上保护层双工作面卸压开采数值模拟与瓦斯治理技术研究

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保护层与被保护层工作面等宽布置是煤矿井下综采工作面采煤设施实现等量且连续使用的重要技术手段。本文以保护层开采、瓦斯抽采与煤与瓦斯突出防治理论为指导,结合祁南煤矿82采区煤层瓦斯赋存地质工程概况,采用理论分析、数值模拟、现场考察相结合的手段,对82采区上保护层双工作面6123与6125工作面依次卸压开采后被保护层工作面7225与7227工作面卸压效果进行了研究,主要成果如下:(1)基于矿压理论,采用弹性力学知识构建了上保护层双工作面开采倾向方向底板竖直附加载荷力学模型,从力学上揭示了上保护层双工作面开采下伏煤岩体的应力分布规律,研究了上保护层双工作面开采后下部被保护煤层的卸压特征。研究结果表明,上保护层双工作面开采倾向方向采空区底板下伏煤岩体形成了“勺形”连续应力增量减小区,应力增量较大区则位于双工作面外侧煤壁内部。(2)基于有限元理论,采用FLAC3D数值模拟软件,建立了上保护层双工作面开采三维立体模型。对比分析祁南煤矿上保护层6123、6125工作面依次开采后下伏72煤垂直应力场、垂直位移场随工作面推进的时空演变规律;同时考察了被保护层72煤的膨胀变形量,得出了数值模拟实验后的倾向与走向方向的卸压保护范围;基于82采区的煤层与瓦斯赋存的地质条件,在6125工作面底板运输大巷分别实施了对7225工作面走向与倾斜方向的科研考察钻孔,获得了上保护层6号煤层6125工作面回采后被保护煤层72号煤7227回采工作面实测的卸压保护范围,鉴于实测结果与数值模拟的对比看出数值模拟实验值和现场实测验证数值较为接近,且均在实测卸压范围之内。(3)基于上述理论分析与现场考察结果,对祁南煤矿82采区保护层开采过程中的瓦斯治理模式进行了研究,“通风措施+采空区半密闭埋管+高位巷钻孔+底板密集型穿层钻孔”瓦斯治理方案实施后,通过瓦斯抽采量及浓度与工作面推进过程中的变化趋势,不难发现,该瓦斯治理方案的应用效果良好,卸压消突效果明显,为煤矿安全、高效生产提供了保障。本文研究结果对与本矿相似的采区和其它煤层瓦斯赋存条件相似的矿井,具有一定的借鉴与指导作用。
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