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。     

稳压约束下钻孔倾角对煤体抗压强度影响 实验研究

顺层钻孔预抽煤层瓦斯是降低其含量的主要方法之一,为研究采动应力对本煤层不同倾角抽采钻孔稳定性的影响,开展了稳压条件下,无钻孔和钻孔倾角为0°,15°,30°的型煤单轴压缩试验,对比分析了钻孔倾角对稳压约束下型煤的应力-应变曲线、强度特征、破坏形态以及损伤程度的影响。结果表明:稳压压力为500N,增大钻孔倾角对煤样抗压强度、弹性模量有明显的劣化作用,劣化率最大达到32%;含钻孔型煤的破坏形态表现为由孔周出现2组较为明显的对称裂隙,其中1条主裂隙持续演化最终导致试件完全破坏;随着钻孔倾角的增大,裂纹闭合应力增大,而起裂应力和致损应力减小,同时,试件总裂纹面积分数也减小,钻孔周围煤体更容易失稳。     

综采工作面推进速度对瓦斯运移优势通道演化的影响

为了研究综采工作面卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律,以采动裂隙椭抛带理论为基础,工作面推进速度为关键参数,构建采动卸压瓦斯优势通道数学模型,并针对山西和顺某高瓦斯矿井主采工作面,开展综采工作面在不同推进速度条件下的卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律物理相似模拟试验。研究结果表明:加快推进速度,三带高度降低,平均来压步距增大,优势通道在上覆岩层的空间位置也随之降低,优势通道发育的高度、宽度、垮落角和范围随着推进速度加快而减小。随着推进速度的加快,优势通道离层率和贯通度逐渐变小。随着工作面的推进,优势通道的分形维数由小到大对应的推进速度依次为7、5、3 m/d,呈现出降维的趋势。在现场高位钻孔试验中,对工作面推进速度不同时的高位钻孔参数进行优化调整,得到高位钻场抽采瓦斯占绝对瓦斯涌出总量的49.94%~89.88%,并且使得上隅角及回风巷平均瓦斯体积分数维持在0.27%以下及0.32%以下,从而保证工作面安全高效的回采。研究结果可为不同推进速度下采动覆岩卸压瓦斯富集区的识别提供一定的理论基础。     

沿空留巷基本顶预裂爆破孔距优化试验

为了降低沿空巷道上覆基本顶断裂、回转、下沉对人造帮稳定性的影响,采用预裂爆破技术提前预裂基本顶,减小基本顶在采空区的悬顶长度,降低人造帮载荷及其作用时间,提高人造帮的稳定性。预裂爆破的关键是确定合理的孔距,通过在集贤煤矿西二采区进行基本顶预裂爆破试验,采用钻孔窥视技术对孔距1、1.5、2m的爆破效果进行分析。结果表明:检验孔孔壁裂隙发育宽度、发育长度、发育密度及孔隙度都有随着孔距增大而减小的趋势。为了爆破后炮孔间形成相互贯通的裂隙、保证预裂爆破效果,确定预裂爆破孔合理间距为1.5m。     

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。     

沿空巷道基本顶断裂结构影响窄煤柱稳定性分析

为掌握基本顶断裂结构对窄煤柱稳定性的影响规律,通过理论分析和数值模拟分析建立了沿空掘巷围岩结构力学模型,可知沿空巷道基本顶存在3种断裂结构形式,基本顶断裂线位于不同位置时,巷道围岩应力、煤柱应力及变形差异较大;断裂线位于巷道正上方时对巷道维护不利,断裂线位于窄煤柱外侧时对巷道维护有利。结果表明:燕家河煤矿8105运输巷中心线距采空区边界8.5 m,护巷煤柱宽6.5 m时,巷道顶底板、两帮最大移近量分别为420、600 mm,有效保证了沿空巷道稳定性。     

加载速率和初始损伤对砂岩能量演化影响的试验研究

为研究加载速率和初始损伤对砂岩能量演化特性的影响,通过预压使部分岩样产生初始损伤,并进行原始岩样和含初始损伤岩样不同加载速率下的单轴压缩试验,分析了砂岩试件加载速率和初始损伤影响下的能量演化特征。试验结果表明,预压产生的初始损伤较为真实地反应岩石内部随机分布的微裂隙损伤,声发射技术能较为准确地表征损伤量及其位置信息;加载速率的不同对弹性能演化过程基本无影响,但造成岩样破坏前积聚的最大弹性能增加;初始损伤的存在使弹性能增长较无损伤岩样变缓,破坏前积聚的最大弹性能减少;从能量耗散的角度建立了岩石损伤演化方程,验算结果表明基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以很好地描述岩石的损伤演化过程。     

高强开采综放工作面瓦斯浓度空间分布规律研究

矿井瓦斯是煤矿重大自然灾害之一,尤其是在高强开采综放工作面,瓦斯极易局部聚集和超限,制约着煤矿的安全生产.为研究综放工作面高强度开采时支架下方空间和上隅角的瓦斯分布特征,采用立体网格测点布置法,通过反距离插值法对瓦斯浓度数据进行处理,绘制出综放工作面支架下方沿倾向的瓦斯浓度误差带图、沿倾向的支架后的瓦斯浓度线性图、瓦斯...     

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...