【摘要】：在煤礦生產(chǎn)過程中,隨著開采強度的增大,開采深度的增加,我國賦存優(yōu)越的煤層大幅度減少,煤礦開采環(huán)境也越來越復雜,高地應力及復雜瓦斯賦存條件下所引發(fā)的煤巖瓦斯動力災害給煤礦安全帶來了更大的威脅,煤巖瓦斯動力災害來勢突然猛烈,造成較為嚴重的人員傷亡事故,導致巨大的經(jīng)濟損失,成為煤礦生產(chǎn)過程中最為嚴重的一種災害,至今未得到根本性的控制。本文以皖北煤電集團朱集西煤礦11-2煤層典型的煤巖瓦斯動力災害工作面為研究對象,通過實驗室測試、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場工業(yè)性試驗等綜合研究手段,進行煤巖瓦斯力學特征參數(shù)測試、致災機理分析、煤巖瓦斯動力災害分類屬性鑒定、采煤工作面煤與瓦斯動力危險區(qū)域劃分,有針對性地制定綜采工作面回采過程中煤巖瓦斯動力災害的綜合防治體系,為其災害治理提供依據(jù)與支撐,以期對其他相似條件的礦井開展煤巖瓦斯動力災害防治工作提供重要參考和理論指導,本文取得的主要研究成果和相關結論如下:(1)礦井11-2煤層瓦斯壓力較小,沿傾斜方向不明顯,局部瓦斯壓力較大,瓦斯含量較小,瓦斯解吸特性差,瓦斯參與煤巖動力能力較弱;煤層處于N2-CH4與CH4帶的過渡復雜瓦斯地帶;瓦斯壓力、含量賦存規(guī)律性差。11-2煤層距地表垂深1000m左右,處于高地應力及超高應力危害區(qū)域,根據(jù)實驗室煤、巖樣沖擊傾向性測試結果,煤層硬煤樣具有弱沖擊傾向性;煤層頂板砂巖巖層具有強沖擊傾向性。(2)指出在含瓦斯礦井進行深部開采時,煤與瓦斯突出和沖擊地壓具有關聯(lián)性,沖擊地壓的發(fā)生會誘發(fā)瓦斯涌出,進而產(chǎn)生突出事故;煤與瓦斯突出也是沖擊地壓發(fā)生的助推力。因此,在對煤巖動力災害進行監(jiān)測時,沖擊地壓應與瓦斯聯(lián)合監(jiān)測,互為預警。(3)根據(jù)煤與瓦斯突出和沖擊地壓發(fā)生的能量本質,分析其能量來源,建立了煤巖動力災害發(fā)生的能量方程:E_e+E_f+E_d=E_e+E_r,即在煤礦生產(chǎn)過程中煤巖體中積聚的彈性應變能和煤體中的瓦斯膨脹能導致了煤巖體發(fā)生破壞并被拋出,瓦斯參與程度的不同決定了煤巖瓦斯動力災害的發(fā)生形式。從能量角度分析了煤巖系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)破壞的能量傳遞過程,并提出了動力災害發(fā)生的判斷準則。(4)運用數(shù)值模擬研究了朱集西礦11-2煤層工作面回采過程中不同地質條件下工作面應力、瓦斯壓力和煤體塑性變形區(qū)的變化規(guī)律,并分析了突出發(fā)生的危險性,論證了煤體發(fā)生突出的危險性與埋深、瓦斯壓力的大小成正比,與煤厚的大小成反比�；�11-2煤層的具體工程地質條件,指出在此三種影響因素的綜合作用下,離工作面較近范圍內易形成高應力區(qū),較易發(fā)生突出現(xiàn)象,應做好預防預警工作。(5)在工作面范圍內劃分出高地應力動力危險區(qū)域,并劃分出四塊區(qū)域為煤與瓦斯突出危險區(qū)域,運用沖擊地壓危險綜合指數(shù)法和多因素耦合法對整個工作面地應力動力危險進行預測及劃分,判定工作面見方區(qū)域,斷層、褶曲區(qū)兩側,停采線區(qū)分別為強、中等危險區(qū),工作面其它正�；夭蓞^(qū)域為弱危險區(qū)。在工作面重點防患區(qū)應進行連續(xù)性的煤與瓦斯危險性鉆孔工作面指標區(qū)域驗證,而在一般防患區(qū)可以間隔30~50m進行煤與瓦斯危險性鉆孔工作面指標區(qū)域驗證。(6)在地應力動力危險綜合指數(shù)法及多因素疊加法綜合區(qū)域預測基礎上,結合煤與瓦斯突出瓦斯地質法區(qū)域預測,采用區(qū)域瓦斯預抽達標、卸壓、注水降低煤層沖擊傾向性的復合區(qū)域措施,以及強化支護、優(yōu)化采掘工藝與速度、區(qū)域防突(沖)措施效果檢驗、工作面超前支承壓力及支架工作阻力在線監(jiān)測、鉆屑指標等動力危險預測、淺孔動壓注水和鉆孔卸壓的局部措施補充的“先區(qū)域、后局部”綜合防治體系,以達到全方位、立體化防治礦井煤巖瓦斯動力災害的目的。(7)在掌握工作面煤系地層瓦斯賦存及災害特點基礎上,及時優(yōu)化瓦斯治理措施工程,實現(xiàn)安全技術經(jīng)濟一體化目標。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD712;TD32

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本文編號：2394804