倾斜煤层卸压瓦斯导流抽采技术研究与工程实践

为了研究倾斜煤层条件下,采动覆岩裂隙分布规律与卸压瓦斯抽采技术,采用理论分析和数值模拟的方法,对采场覆岩应力、位移以及裂隙分布情况进行了分析,并依据研究结果,对试验工作面高位导流钻孔布置参数进行了优化设计。结果表明:工作面上端头顶板卸压区域范围大于下端头区域,关键层的卸压段靠近工作面上部,覆岩垮落破断后,工作面上部垮落岩体位移明显大于下部;裂隙网络中,下部冒落岩体裂隙处于相对闭合状态,沿工作面向上,裂隙开度逐渐增大;卸压瓦斯运移通道在倾斜方向上具有不对称性;沿工作面回风巷侧冒落带轮廓线布置高位导流钻孔,并配合相邻钻场之间的有效搭接抽采可使抽采效果保持稳定;单一钻孔全生命周期可分为远距离、有效和近距离抽采3个阶段,随着钻孔层位的增加,抽采效果逐渐变优,远距离抽采阶段长度减小,有效抽采阶段长度增加。实践结果表明,瓦斯抽采效果良好,验证了依据此方法布置高位导流钻孔的合理性。     

综采工作面覆岩压实区演化采高效应分析及应用

采用相似材料物理模拟试验及理论分析,研究在不同采高条件下覆岩压实区的动态演化规律及形态特征。研究结果表明:在煤层开采之后,采动覆岩离层量分布呈“马鞍”状,采空区底板在一定区域内存在应力集中,结合两者可作为压实区底部边界判定依据;采空区覆岩压实区的形态及时空演化规律受采高与工作面推进距离的共同影响,得到了压实区宽度、高度及垮落角度的演化规律与采高的关系;同时,结合冒落带岩体的碎胀特征与底板应力集中的特点,分析了压实区压实程度的采高效应,即在一定范围内,采高越高,压实程度越大。基于采动裂隙椭抛带理论,在试验结果分析的基础上,建立了采动裂隙椭抛带压实区的数学表达方程,为卸压瓦斯抽采系统的布置及参数优化提供借鉴。     

综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律.结果表...     

综采工作面卸压瓦斯运储区演化推进速度效应研究

为研究综采工作面不同推进速度下瓦斯运储区演化规律,基于煤矿工程概况,利用FLAC^3D模拟软件进行模拟,分析了覆岩采动推进速度效应;采用多种方法对卸压瓦斯运储区进行联合判别,得到不同推进速度条件下卸压瓦斯运储区分布及演化规律;以此为依据,优化现场高位抽采钻孔。结果表明：综采工作面煤层开采后,垂直应力分布大致呈对称梯形,推速加快,垂直应力分布转变为左高右低抛线形;采空区覆岩下沉量及塑性破坏高度随推速增加而减小;卸压瓦斯运储区高度随推进速度增加而降低,卸压瓦斯运储区位置向采空区中部集中;试验工作面卸压瓦斯抽采钻孔优化后,试验工作面高低推进速度区域抽采钻孔瓦斯体积分数最大均为30%以上,工作面、回风巷、上隅角瓦斯体积分数为0.18%～0.46%、0.2%～0.46%、0.25%～0.84%,均小于1%,布置方法更具合理性。     

煤岩瓦斯固气耦合相似材料瓦斯吸附特性研究

为研究"固-气"耦合物理相似模拟试验中模拟煤层材料的瓦斯吸附问题,根据孔隙特征及吸附特征选择活性氧化铝、硅胶、硅藻土、高岭土、3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛作为吸附材料以及屯堡矿煤样为对比材料,采用WY-98A瓦斯吸附常数测定仪对以上材料开展瓦斯吸附量及吸附常数a,b值试验。试验结果表明,高岭土、硅藻土呈现先平缓后陡峭的等温线,不符合Langmuir单分子层吸附模型,不能作为吸附材料;活性氧化铝和硅胶与屯堡矿煤样的吸附量增量变化趋势相似并且屯堡矿煤样与其吸附量比值在0.6～2之间且比值变化趋于常数,因此吸附过程变化规律与屯堡矿煤样较为相似;且吸附常数a值较大,有作为吸附材料的可能性;3种分子筛吸附量增量变化趋势呈"W型",分别在0.9,0.6,0.4 mL/g左右波动;屯堡矿煤样与其吸附量比值变化较大且不稳定,吸附过程变化规律与屯堡矿煤样相似度较低;吸附常数a值较小,不适合作为吸附材料;各种试验材料吸附常数b值均存在较大差异且都小于屯堡矿煤样。研究结果为"固-气"耦合物理相似模拟试验中具有瓦斯吸附性材料的选择及开展"固-气"耦合物理相似模拟试验提供了一定的实验基础。     

黄岩汇煤矿高位巷瓦斯抽采研究

结合黄岩汇煤矿所采15#煤层的实际状况,根据高位抽放巷抽放瓦斯原理,针对15#煤层15109工作面高位巷瓦斯抽放的布置和工艺参数设计,通过高位巷对瓦斯抽放效果和回风流瓦斯浓度影响分析,证实高位巷保证工作面安全回采,治理瓦斯超限有着重要作用。该研究为其他矿井采用高抽巷对煤矿瓦斯进行抽放有一定参考意义。     

稳压条件下煤体稳定特性钻孔倾角效应的试验研究

为研究不同钻孔倾角对煤体稳定特性的影响,应用三维全场应变测量分析系统(XTDIC)和声发射监测系统,开展稳压条件下无钻孔及钻孔倾角为0°,10°,20°,30°的型煤单轴压缩试验,分析了不同钻孔倾角试件强度特征、变形破裂特征及其对煤体稳定性的影响机理.结果表明:增大钻孔倾角对试件抗压强度、弹性模量有不同程度劣化作用,与无钻孔试件相比,劣化率最大达33.92％;根据试件加载过程中的声发射特征参数与加载时间的关系,将其划分为初始加载、稳压、峰前弹塑性和峰后应变软化4个阶段,随着钻孔倾角的增大,声发射计数与能量的增长速率逐渐减小;试件钻孔周围破坏形态呈偏"Y"状,30°倾角钻孔试件的损伤变量曲线出现明显台阶式递增现象;试件变形破坏过程是能量积聚与耗散的过程,随钻孔倾角增大,弹性应变能、耗散能、总能量、能量耗散率均减小;该研究指导了贵州某矿本煤层预抽钻孔布置,利用定向钻机尽可能保证钻孔轨迹为水平,钻孔稳定性较高,瓦斯抽采效果良好.