覆岩采动裂隙分布特征的研究

本文应用模型实验，图像分析，离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究。揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙分布的两阶段特征与“Ｏ”形圈特征，建立了卸压瓦斯的“Ｏ”形圈抽放理论，并将其应用于淮北矿区卸压瓦斯的抽放，取得了显著效果。     

覆岩采动裂隙分布特征的研究

本文应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法，对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究。揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙分布的两阶段特征与“○”形圈特征，建立了卸压瓦斯的“○”形圈抽放理论，并将其应用于淮北矿区卸压瓦斯的抽放，取得了显著效果。     

覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究

为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究,得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙分形维数随煤层倾角变化的演化规律,进而建立了靶向区演化煤层倾角效应模型。结果表明：破断裂隙宽度呈现采空区两侧边界区域大于中部,低层位大于高层位的分布特征,同时破断裂隙宽度受铰接梁影响较强,随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°),在第1层铰接梁所在层位上部邻近区域破断裂隙宽度相比下部邻近区域大幅度减小,仅有下部邻近区域的52.8%,64.3%以及71.1%;瓦斯运移优势通道带内离层裂隙面积占比呈现底部最大,顶部次之,中部最小的分布规律;上覆岩层裂隙分形维数整体呈现先减小后增大的现象;基于第1层铰接梁与裂隙分形维数极小值点所在层位两侧裂隙演化规律差异明显,将瓦斯运移优势通道带按空间层位上的高低依次划分为低层位靶向区、中层位靶向区和高层位靶向区。最后,基于采动裂隙椭抛带理论,在工作面侧瓦斯运移优势通道带基础上,建立了考虑煤层倾角因素的倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区空间形态数学方程,形成了靶向区卸压瓦斯抽采方法选择依据,为优化倾斜厚煤层工作面卸压瓦斯抽采布置参数提供参考依据。

     

应用上覆岩层采动裂隙“O”形圈特征抽放采空区瓦斯

本文应用相似材料模型试验和图象分析技术对芦岭矿8煤一分层上覆岩层采动裂隙分布特征研究的结果表明，在采空区四周存在一离层裂隙发育的“O”形圈，它是采空区卸压瓦斯流动通道和贮存空间。应用上覆岩层采动裂隙及其“O”形圈特征，提出了大面积抽放芦岭煤矿8煤一分层采空区卸压瓦斯的合理钻孔布置方案。     

含断层覆岩采动裂隙演化规律

卸压瓦斯抽采与覆岩裂隙变化规律紧密相关。采用相似模拟试验对贵州某煤矿含断层覆岩移动规律、裂隙分布规律以及形态特征进行分析,研究含断层覆岩裂隙场演化规律。试验结果表明,随工作面的推进覆岩裂隙经历了产生、发展、闭合过程,在顶板断层附近裂隙显著增多,其裂隙密度曲线呈"山"字形分布;采动裂隙场的发育高度受关键层和断层带影响明显。     

覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究

在综放开采富含瓦斯厚煤层条件下,分析了采动后覆岩关键层活动特征对裂隙带分布形态的影响,首次提出了上覆岩层中破裂断裂和离层裂隙贯通后在空间椭抛带分布,为合理确定瓦斯抽放方法及参数提供了理论依据。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

综采工作面覆岩采动裂隙三维分布规律研究

掌握高瓦斯煤层覆岩裂隙的分布规律,对于合理布置高抽巷或定向钻孔位置,提高瓦斯抽采效果有重要意义.以新景矿3213工作面为工程背景,运用相似模拟和CDEM三维离散元模拟等方法研究了工作面回采后覆岩运动和裂隙发育规律,得到了工作面基本顶初次破断和周期破断距离,覆岩裂隙发育高度及演化形态.结果表明:3213工作面基本顶初次来...     

基于关键层理论的切顶留巷下覆岩裂隙分布特征研究

针对切顶留巷工艺使得切顶侧采空区覆岩裂隙分布改变的问题,采用物理相似模拟与数值模拟相结合的手段分析了切顶留巷工艺下采空区应力分布、覆岩运移和采动裂隙分布规律。在此基础上,基于关键层理论与采动覆岩卸荷膨胀累积效应,探讨了切顶与未切顶侧覆岩裂隙发育高度和离层裂隙区宽度的变化,分析了不同层位定向卸压瓦斯抽采钻孔抽采效果,验证和反演了切顶留巷工艺下覆岩裂隙分布规律。研究结果表明：切顶留巷工艺能有效降低切顶侧顶底板的应力集中,但应力仍会向煤岩深部传递;切顶使得垮落岩层厚度与顶板破断形式发生改变,导致裂隙带发育高度、亚关键层控制范围内离层裂隙区宽度产生变化;切顶侧端头垮落带高度为未切顶侧的2倍,裂隙带高度为未切顶侧的0.87倍,在裂隙带中下部,切顶侧的离层量和穿层裂隙数量均大于未切顶侧;切顶侧在煤层顶板8～30 m范围内裂隙发育量随距离增大而增大,在30～48 m范围内随距离增大而减小,裂隙主要分布于裂隙带中下部;不同层位抽采钻孔瓦斯浓度和流量的“错峰”验证了上述研究结论。研究结果对高瓦斯矿井切顶留巷工艺下卸压瓦斯治理具有一定参考价值。     

工作面覆岩采动裂隙演化规律物理及数值模拟研究

了解工作面推进过程中采动裂隙的演化规律对于煤层气抽采及瓦斯控制至关重要。采用相似模拟和数值模拟的方法研究了工作面推进过程中采空区覆岩采动裂隙的演化规律,研究结果表明：采空区中部和采空区边界处靠近巷道的区域上覆岩层的采动裂隙存在截然不同的变化规律。采空区中部区域,上覆岩层的采动裂隙随着工作面的移进及越过呈现“迅速增加—逐步减低—稳定”的变化规律;采空区边界靠近巷道的区域,呈现“迅速增加—稳定”的变化规律。远离开切眼、靠近巷道的采空区上覆岩层采动裂隙发育最为充分;工作面走向平行于最大水平主应力时的各区域采动裂隙发育,显著高于工作面走向垂直于最大水平主应力时的;较硬直接顶对于提高采动裂隙渗透率有积极作用。     

突出煤层采面高位拦截预抽技术优化研究

针对突出煤层采煤工作面回采过程中上隅角及回风瓦斯超限等问题,提出施工高位拦截钻孔预抽卸压瓦斯的思路。通过高位拦截预抽机理分析、数值模拟、工程实践验证等手段,改进优化了高位拦截钻孔施工参数,包括钻场布置、钻孔长度、终孔位置等。首先通过高位拦截预抽机理“O”形圈理论分析及数值模拟研究,分析煤层开挖后围岩应力分布情况和围岩塑性区发育情况,确定“O”形圈范围及高位拦截位置。最后对其高位拦截效果进行工程实践验证,实践表明,优化高位拦截钻孔参数后,可以大幅减少钻孔工程量、延长钻孔有效抽采周期,单孔瓦斯浓度最高达到90%,有效解决了工作面回采期间瓦斯超限的问题,对突出煤层工作面的瓦斯治理具有重要的指导意义,高位拦截钻孔布置在煤层或软弱岩层中具有推广意义。     

典型开采条件下煤与瓦斯共采实践与思考

针对我国煤层瓦斯高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性赋存特点,从煤层瓦斯抽采基础理论、技术方法及环境与安全效益等方面,系统分析总结了我国煤与瓦斯共采理论与技术进展,介绍了松软低透煤层群、高瓦斯原生结构煤层、山区松软低渗突出煤3种典型开采条件下煤与瓦斯共采技术体系与应用实践,进一步指出了我国煤与瓦斯共采面临的问题与挑战,认为我国应坚持煤与瓦斯共采的科学开采方法,从基础理论研究、关键技术及装备研发及示范工程建设方面提高煤与瓦斯精准共采技术整体水平,实现不同开采条件下煤层瓦斯资源的有效开发利用。     

煤矿分层开采工作面立体式瓦斯抽采技术及应用

为解决煤矿分层开采下分层回采过程中工作面上隅角或回风巷瓦斯超限的难题, 通过分析采煤工作面瓦斯治理要求,研发了分层开采井上下立体式瓦斯抽采技术,其涵盖地面井预抽、工作面顺层钻孔抽采和采动区地面井抽采、高位钻孔抽采及采空稳定区瓦斯抽采。根据准备煤量、回采煤量,以及不同回采时期,提出了具备接续的综合立体式瓦斯抽采实施方法及技术体系。该技术在山西晋城岳城煤矿的应用结果表明：采用综合立体式瓦斯抽采优化布置后,采动区地面井平均抽采瓦斯流量为1.15万m³/d,平均抽采瓦斯浓度为44.5%,工作面推至地面井附近时抽采瓦斯纯流量显著增大,地面井在采煤工作面回采阶段抽采瓦斯总量约为245.5万m³;同时,井下高位钻孔单孔平均抽采瓦斯浓度为80.61%,平均抽采瓦斯纯流量为1.33 m³/min,平均运行时间约60 d,平均单孔抽采瓦斯总量为11.65万m³;采动稳定区埋管平均抽采瓦斯纯流量为0.29 m³/min,抽采瓦斯总量约为200.8万m³。在立体式联动抽采瓦斯措施下,回采过程中回风巷的瓦斯浓度在0.50%以下,工作面回风巷瓦斯浓度平均降幅为58.8%,上隅角瓦斯浓度平均降幅为56.0%,保障了煤矿生产安全。     

低透气性煤层群高瓦斯采煤工作面强化抽采卸压瓦斯机理及试验

针对低透气性高瓦斯煤层群首采卸压层瓦斯涌出量大、瓦斯治理困难的现实条件,在模型试验和理论研究的基础上,揭示出煤层群首采关键卸压层开采后采动影响区内顶、底板岩层裂隙的动态演化规律和卸压瓦斯运移规律,发现采空区侧存在“竖向裂隙发育区”,弯曲下沉带和底板膨胀变形带内煤体发生膨胀变形,煤层的透气性显著增加。2371(1)工作面煤气共采实践表明,工作面最大绝对瓦斯涌出量70.46 m3/min,平均56.71 m3/min,瓦斯抽采率达85.2%,其中抽采的高浓度瓦斯比例为67.25%,抽采的低浓度瓦斯比例为32.75%,保证工作面的安全回采,实现了煤与瓦斯安全高效开采。     

高抽巷瓦斯抽采实践与探索

依兰矿区方正县煤矿放顶煤工作面,采用高抽巷抽采瓦斯方法进行瓦斯治理,有效地降低了采煤工作面和回风流的瓦斯涌出量,提高了通风生产能力,瓦斯治理效果明显,技术经济合理,给安全生产创造了良好的通风条件。     

煤层顶板走向钻孔(巷道)瓦斯抽放技术的应用

依据工作面开采后采空区上覆岩层形成的“O”型圈,通过在采煤工作面顶板中合理布置走向钻孔和开掘高抽巷,配合采空区埋管,对采空区瓦斯进行联合抽放,成功解决了高瓦斯工作面风排瓦斯能力不足和工作面上隅角瓦斯积聚的问题,保障了煤矿安全生产。     

深井煤层群首采层Y型通风工作面采空区卸压瓦斯抽采与综合治理研究

以朱集煤矿1111(1)工作面为例;针对深井高瓦斯低透气性煤层群首采层开采卸压瓦斯治理难题;将Y型通风工作面采空区瓦斯运移规律与采空区内部空隙储存卸压瓦斯的优势相结合;提出并实施了强化留巷墙体封闭和Y型通风工作面留巷段采空区卸压瓦斯抽采技术;结合地面钻井抽采采动上部卸压煤层瓦斯;实现了深井煤层群首采层工作面的安全高效回采。1111(1)工作面回采期间;绝对瓦斯涌出量最大72.39 m3/min;平均为43.64 m3/min;在工作面风量2 290~ 2 700 m3/min条件下;回风流瓦斯体积分数0.6%以下;平均瓦斯抽采量34.27 m3/min;其中埋管抽采瓦斯纯量平均为21.94 m3/min;占瓦斯抽采总量的64%;工作面回采期间瓦斯平均抽采率为78%;研究成果为今后类似深井煤层群首采层开采的卸压瓦斯抽采和治理提供技术指导。     

康家滩煤矿瓦斯涌出预测分析及综合治理

为了有效解决康家滩煤矿8#主采煤层综掘、综采过程中瓦斯频繁超限、瓦斯突出等难题,对康家滩煤矿8#煤层瓦斯赋存状况及瓦斯涌出量预测进行了分析,采用本煤层和采空区同时抽放的综合瓦斯抽放方法对88201综采工作面进行了瓦斯治理,取得了显著的效果。     

高瓦斯厚煤层采动裂隙发育区瓦斯抽采技术

针对高瓦斯厚煤层开采过程中采动裂隙发育区瓦斯涌出量大的问题,通过现场观测得知采空区瓦斯和邻近层瓦斯占工作面全部涌出瓦斯的50％以上,并确定了工作面裂隙带高为15.68～28.68m.基于此,提出了在传统本煤层瓦斯抽采和邻近层瓦斯抽采的基础上,在采动裂隙发育区采用高位钻孔抽采瓦斯的方法进行瓦斯抽采,并确定了瓦斯抽采的相关参数.实践表明:裂隙带邻近层高位钻孔瓦斯抽采效率大于本煤层瓦斯抽采和单纯邻近层瓦斯抽采效率,工作面瓦斯抽采率达53％.     

汝箕沟厚煤层分层综采工作面瓦斯防治方法

通过对32211(1)综采工作面瓦斯抽排数据的研究,建立模型系统的参数耦合,提出了汝箕沟厚煤层分层综采工作面瓦斯防治技术。综采面开采期间主要采用瓦斯抽放、风排、专用排瓦斯巷结合抽排风机的综合措施来治理瓦斯,确保32211(1)综采工作面开采过程中的安全,取得了良好的效果。