缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采设计研究

论文摘要

本文以南桐煤矿缓倾斜多煤层下保护层开采工作面为研究对象,通过对保护层开采区域进行工业性试验,确定了工作面开采后的瓦斯压力变化规律;以此为基础,结合保护层工作面的实际情况建立了有限变形下的煤岩固气动态耦合模型,从而获得了保护层开采后卸压瓦斯抽采钻孔优化的基础数据;通过分析多煤层下保护层开采的煤岩卸压特点及卸压瓦斯流动规律,结合现场工业性试验,基于保护层开采的“卸压增透效应”,对其卸压瓦斯抽采参数进行了优化设计,给出了南桐煤矿缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采的优化设计参数,并验证了其优越性。综上所述,本文主要的研究成果及结论如下:①通过对被保护层考察钻孔瓦斯动力参数变化规律进行工业性测试,分析得到随着保护层工作面的推进,瓦斯压力可以分为正常压力带、压力集中带、过渡变化带和充分卸压带。同时,经测试获得被保护层K4煤层的原始瓦斯压力为3.1Mp。②以保护层开采的卸压流动理论为基础,建立了考虑煤层孔隙率与低渗透煤层渗透率的动态变化的多煤层下保护层开采的固气动态耦合模型;通过模型分析,获得了下保护层开采后被保护层的应力分布规律及保护层开采对被保护层卸压瓦斯抽采钻孔周围的瓦斯压力、孔隙率和渗透率的影响规律。③基于缓倾斜多煤层下保护层开采后被保护层的卸压规律和现场工业性试验中卸压瓦斯动力参数变化“四带”的范围,确定了被保护层卸压瓦斯的相关抽采参数。④在本文现场工业性试验和三维数值模拟的基础上,基于保护层开采的“卸压增透效应”,通过分析多煤层下保护层开采的上伏卸压岩体移动特性及卸压瓦斯运移规律,确定了适合试验区域的卸压瓦斯抽采的最优设计参数,并对其实际应用进行了效果监测。监测结果表明,采用本文设计的卸压瓦斯抽采的优化布置参数使卸压瓦斯平均抽采率达到43%。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出、研究的目的及意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 保护层开采的应用现状
• 1.2.2 保护层开采机理的研究现状
• 1.2.3 卸压瓦斯抽采的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容、技术路线
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 倾斜煤层采动覆岩运动及瓦斯运移理论
• 2.1 概述
• 2.2 煤层采动覆岩运动理论
• 2.2.1 采动覆岩运动假说
• 2.2.2 采动覆岩的破坏及移动
• 2.2.3 上覆岩层采动裂隙的形成机理及对瓦斯运移的影响
• 2.3 煤层采动瓦斯运移理论
• 2.3.1 瓦斯流动理论
• 2.3.2 煤层瓦斯流动的基本参数
• 2.4 本章小结
• 3 南桐煤矿下保护层开采保护效果的现场考察研究
• 3.1 概述
• 3.2 试验区概况
• 3.2.1 矿井开采概况
• 3.2.2 实验区概况
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 试验内容
• 3.3.2 试验布置
• 3.4 试验瓦斯参数测定
• 3.4.1 瓦斯压力的测定方法
• 3.4.2 煤层瓦斯参数测定结果及分析
• 3.5 本章小结
• 4 下保护层开采的数值模拟分析及卸压瓦斯抽采优化设计
• 4.1 概述
• 4.2 煤层气固耦合数值模型
• 4.2.1 煤体孔隙率的动态模型
• 4.2.2 煤层瓦斯渗流方程
• 4.2.3 含瓦斯煤岩流固耦合应力场方程
• 4.3 保护层开采的数值模拟
• 4.3.1 数值模型的建立
• 4.3.2 数值模型的结果分析
• 4.4 被保护层K4 煤层的卸压瓦斯抽采优化设计
• 4.4.1 抽放设计的基本原则
• 4.4.2 抽采方法的选择
• 4.4.3 卸压瓦斯抽采钻孔的布置
• 4.5 下保护层开采的卸压瓦斯抽采效果
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要的研究成果及结论
• 5.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录： 作者在攻读学位期间发表的论文目录