓦斯抽采，實現(xiàn)突出煤層開采過程和開采后的卸壓消突。

4、
　　2)瓦斯運移理論研究。對煤巖體孔隙、裂隙在瓦斯運移過程中作用進行細觀分析，提出了考慮裂隙作用的裂隙煤巖體流固耦合模型，建立其本構關系，并進行了裂隙煤巖體的固流耦合實驗，結果表明，在有貫通裂隙的煤巖體中，瓦斯運移較快;孔隙煤巖體瓦斯運移滯后于裂隙煤巖體瓦斯運移的;揭示了孔隙單元有效體積應力、裂隙單元有效法向應力隨滲流發(fā)展的時效演化規(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，進行了回采工作面豎向“三帶”的實測和模擬。采用注水法測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巷上方偏移的趨勢。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理論依據(jù)。
　　4)新的回采工作面瓦斯涌出量預測方法研究?；谖创_知測度理論，建立了回采工作面瓦斯涌出量的均值屬性測度聚類預測模型。模型以

6、樣本均值為聚類中心，以熵權確定評價指標測度的權重，通過計算樣本熵權綜合測度與所屬類別目標均值乘積之和獲得瓦斯涌出量的預測值。實例分析表明，模型的預測值與實測值的誤差較小，建模過程簡單，便于實際工程應用。
　　5)急傾斜突出煤層群保護層開采技術研究。急傾斜突出煤層群煤的開采首先是保護層的開采。以蛇形山煤礦為例，通過理論分析和技術經(jīng)濟比較，選取下保護層進行開采?，F(xiàn)場實測和數(shù)值分析結果表明，下保護層開采后采場上部開采移動角減小，采場下部

7、開采移動角增大，采場沿走向左右邊界開采移動角分別減少，為礦井今后保護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，并進行了現(xiàn)場實驗。研究表明，該技術施工簡單、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層瓦斯抽采提供新的思路。
　　7)保護層開采時被