高瓦斯煤层群首采面卸压瓦斯富集规律及高效抽采技术研究
Study on Migration Law of Gas with Pressure Relief and Technology of Efficient Gas Drainage in the First-mined Face during High Gas Coal Seams Group
我国煤矿大多为高瓦斯煤层群赋存条件,特征为"三高一低",80%以上重大恶性事故与瓦斯有关,目前瓦斯治理仍是世界性难题.4.2m大采高上、下向扰动卸压范围更大,邻近层瓦斯大量涌入工作面,瓦斯控制难度大,利用首采层开采卸压增透机理,可实现邻近煤层瓦斯的高效卸压抽采.本文针对我国西部地区高瓦斯近距离煤层群4.2m大采高回采条件,研究了上覆岩层裂隙演化与卸压瓦斯富集规律,并以此为依据,首次提出了采用大直径(Φ=250mm)倾向钻孔群替代倾向高抽巷抽采裂隙带卸压瓦斯,实现了高瓦斯煤层群首采面瓦斯的综合治理,保证了工作面的安全高效回采.基于山西沙曲矿24207工作面煤层赋存特点及地质条件,建立了4.2m大采高煤层开采FLAC3D三维力学模型,通过模拟,综合分析了煤层采动后的覆岩移动破坏规律、应力重新分配规律、卸压特征及卸压范围、裂隙时空演化规律,最后得到采动覆岩的三维裂隙分布形态与卸压瓦斯运移富集规律.模拟结果表明,在采前50m,项板以上1-5倍采高处属于应力增大区;顶板覆岩10倍采高以下,在采后50m范围内属于应力释放区即充分卸压区;应力恢复区在采后150-200m范围内.采后100m左右和采空区顶板到顶板以上10倍采高处属于覆岩卸压影响范围.采空区项板以上7-10倍采高处属于裂隙带,5倍采高以下属于煤岩破碎冒落带,而裂隙带中三种裂隙即横向离层裂隙、纵向破断穿层裂隙和环形分布的错断裂隙,成为瓦斯运移的良好通道和暂储空间,且裂隙相互导通是瓦斯集中富集区.基于模拟分析结果,首次提出了大直径钻孔群替代倾向高抽巷抽采卸压瓦斯技术,通过抽采效果分析验证了上述研究结果.整个工作面回采期间,总瓦斯涌出量在20.76-78.52m3/min,平均达42.35m3/min,风排瓦斯量平均为11.53m3/min;实施大直径钻孔群并配合常规瓦斯综合治理措施后,工作面瓦斯抽采总量在9.14~66.51m3/min,平均为30.81m3/min;其中,倾向高抽巷抽采瓦斯纯量6.18m3/min,大直径钻孔群总瓦斯抽采纯量平均12.13m3/min,最高达33.14m3/min,大直径钻孔群总管路瓦斯抽采量平均为16.02m3/min,占抽采总量的51.45%,即大直径钻孔可替代倾向高抽巷实现卸压瓦斯的高效抽采;工作面回采期间,工作面瓦斯平均抽采率为71.20%,工作面回风流瓦斯浓度控制在0.6%以下,保证了工作面的安全高效回采.
- 作者：
- 张德万
- 学位授予单位：
- 安徽建筑工业学院
- 专业名称：
- 结构工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 肖峻峰
- 中图分类号：
- TD712.6
- 关键词：
- 高瓦斯煤层群；FLAC3D；裂隙发育；大直径钻孔；高效抽采
- high gas coal seams group； FLAC3D； cracks development； large diameterborehole； efficient gas drainage