近距离倾斜上保护层卸压范围与卸压瓦斯抽放研究

论文摘要

目前，开采保护层是防治煤与瓦斯突出中施工最简单、效果最好、成本最低的区域性措施。然而如何准确划定卸压保护范围和有效抽放被保护层的卸压瓦斯已成为开采保护层亟待解决的关键性技术。本文针对近距离倾斜上保护层开采，以神华天荣煤矿保护层开采为工程研究背景，在矿山压力以及弹性力学、保护层机理、煤与瓦斯突出等理论基础上，采用弹性力学计算、数值模拟分析和现场试验方法，系统研究了近距离倾斜上保护层卸压范围和卸压瓦斯抽放技术。通过弹性力学分析得出保护层开采后底板岩层的破坏规律以及最大破坏深度34.98m。采用UDEC数值模拟方法，分析得到采后围岩应力应变及裂隙分布规律。根据上保护层开采后的应力卸压保护规律和煤层膨胀变形保护规律，确定上保护层沿走向卸压角为51°，沿倾向卸压角为71°和55°；而现场试验所确定沿走向方位的卸压角为50°，沿倾向方向的卸压角为70°和51°。根据数值模拟试验与现场试验分析可得：两种方法获得的结论基本一致，也相互验证其正确性。运用数值模拟和现场试验对抽放钻孔参数进行优化可得：被保护层滞后卸压距离应为层间垂距的2.8~3倍；进风巷抽放钻孔与巷道中心线最小夹角为29°~30°；回风巷抽放钻孔与巷道最小中心线最小夹角为45°~49°。经过对二1煤进行为期一个月的卸压瓦斯抽放后，对被保护层进行效果检验和区域验证，结果表明二1煤瓦斯压力、瓦斯平均解吸值Δh2、K1均低于指标值。说明开采保护层开采结合抽放卸压瓦斯的方法能有效降低了突出煤层的瓦斯压力，彻底消除了突出煤层的危险性。本文的研究成果可进一步丰富上保护层开采技术，对煤与瓦斯突出矿井安全生产具有重要的意义，同时为类似采矿地质条件下的准确定量划定保护范围、合理布置卸压瓦斯抽放钻孔提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景、研究目的及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 保护层开采卸压范围划定研究现状
• 1.2.2 国内外保护层卸压瓦斯抽放研究现状
• 1.2.3 保护层开采理论研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 近距离倾斜上保护层开采底板岩层受力及破坏规律研究
• 2.1 近距离倾斜上保护层开采后底板岩体应力分布变化规律
• 2.2 近距离倾斜上保护层开采后底板岩体位移变化规律
• 2.3 近距离倾斜上保护层开采后底板破坏深度分析
• 3 近距离倾斜上保护层开采保护范围划定研究
• 3.1 传统保护范围划定方法
• 3.1.1 保护层与被保护层之间的有效垂距
• 3.1.2 卸压角划分
• 3.2 近距离倾斜上保护层数值模拟研究
• 3.2.1 UDEC 程序简介
• 3.2.2 天荣矿地质情况
• 3.2.3 近距离倾斜上保护层模型建立
• 3.2.4 近距离倾斜上保护层开采后围岩裂隙变化
• 3.2.5 近距离倾斜上保护层开采后应力变化研究
• 3.2.6 近距离倾斜被保护煤层变形变化规律
• 3.2.7 近距离倾斜被保护层开采后卸压保护范围
• 4 近距离倾斜上保护层卸压瓦斯抽放
• 4.1 煤层瓦斯赋存状态
• 4.2 瓦斯运移基本规律
• 4.3 瓦斯抽放设计所需的基础资料
• 4.3.1 矿井概括
• 4.3.2 瓦斯基础参数
• 4.4 瓦斯抽放工艺参数
• 5 近距离倾斜上保护层开采后现场抽放试验研究
• 5.1 现场试验内容
• 5.1.1 抽放试验考察钻场的设计
• 5.1.2 抽放试验考察钻场的施工
• 5.2 根据现场瓦斯抽放试验确定二1煤层被保护层的卸压保护范围
• 5.2.1 二1煤层被保护层沿倾向卸压保护范围的确定
• 5.2.2 二1煤层被保护层沿走向卸压保护范围的确定
• 5.3 抽放钻孔参数优化
• 6 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的效果检验和区域验证
• 6.1 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的效果检验
• 6.1.1 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的效果检验方法和步骤
• 6.1.2 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的效果检验结果分析
• 6.2 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的区域验证
• 6.2.1 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的区域验证方法和步骤
• 6.2.2 近距离倾斜上保护层开采后被保护层的区域验证结果分析
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢