中厚煤層覆巖采動(dòng)破斷及瓦斯流動(dòng)規(guī)律研究.pdf

1、我國(guó)煤炭生產(chǎn)行業(yè)瓦斯災(zāi)害十分嚴(yán)重,年直接經(jīng)濟(jì)損失約20億元,間接經(jīng)濟(jì)損失100億元以上,如平頂山煤業(yè)集團(tuán)的多次煤與瓦斯突出事故,不僅直接造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,同時(shí)也制約了礦井生產(chǎn)效率的提高。
　　同時(shí),瓦斯又是一種與煤伴生的、不可再生的資源,是一種清潔、高效的能源,其利用不會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物和硫化物等有害物質(zhì)。瓦斯的發(fā)熱量可達(dá)33.5~36.8MJ/m3,1m3瓦斯相當(dāng)于1.3kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。實(shí)施煤炭與瓦斯兩種能源的共

2、同開采,不僅可有效保障煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn),也可提高瓦斯的利用率,實(shí)現(xiàn)煤炭資源的安全高效潔凈開發(fā)。
　　本研究在廣泛的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研工作基礎(chǔ)上,采用理論研究、相似模型、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對(duì)平煤集團(tuán)煤與瓦斯共采模式進(jìn)行了深入研究,并通過(guò)鉆孔成像方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的裂隙場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地驗(yàn)證,最后提出了多煤層開采卸壓瓦斯抽采的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。取得的主要成果如下:
　?、倮弥貞c大學(xué)自主研發(fā)的“含瓦斯煤熱流固耦合三軸伺服滲流試驗(yàn)裝置”、“RLW-20

3、00型微機(jī)控制煤巖三軸流變?cè)囼?yàn)機(jī)”及“可旋轉(zhuǎn)箱式相似模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)”等實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備,進(jìn)行了煤巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究、瓦斯運(yùn)移規(guī)律的試驗(yàn)及煤巖體變形及破斷規(guī)律的相似模型試驗(yàn)。
　?、谕ㄟ^(guò)“微機(jī)控制電液伺服巖石三軸蠕變實(shí)驗(yàn)”及“不同加卸載條件下含瓦斯煤力學(xué)特性試驗(yàn)”,完成了煤層頂?shù)装鍘r石室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn),得到相關(guān)力學(xué)性質(zhì)參數(shù),為后續(xù)的相似模擬及數(shù)值模擬提供依據(jù)。
　?、圩鳛槌h(yuǎn)距離保護(hù)層,己組煤層與戊組煤層相距170多米,相似模型試驗(yàn)

4、結(jié)果表明己組煤的上覆巖體的裂隙區(qū)域達(dá)到140米的高度,距戊組煤30米左右。戊組煤處于己組煤的彎曲下沉帶中。下部己組煤層開采仍然對(duì)上部戊組煤層起到一定的卸壓作用。
　?、芨鶕?jù)蠕變和損傷理論構(gòu)建了蠕變損傷本構(gòu)模型,并對(duì)FLAC3D進(jìn)行了二次開發(fā),基于該模型破斷煤巖體的蠕變損傷機(jī)理進(jìn)行了理論研究
　　⑤通過(guò)UDEC、FLAC3D建模分析了多煤層開采覆巖卸壓及裂隙場(chǎng)演化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用UDEC離散元軟件和COMSOL Multi

5、physics多物理場(chǎng)耦合系統(tǒng),得出瓦斯的固氣耦合流動(dòng)規(guī)律。
　?、薏捎肅XK6礦用本安型鉆孔成像儀對(duì)戊組煤瓦斯專巷現(xiàn)場(chǎng)布置的鉆孔進(jìn)行測(cè)試,結(jié)合UDEC數(shù)值分析軟件得出了采動(dòng)影響下己組煤上覆巖體采動(dòng)裂隙的演化規(guī)律。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、相似模型及數(shù)值模擬的研究成果,建立了煤巖體破斷規(guī)律及瓦斯運(yùn)移模型。
　　⑦采用“遠(yuǎn)程頂板瓦斯抽采專用巷道下向鉆孔法”、“頂板走向鉆孔法”及“本層機(jī)風(fēng)巷瓦斯預(yù)抽”相結(jié)合的方法,對(duì)原己組煤的瓦斯抽采方式進(jìn)