基于产气量模拟的采动影响下煤层渗透性变化规律

针对目前对采动影响下煤储层渗透性变化规律认识不清,直接影响了煤矿采动区煤层气地面抽采部署的问题,以两淮矿区为研究对象,通过分析大量采动区煤层气抽采井数据,结合现场监测结果,利用数值模拟技术进行了采动影响下煤层渗透性变化特征研究。研究确定了采动影响下煤层气井的抽采范围和边界条件,揭示了煤层渗透性变化规律,建立了采动影响下被保护煤层渗透率随工作面推进距离的关系。     

采动塌陷区建筑物地基变形影响区与特征分析

采动残余空洞裂隙的失稳变形是造成塌陷区上方建筑物损害的主要原因。为研究采动塌陷区建筑物地基的变形特征,通过分析附加应力与塌陷区残余空洞裂隙区的分布,对采动塌陷区地基变形影响区进行了研究。基于对采空塌陷残余空洞裂隙区的探测及建筑物地基附加应力分布分析,采动塌陷区地基变形影响范围取pz=0.1σz所对应的深度以上土层;当该深度下分布有残余空洞裂隙区时,则应取残余空洞裂隙区分布深度以上土层为采动塌陷区地基变形影响范围。根据义马某矿采动塌陷区建筑物分布,采用高密度电阻率层析成像勘探技术探测了建筑物周围残余空洞裂隙的分布,通过分析建筑物地基中的应力分布和地基变形影响区特征,阐明了采动塌陷区已建建筑物损害原因。通过研究影响拟建建筑地基中残余空洞裂隙和地基附加应力分布,表明拟建建筑将受塌陷区残余空洞裂隙失稳变形影响,需对地基基础进行加固或变更。     

采高对采动卸压瓦斯富集区影响的试验研究

为研究采动覆岩中卸压瓦斯富集区的影响规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,建立采高影响下采动卸压瓦斯富集区的模型,运用物理相似模拟试验方法,以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型,揭示综采工作面采动卸压瓦斯富集区的采高控制机理。研究结果表明:随着采高的增大,三带高度也逐渐增大,采高与采动覆岩裂隙的三带高度呈现线性关系,采高与三带高度的拟合曲线斜率处于2～4范围之间。而随着工作面推进,上覆岩层逐渐形成了压实区和裂隙区,压实区随着采高的增大而变小,裂隙区随着采高的增大而变大。通过对不同采高的各岩层的离层量拟合关系分析,发现不同采高开挖后形成的裂隙形态呈现对称的椭抛面,最后通过拟合关系建立了采高影响下的二维采动卸压瓦斯富集区的模型,为采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

采动区地面钻井技术在淮南矿区煤层气抽采中的应用

淮南矿区应用采动区卸压煤层气地面抽采技术,实现了煤层气资源的地面高效抽采。介绍了淮南矿区煤层气抽采现状,分析了淮南矿区采动区地面钻井煤层气高效抽采的影响因素,设计了新型采动区地面钻井,探讨了采动区地面钻井布置方式和施工工艺,对地面钻井抽采煤层气效果做了详细分析和技术研究,阐述了地面钻井在淮南矿区煤层气开发中的应用前景。     

采动影响下特厚煤层巷道围岩支护技术

针对酸刺沟煤矿特厚煤层巷道受2次采动影响后围岩支护困难的问题,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的方法,分析了采动影响下特厚煤层巷道围岩破坏规律,提出了采动影响下特厚煤层巷道围岩分次支护技术,并进行了工程实践。结果表明:一次采动影响下,巷道围岩塑性区呈“增大-平稳”趋势,主要表现为滞后影响,工作面后方300 m外,塑性区保持不变,二次采动影响下,巷道围岩塑性区呈“减小-平稳”趋势,工作面30 m范围内影响较大,随后逐渐趋于稳定,试验巷道围岩能够保持稳定。     

采动区建筑物地基、基础协同作用特性研究

在详细分析采动区建筑物移动变形和地基反力分布规律的基础上,研究了采动区建筑物地基、基础协同作用及对建筑物附加内力的影响。同时,分析了采动区建筑物保护措施合理性,对现有的建筑物附加内力许计算方法进行了改进,最后,提出了保护采动区建筑物的一些新设想。     

采动覆岩导水裂隙发育光纤感测与表征模型试验研究

随着国家生态文明建设标准的日益提高,我国西部干旱半干旱地区赋存的浅埋煤层开采引起的生态环境问题愈发严峻。导水裂隙带发育高度探测是与保水开采密切相关的科学问题,是矿山生态损害监测与评价、生态修复策略制定的重要依据。将分布式光纤感测技术应用于相似模型试验,探究采动岩体导水裂隙带发育与光纤检测数据的内在响应关系。针对以往研究中对光纤与采动覆岩在不同开采阶段耦合作用关系分析不足的问题,提出传感光纤与采动岩体的耦合关系量化指标"光纤-岩体耦合系数",通过耦合系数对采动引起的覆岩垂直分带区进行合理划分。研究表明:与光纤接触的不同受力状态岩层介质包括5种:顶部未受采动影响的稳定岩层、稳定关键层上受采动影响存在下移趋势的岩层、离层空域区、采空区矸石区及煤层底板;基于监测数据将覆岩分为4部分:已破坏区、强烈影响区、微弱影响区和未影响区。已破坏区即导水裂隙带,强烈影响区为受采动影响内部应力集中程度极高但结构完整的岩层,即弯曲下沉带。试验得出断裂带与弯曲下沉带分界处耦合系数阈值为0.65;建立了应变曲线形态、导水裂隙带发育高度与关键层活动的内在联系,实现光纤感测表征覆岩分带特征。将光纤传感技术应用于采动引起...     

淮南矿区采动区地面井抽采参数变化规律研究

目前,淮南矿区在采动区地面井瓦斯抽采基础参数变化规律和基础理论研究方面尚有不足,经常遇到采动区地面井抽采产量不稳定、产气浓度变化较大以及产气高峰短等问题,而这些问题往往与布井、选层以及采动影响条件下煤储层渗透率等基础参数变化密切相关。因此,有必要加强基础理论研究,加强采动区地面井抽采参数变化规律的研究,为采动区抽采和产能预测提供理论基础。     

采动影响下某矿矩形巷道稳定性数值模拟分析

某矿大巷受工作面回采时的采动影响出现了巷道断面收缩变形问题。针对该矿采动巷道稳定性控制难题，在分析深部采动巷道应力环境与变形特征的基础上，以该矿开拓巷道为研究背景，借助FLAC^3D数值模拟手段，研究了工作面推进下采动巷道的应力场及塑性区演化规律，分析了采动系数对大巷稳定性影响机制。结果表明：随着工作面推进，采动巷道顶板处支承应力呈“脊背形”分布，塑性区急速发育，当工作面距巷道间距小于70 m后，采动巷道稳定性显著降低，采动应力系数λ对巷道稳定性影响显著，呈负相关，λ>3.0时巷道上部出现“蝶形”塑性区，变形剧烈。     

不同主关键层层位的采场支承压力分布特征

通过采用相似模拟实验对不同关键层层位的采场支承压力分布特征进行研究,分析得到超前支承压力随着工作面不断推进其影响范围分为采动影响剧烈区、采动影响区、未受采动影响区;采空区底板的支承压力随着煤层开采明显降低,卸压区域不断扩大;主关键层层位对支承压力峰值大小、峰值位置、采动影响范围都有一定的影响。     

采动影响区的建筑物地基及其稳定性评价内容的探讨

阐述了采动影响区建筑物的地基概念;结合现行的规程和规范,对采动影响区与建筑物地基的稳定性有关的工程地质条件、地基变形的动态发展、地表裂缝、地表移动活跃期与地表移动活跃等评价内容进行了讨论。     

煤矿采动区井煤层气排采技术

作者通过对煤矿煤层气抽放研究发现，煤矿采动区井抽排技术是降低煤矿瓦斯浓度、开发煤层气的最佳途径。本文简要介绍了采动区井抽排技术的原理、方法，并提出了采动区抽排设计必须考虑到地质条件、采煤技术、通风系统、采动影响区三带的特征、煤层气涌出特征等因素的影响，并认为在采动区抽排设计的主要内容应包括井组规模、井身结构、完井方式和抽排设备。论述了采动区排水技术的适应性，并对抽排水效果进行了分析。     

煤矿采动影响下地面井群瓦斯抽采范围研究

随着我国煤矿开采强度的日益提高,矿井回采空间瓦斯涌出量大幅增加,即使低瓦斯矿井也有瓦斯"爆涌"问题显现。如何进行大范围、区域化的连续抽采,形成对回采空间涌出瓦斯的低成本长效控制,依然是目前面临的重要难题。采动区瓦斯抽采地面井在地面施工,能够连续进行采动区/采空区抽采,是区域化连续抽采控制回采空间瓦斯浓度的有效技术。因此,在对采动区内覆岩裂隙场渗流特征分析基础上,建立了采动区地面井抽采条件下地面井周围采动影响范围内的气体压力衰减梯度变化函数,提出了以采动裂隙场内气体压力衰减梯度曲线拐点为依据的地面井有效抽采范围判定原则;进而,建立了采动区瓦斯地面井(群)抽采效果评估方法,并提出了抽采率指标的计算模型;最后,以晋煤集团岳城矿为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟分析和现场小井群抽采试验相结合的方法对采动区瓦斯地面井小井群抽采的参数优化、应用效果等进行了对比分析与验证,证明了采动区瓦斯地面井(群)抽采具有很高的实用价值。     

基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展

煤矿区煤层气地面抽采具有煤炭安全开采效率高、清洁利用煤层气资源和减少瓦斯大气排放的多重效应,其煤层气产量多年来占了全国总量的主要比例。“十一五”至“十三五”期间,依托国家油气重大专项,基于煤层气与煤炭协调开发的指导理念,研究了煤矿区地面煤层气抽采工程部署的特点及存在问题,按照受煤炭采动影响与否将煤矿区煤层气地面抽采分为预抽和采动抽采2种类型,在对两种抽采类型的抽采对象、可抽采时间和空间特征研究基础上,分别总结形成了煤层气地面预抽和采动抽采的工程部署方法体系。结合原始条件下煤层气开发模拟技术现状分析,梳理了煤矿区煤层气地面预抽模拟技术体系;在采动抽采技术特点及关键储层参数变化规律的研究基础上,基于渗透性控制气体运移规律的认识,提出了采动抽采效果预测模拟方法。根据煤矿区地面抽采具有安全效应特征,提出了煤矿区地面煤层气抽采间接经济效益的评价指标,即地面抽采前矿井瓦斯灾害治理费用与地面抽采后矿井瓦斯灾害治理费用的差值,并建立了包含预抽和采动抽采的比较全面的地面煤层气抽采工程经济性评价方法。煤矿区地面抽采工程部署及相关技术是预判煤矿区地面煤层气低成本高回报效果、煤层气与煤炭资源协调开发的关键手段...     

开采沉陷对矿区土地资源的采动效应研究

基于生态场理论和GIS技术研究矿区土地资源的采动效应。首先介绍了采动土壤特性测算、采动变化规律分析及土壤采动损害评价的程序方法;然后叙述了采用RS和GIS空间分析技术对土地资源各采动生态位指标进行量化,并基于生态场理论和开采沉陷学分析土地资源的采动空间分异特征、采动累积效应及其延迟效应的过程。对山西潞安集团五阳矿井采煤沉陷区的实例分析表明,耕地土壤特性与开采沉陷明显相关,1997年至2002年间采动生态元耕地和植被覆盖率上升而建设用地覆盖率下降,研究区土壤侵蚀以轻度和中度为主且明显存在采动延迟,土地利用集约度指数终采后10 a逐步进入稳定期,各地类的流失与来源组成趋于稳定,说明土地利用方式摆脱采动影响并进入新的动态平衡状态。     

采动裂隙分布及其演化特征的采厚效应

基于长壁工作面非对称布置特点,以谢桥矿1151(3)综放工作面地质和开采条件为背景,采用实验室相似材料模拟、计算机数值模拟及理论分析综合方法,研究不同采厚采动裂隙分布及其演化的特征.研究表明,不同采厚覆岩垮落角变化不大,随工作面推进覆岩采动裂隙表现为“∩”型高帽状、前低后高驼峰状、前后基本持平驼峰状、前高后低的驼峰状4阶段演化特征,采动裂隙发育高度呈梯级跃升并逐渐趋于稳定,工作面围岩采动裂隙发育具有非对称性,工作面上部塑性区范围大于工作面中、下部;采动裂隙发育高度、工作面前方塑性区宽度、走向工作面后方围岩塑性区边界与采空区方向的夹角和倾向下山方向围岩塑性区边界与煤层夹角与一次采厚呈非线性正比,采动裂隙发育高度与一次采厚的比值和走向工作面前方围岩塑性区边界与推进方向的夹角与一次采厚成非线性反比,整体揭示了一次采厚变化对采动裂隙分布及其演化特征影响的采厚效应.     

采动区建筑物损害综合评价技术研究

采动区建筑物破坏一直是大量学者研究的重点,然而建筑的破坏往往不是单一原因造成的,而是多种因素协同作用下的结果,这给采动区建筑损害预计评价带来困难,所以亟待开展研究。本文以采动区受损建筑物为研究对象,首先对造成采动区建筑物受损的主要因素进行分析,建立采动区建筑物受损风险的评价指标体系,在此基础上建立采动区建筑物损害综合评价模型,可为采动区建筑物损害前期的预防保护与后期的鉴定赔偿工作提供一定的参考。     

采动影响区房屋损害地表移动变形临界值研究

采动影响区地表移动变形通过房屋基础与周围土体的摩擦力传递给上部结构,在房屋墙体内产生附加应力,当移动变形超过墙体的扰动影响最大承受值时,导致房屋拉破坏或压破坏,对采动区地表房屋造成损害。为解决采煤沉陷区矿方与百姓就房屋损害技术鉴定责任划分,以及村庄下开采工作面合理布置与尺寸优化问题,分析了地表水平变形与房屋墙体水平变形的关系,应用多研究手段推导出采动区房屋损害地表水平变形临界值的计算公式;同时引入了房屋损害裂缝角的概念,并提出了该角值的理论计算方法。结果表明:地表水平拉伸变形达到0.61mm/m,而水平压缩变形达到-1.33mm/m,采动影响区房屋墙体将会在薄弱部位出现采动裂缝,从而对房屋造成开采损害;矿区房屋损害裂缝角临界值约为58°,房屋裂缝角介于边界角和移动角之间。     

采动区房屋墙体变形性态的实测分析

本文通过采动区三栋试验平房墙体变形的观测，分析了采动区砌体结构房屋墙体变形的特点，探讨了影响墙体变形性态及中性轴存在与否的主要因素，并指出了采动区砌体结构房屋保护设计中必须考虑的几个问题。     

基于分形理论的采动覆岩裂隙渗透规律研究

为了掌握采动影响区覆岩裂隙演化与渗透规律,进行了采动条件下裂隙场演化与渗透特性变化规律实验室相似模拟,采用数理统计方法对裂隙场分布进行了定性分析,在利用分形理论定量裂隙演化规律的基础上建立渗透率和裂隙变化量化参数之间关系。研究结果表明:采动影响覆岩裂隙场划分为4个区域,即离层低角度裂隙区、采空区中部冒落及裂隙带中角度区、裂隙扩展高角度区、中高角度过渡区;引入分形理论,建立裂隙演化定量表征的面积维值和条数维值与表征渗透特性的渗透率之间的关系符合非线性双变量傅里叶函数关系,为采动覆岩渗透特性表征与裂隙定量描述提供一定的理论与实践基础。