急傾斜近距離下保護(hù)層開采巖層移動及卸壓瓦斯抽采研究.pdf

1、急傾斜煤層由于其賦存特殊性，煤體受擠壓破壞較為嚴(yán)重，大多數(shù)急傾斜煤層為高瓦斯或突出煤層，大量研究表明開采保護(hù)層結(jié)合卸壓瓦斯抽采是最安全、最有效的區(qū)域性防突措施。本文以義馬煤業(yè)集團(tuán)李溝礦保護(hù)層開采為工程背景，采用理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、數(shù)值分析和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究手段；系統(tǒng)分析了急傾斜近距離下保護(hù)層開采巖層移動變形、裂隙動態(tài)演化及應(yīng)力變化規(guī)律；構(gòu)建了保護(hù)層開采煤巖變形與卸壓瓦斯流動氣固耦合模型，利用 COMSOL Multiphysics

2、多物理場耦合軟件開展了急傾斜近距離下保護(hù)層開采結(jié)合卸壓瓦斯抽采數(shù)值模擬，并在現(xiàn)場工程得以應(yīng)用。主要研究成果和結(jié)論有：
　　裂隙隨著保護(hù)層工作面的推進(jìn)從下至上逐步發(fā)育，從產(chǎn)生、發(fā)展到閉合是一個(gè)動態(tài)過程，以順層裂隙發(fā)育為主，局部發(fā)育小規(guī)模穿層裂隙，二者交錯(cuò)貫穿保護(hù)層與被保護(hù)層。頂板未出現(xiàn)大范圍垮塌，以緩慢下沉為主，采動影響范圍波及被保護(hù)層，但未破壞被保護(hù)層開采條件，受采落矸石充填作用影響，正常開采階段頂板最大撓度小于初次垮落階段。裂隙

3、發(fā)育及巖層移動可為卸壓瓦斯運(yùn)移和瓦斯抽采提供有效通道。應(yīng)力卸壓最大位置與巖層移動最大位置基本重合，隨采動影響呈現(xiàn)原始應(yīng)力→應(yīng)力集中→應(yīng)力下降→應(yīng)力恢復(fù)的變化規(guī)律，傾斜上部卸壓程度高于下部。
　　基于含瓦斯煤體有效應(yīng)力原理、煤基質(zhì)吸附膨脹/解吸收縮變形以及采動應(yīng)力變化的影響，得出了孔隙率和滲透率演化模型，以此為耦合變量，構(gòu)建了保護(hù)層開采煤巖變形與卸壓瓦斯流動氣固耦合模型。利用COMSOL Multiphysics多物理場耦合軟件開展

4、了急傾斜近距離下保護(hù)層開采結(jié)合卸壓瓦斯抽采數(shù)值模擬，獲得了不同采動卸壓范圍、不同抽采時(shí)間的抽采影響半徑，在地質(zhì)條件和開采條件相同的情況下，走向抽采半徑大于傾向。
　　現(xiàn)場工程實(shí)踐表明，有效保護(hù)范圍內(nèi)被保護(hù)層瓦斯含量由原始的6.15~9.50m3/t降為2.18~4.83m3/t，瓦斯壓力由0.88~1.35MPa降為0.20~0.35MPa，透氣性系數(shù)由0.3541~0.3849m2/(MPa2.d)上升到66.0~80.25m2

5、/(MPa2.d)，平均增加198倍，評判區(qū)域內(nèi)瓦斯抽采率達(dá)50.93％。傾斜上部卸壓角按86°劃定，傾斜下部卸壓角按70°劃定，走向開切眼端卸壓角按58°劃定。對于該類型保護(hù)層開采，無需另行施工專用頂（底）板巖巷，利用保護(hù)層工作面沿空留巷順槽施工傾斜穿層鉆孔可以有效抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯，消除被保護(hù)層突出危險(xiǎn)性。相同地質(zhì)條件下保護(hù)層開采比水力沖孔卸壓更充分、更均勻，再一次證明了保護(hù)層開采在防治煤與瓦斯突出中的重要性。
　　初步形成