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1、地面井瓦斯抽采具有地面施工與井下采掘活動(dòng)互不干擾,利用采動(dòng)卸壓作用提高煤層透氣性,連續(xù)進(jìn)行采前預(yù)抽、采動(dòng)抽采和采空區(qū)抽采,地面抽采周期長(zhǎng)、施工作業(yè)安全性好等顯著特點(diǎn),但受煤炭開采采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)所產(chǎn)生的剪切、擠壓、離層拉伸等作用對(duì)地面瓦斯抽采鉆井的穩(wěn)定性和井身結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響,往往導(dǎo)致地面井套管的錯(cuò)斷、破裂和變形失效。因此,研究采動(dòng)影響下地面瓦斯抽采井變形破壞時(shí)空規(guī)律及其在典型礦區(qū)的試驗(yàn)應(yīng)用,具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。
本文以
2、采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)和地表沉降規(guī)律為基礎(chǔ),通過基礎(chǔ)理論、數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)案例剖析與驗(yàn)證,分析地面井套管變形破壞形式,采用極限分析方法系統(tǒng)研究地面井變形破壞規(guī)律、主控因素的作用機(jī)制及時(shí)空效應(yīng),為地面井的工程布井、鉆井井型結(jié)構(gòu)及其安全設(shè)計(jì)、套管局部防護(hù)提供了理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。論文的主要研究成果包括:
(1)詳細(xì)總結(jié)了采場(chǎng)上覆巖層的移動(dòng)和地表沉降規(guī)律,分析了地面井套管的層間滑移剪切、徑向擠壓和離開層拉伸的三種破壞形式;引入極限分析原理,
3、采用安全系數(shù)法建立了基于復(fù)合等效巖梁理論的拉剪綜合破壞理論模型。
(2)通過對(duì)上覆巖層移動(dòng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)分析,研究了基于組合巖層劃分的地面井在采場(chǎng)水平、垂向方向的空間分布規(guī)律,提出了覆巖移動(dòng)對(duì)地面井安全性影響的時(shí)間遲滯系數(shù)C,建立了基于地面井隨回采工作面推進(jìn)速度和地表沉降速率的時(shí)間變化規(guī)律。
(3)分析了地面井變形破壞的影響因素,研究提出了工作面尺寸、采高、采深、工作面推進(jìn)速度、采場(chǎng)頂板管理方法等回采工藝和表土層厚度、
4、煤巖層傾角、斷層和陷落柱等地質(zhì)條件為造成地面井變形破壞的主控因素,研究得出了主控因素的作用機(jī)制及其時(shí)空效應(yīng),給出了地面井就開破壞的解析計(jì)算式和數(shù)值分析方法。
(4)深入分析了單一煤層大采高開采條件下的晉城礦區(qū)、厚表土層深埋煤層群保護(hù)層開采條件下的淮南礦區(qū)和淺埋多主采煤層重復(fù)卸壓煤層群開采條件下的寧煤礦區(qū)等三個(gè)典型礦區(qū)的地面井變形破壞時(shí)空規(guī)律及主控因素,提出了三個(gè)典型礦區(qū)地面瓦斯抽采井安全防護(hù)措施。
(5)研究提出了采
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