【摘要】：我國(guó)西北地區(qū)煤炭資源埋藏淺,表土層薄,但是煤層厚度大,且層數(shù)多,多為煤層群開(kāi)采。因此在工作面開(kāi)采過(guò)程中,上下鄰近層瓦斯涌出的不同特點(diǎn),將對(duì)采動(dòng)瓦斯的治理帶來(lái)不同的影響。 掌握不同開(kāi)采條件下采動(dòng)瓦斯分布規(guī)律,可以為分析采動(dòng)瓦斯涌出后對(duì)瓦斯進(jìn)行抽放提供理論依據(jù),是治理瓦斯的前提。而研究不同條件下采空區(qū)上覆巖層的變形破壞規(guī)律,確定采動(dòng)上覆巖石“三帶”的范圍,也是掌握采動(dòng)瓦斯流動(dòng)規(guī)律并最終進(jìn)行采動(dòng)瓦斯抽放的關(guān)鍵和前提。 因此,研究煤層群開(kāi)采條件下,不同開(kāi)采順序所造成的覆巖變形破壞規(guī)律以及由此帶來(lái)的采動(dòng)瓦斯分布規(guī)律,將為礦井回采工作面及上隅角瓦斯治理問(wèn)題帶來(lái)理論依據(jù),具有重要的學(xué)術(shù)意義,也具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。論文依托內(nèi)蒙古科技廳重大項(xiàng)目“烏達(dá)礦區(qū)高瓦斯礦井瓦斯抽采技術(shù)及綜合利用研究”,以五虎山煤礦生產(chǎn)實(shí)際為基礎(chǔ),針對(duì)煤層群開(kāi)采條件下采動(dòng)瓦斯分布規(guī)律和治理技術(shù),從以下幾個(gè)方面展開(kāi)了研究并得出結(jié)論： (1)通過(guò)煤巖樣品的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,獲得了煤層及頂板的密度、彈性模量、泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度等基本物理力學(xué)參數(shù),為接續(xù)研究工作的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。 (2)通過(guò)理論分析,在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上,建立采動(dòng)瓦斯分布的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)模型進(jìn)行量化求解。 (3)采用理論分析和數(shù)值模擬的方式研究煤層群開(kāi)采過(guò)程中采動(dòng)空間應(yīng)力、裂隙分布規(guī)律。 根據(jù)應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果,首采上層煤時(shí),垮落帶最大高度約為10.9m,斷裂帶最大高度約為22.9m。首采下層煤時(shí),垮落帶最大高度約為14.8m,斷裂帶最大高度約為距本煤層頂板49.4m。 覆巖裂隙場(chǎng)研究結(jié)果表明：覆巖裂隙場(chǎng)內(nèi),裂隙數(shù)量分布以兩邊為多,中部較少,在關(guān)鍵層下部的巖層往往產(chǎn)生較大的離層空間；覆巖底部,孔隙率較大,孔隙率曲線沿走向呈現(xiàn)馬鞍狀。 (4)在理論分析和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,研究了上、下鄰近層對(duì)開(kāi)采層工作面采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律,得出了不同瓦斯涌出來(lái)源(上鄰近層和下鄰近層)條件下尾巷對(duì)采空區(qū)瓦斯流動(dòng)的影響規(guī)律,總結(jié)形成回采空間采動(dòng)瓦斯流場(chǎng)分布規(guī)律。 (5)頂板走向高位鉆孔布孔參數(shù)設(shè)計(jì)及參數(shù)合理化研究。根據(jù)前面的研究成果結(jié)合試驗(yàn)工作面的具體情況,設(shè)計(jì)3-4組不同鉆孔數(shù)量、鉆孔深度的頂板走向高位抽放鉆場(chǎng),通過(guò)考察鉆孔抽采量與推進(jìn)距離、推進(jìn)速度、抽采時(shí)間等抽采參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。 理論分析和現(xiàn)場(chǎng)考察結(jié)果表明： 1)首采下層煤時(shí),工作面回風(fēng)巷內(nèi)施工的各個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)的下、中和上分層鉆孔與工作面推進(jìn)均有一個(gè)時(shí)空關(guān)系,但下分層鉆孔處于裂隙發(fā)育區(qū)段的時(shí)間最長(zhǎng),整體抽放效果最好；上分層抽放效果次之,中分層鉆孔效果最差。 2)首采上層煤時(shí),工作面高位鉆孔考察結(jié)果證明鉆孔抽采的適宜層位與前述“三帶”范圍的理論分析基本一致；工作面高位鉆孔抽采效果不佳,同樣表明了尾巷對(duì)采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)分布的研究是正確的。 通過(guò)以上幾個(gè)方面的系統(tǒng)研究,掌握了試驗(yàn)工作面的瓦斯涌出來(lái)源,確定了回采工作面采動(dòng)瓦斯分布規(guī)律、頂板走向高位鉆孔與工作面回采的時(shí)空演化關(guān)系和頂板走向高位鉆孔合理化參數(shù),總結(jié)形成了適合五虎山煤礦開(kāi)采條件下的瓦斯治理技術(shù),為該礦回采空間的瓦斯治理提供了技術(shù)支持。
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【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2325799