阳煤一矿煤层群综采工作面瓦斯综合治理应用研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bluegini2008
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近距离煤层群在采动条件下,覆岩破坏及应力分布演化规律更为复杂,特别是上覆煤层开采过程中,下伏煤层覆岩应力重新分布而产生大量裂隙,致使下伏煤层瓦斯涌入上覆煤层开采区域。针对这一问题,本文以阳煤一矿12#煤层81403综采工作面为研究对象,通过数值模拟和理论分析相结合的方式,对上覆煤层回采过程中应力分布及变化规律、不同通风抽采方式下瓦斯及流场分布规律进行分析研究,在此基础上,根据煤层群综采面应力分布变化及瓦斯运移规律的实际情况,提出适用于煤层群综采面采空区的瓦斯治理方法,并应用于具体工作面回采实践。主要成果如下:通过理论研究和FLAC3D数值模拟方式,对不同回采时期围岩应力的分布特征、应力演化的规律及影响范围进行分析。模拟分析结果表明,在上覆煤层回采过程中,底板应力总体显现为压缩、膨胀、恢复这样的周期,并随着工作面推进而循环。支撑应力的总体形状呈现“M”型,当工作面回采至200m时,卸压影响区域可达120m,垂直应力的最大值可达33MPa,下伏煤层最大压缩变形量为2.2‰;相对膨胀最大值为7.7‰。根据81403综采工作面实际条件,建立U型通风、U+L型通风、U型+高抽巷通风三种不同条件下的FLUENT数值模拟模型,通过分析采空区瓦斯浓度、z=1m处瓦斯浓度、工作面倾向瓦斯浓度变化情况,结合经济分析指标,确定合理通风抽采方式。研究表明,U型+高抽巷型通风条件下,高抽巷设置在煤层上方20m,距离回风巷内错25m,高抽巷瓦斯浓度在10%~20%之间,抽采量稳定在10~30m~3/min之间,工作面瓦斯浓度最大值0.48%,上隅角浓度保持在0.3%以下的较低水平。最终,确定U型+高抽巷通风方式符合安全回采相关要求。在数值模拟结论基础上,通过结合81403综采工作面实际情况结合矿井生产实践经验,提出采用本煤层预抽、高抽巷、高位钻孔、采空区埋管等综合瓦斯治理措施。开采期间,顺层预抽孔抽采时间内共抽采瓦斯257.5万m~3,瓦斯抽采率为61.8%,高抽巷平均抽采纯量12.9m~3/min,平均浓度36.1%,高位钻孔平均抽采纯量5.1m~3/min,平均浓度51.2%,采空区埋管平均抽采纯量2.5m~3/min,平均浓度6.7%,平均瓦斯抽采率达89.9%。以上数据表明,通过综合瓦斯治理措施的应用,回风巷及上隅角瓦斯浓度在1%以下,符合相关规程要求,能够保证工作面的安全回采。
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