采放比對煤與瓦斯突出危險性的影響.pdf

1、放頂煤開采是十分重要的厚煤層采煤方法。煤與瓦斯突出（簡稱“突出”）煤層放頂煤開采在我國至今仍存在有利于抑制和增加突出危險性兩種截然相反的學術觀點;現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》禁止突出煤層放頂煤開采及其采放比*確定依據(jù)也欠充分。本論文針對長壁式放頂煤開采采高一定不同采放比對突出危險性的影響進行了研究，以探索突出厚煤層放頂煤開采的安全性、可行性、存在問題及其防治對策，為其安全開采提供技術基礎理論與依據(jù)。
　　在調(diào)查突出厚煤層放頂煤開采及研究現(xiàn)

2、狀基礎上，從瓦斯地質(zhì)、工程技術兩方面分析了突出影響因素，發(fā)現(xiàn)該采煤方法的采放比技術參數(shù)對突出的影響效應復雜。放頂煤、采煤機割煤及炮采落煤工藝對突出影響存在差異，采放比是主要敏感安全參數(shù)，而放頂煤工作面寬度、支架高低位頂煤方式、回采速度等因素處于從屬地位。
　　在總結(jié)長壁式放頂煤開采支承壓力分布一般規(guī)律研究成果基礎上，對初采期首輪放煤應力分布采用FLAC3D軟件進行模擬，得到頂板來壓前的初采期放頂煤圍巖應力重新分布會導致采煤分層前、

3、后方煤壁附近應力集中且工作面應力梯度有增大趨勢;這與頂板來后的正常期隨采高或采放厚度增加卸壓區(qū)及集中應力區(qū)寬度增加、峰值應力集中系數(shù)及工作面應力梯度降低的趨勢不同。
　　針對放頂煤開采復雜動、靜態(tài)力學作用過程，基于瞬態(tài)動力運動方程采用有限元ANSYS10.0瞬態(tài)分析模塊分析了某礦煤系條件采高2.5m、采放比1∶3的初采期和及正常期放頂煤的應力、應變及彈性能釋放演化分布等力學特征，以及不同采放比、頂板來壓對其力學特征效應，發(fā)現(xiàn)初次放

4、煤過程附近10m應力隨時間變化，不同采放比應力峰值分布在放煤附近6m左右，工作面前、后方煤壁附近應力梯度增大。初采期首次放煤所釋放彈性能是第二次放煤的3.5倍左右;采放比增加，放煤口附近20m范圍內(nèi)釋放彈性能增加。初采期首次放頂煤在相同時間內(nèi)采放比在1∶3范圍內(nèi)增加不明顯;超過1∶3范圍，其彈性能釋放增加顯著。放項煤在頂板初次來壓、周期來壓和正?；夭善趶椥阅茚尫欧謩e分布在工作面前方25m、30m、40m，工作面中部較兩側(cè)釋放多，且隨采放

5、比增加而增大。頂板來壓時彈性能釋放具有集中性，初次來壓是正?；夭傻膬杀抖啵冶戎芷趤韷簳r多;工作面附近煤體位移在頂板初次、周期來壓期間顯著增加。正?；夭蛇^程彈性能釋放集中在工作面前方20m，且隨采放比增加增幅減緩、釋放范圍有增加趨勢;同時，工作面卸壓區(qū)寬度增大、應力峰值集中系數(shù)減小。
　　基于初采期切眼簡化為圓形巷道彈塑性、流變等理論分析:頂煤及切眼巷道兩側(cè)煤壁附近一定范圍內(nèi)產(chǎn)生卸壓帶;小采放比的頂煤處于切眼巷道卸壓影響范圍內(nèi)時，

6、放項煤對突出危險影響小;反之，大采放比的頂煤處于切眼巷道產(chǎn)生的集中應力影響范圍內(nèi)時，放頂煤則增加了突出危險。
　　此外，基于煤層瓦斯含量滿足朗格繆爾方程、瓦斯流動過程等溫且符合達西定律條件，建立了工作面煤層支承壓力與瓦斯?jié)B流隨時間變化的三維方程，采用ANSYS10.0熱分析模塊對放頂煤工作面切眼巷道、初采期放頂煤瓦斯流動場時空演化分布特征進行模擬，發(fā)現(xiàn)切眼巷道瓦斯排放寬度約為采高3倍，初采期首次放煤過程附近產(chǎn)生的瓦斯壓力梯度比第二

7、次放煤的瓦斯壓力梯度大，首采放煤突出危險較第二次放煤突出危險大。
　　根據(jù)放數(shù)值模擬、理論分析及現(xiàn)場資料統(tǒng)計分析等綜合研究，發(fā)現(xiàn)了采放比對煤與瓦斯突出危險性的影響規(guī)律。初采期，煤層厚度10m、采放比1∶3以內(nèi)，采放比對突出危險影響不大;超過此范圍，采放比增加，突出危險性增大。正常回采期，采放比增大可以一定程度緩解地應力主導型突出危險。
　　基于突出礦井兩級“四位一體”綜合防治技術體系，初步總結(jié)出突出煤層放頂煤開采合理巷道布置