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解析:极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术

 

【摘要】采用数值模拟和现场试验相结合的方法,系统地研究了极薄保护层钻采过程中上覆被保护煤层地应力及煤层变形的变化规律和煤层卸压瓦斯流动及瓦斯抽采规律。极薄保护层钻采后,被保护煤层弯曲下沉、卸压膨胀变形,煤层透气性提高了403倍,通过向被保护煤层施工网格式上向穿层钻孔进行卸压瓦斯抽采,被保护煤层瓦斯压力和瓦斯含量降低,消除了煤与瓦斯突出危险,成功实现了矿井安全高效生产。

极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术
1、被保护煤层地应力变化曲线
被保护煤层地应力变化规律被保护煤层地应力随极薄保护层钻采的变化关系曲线如图 2 所示。分析图 2 可以得到以下结论:(1)当极薄保护层钻采 18 m时,煤层在一定区域出现卸压现象,煤层透气性增加,但是煤层的卸压范围小,卸压程度低。同时被保护煤层在一定区域形成 图1 试验式钻采示意图


极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术
2、试验式钻采示意图
覆二1煤层的卸压保护效果。钻采示意图如图 1 所示。文中数值模拟采用 UDEC数值模拟软件,数值模型采用二维平面应变模型。针对数值模拟主要研究钻采一9煤层对上覆二1煤层的卸压保护效果,且层间 3.5 m 厚坚硬 L9灰岩和 5.5 m 厚细砂岩是影响二1煤层卸压效果的关键岩层,所以模型上边界取至二1煤层以上 19.8 m,模型下边界取至一9煤层以下 31.5 m即可。数值模型的尺寸为:水平方向取 200m,垂直方向取 78 m。模型上部的岩层重量采用荷载代替。根据模型几何尺寸的划分,相应层位煤岩体的物理力学参数如表 1 所示。模型采用分步开挖的开采方式,每步开挖 1.5 m


极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术
3、被保护煤层变形变化曲线
被保护煤层变形变化规律被保护煤层变形随极薄保护层钻采的变化关系曲线如图 3 所示。分析图 3 可以得出以下结论:(1)随着工作面继续向前钻采,煤层膨胀变形逐渐增大,当极薄保护层钻采 54 m 时,被保护煤层最大膨胀变形量为 16 mm,相对变形为 2‰。随着工作面钻采距离的进一步增大,由于上覆煤岩体产生缓慢弯曲下沉,被保护煤层逐渐被压实,煤层膨胀变形也逐渐减小,达到一定值后便趋于稳定,当极薄保护层钻采81 m 时


极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术
4、深部基点法测二
卸压瓦斯抽采方法及瓦斯抽采效果研究表明,被保护层中的卸压瓦斯不会涌入保护层工作面,只是在被保护煤层的顺层张裂隙中流动。针对被保护煤层采动裂隙分布特征和卸压瓦斯具有较好顺层流动条件的特点,采用在极薄保护层工作面底抽巷施工穿层钻孔的瓦斯抽采方法,底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法如图 4 所示


极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术
5、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法
具有较好顺层流动条件的特点,采用在极薄保护层工作面底抽巷施工穿层钻孔的瓦斯抽采方法,底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法如图 5 所示[7]。在极薄保护层一9煤层工作面施工 2 条底抽巷,即 11011 底抽巷和 11031 底抽巷,巷道方向与煤层走向一致。在底抽巷每隔 10 m 布置一个长度为 5m 的钻场,在每个钻场沿工作面倾向向二1煤层施工 9 个穿层钻孔,钻孔直径为 75 mm,钻孔间距为 7m(相邻钻孔与二1煤层中厚面交点的距离),钻孔穿过二1煤层顶板 0.5 m 以上,这样在二1煤层卸压?


极薄保护层钻采上覆突出煤层卸压瓦斯抽采技术
6、瓦斯抽采量随时间的变化
顺层张裂隙向抽采钻孔汇集,经瓦斯抽采管路抽到地面。图 6 为试验区卸压瓦斯抽采量随时间的变化关系曲线。在极薄保护层钻采初期瓦斯抽采量最大为1 m3/min,平均为 0.49 m3/min,随着极薄保护层不断向前钻采,瓦斯抽采量急剧增大,瓦斯抽采量最大为3.5 m3/min,平均为 1.5 m3/min,高效瓦斯抽采期为 2个月,当连续抽采时间超过 9 个月以后,煤层瓦斯抽采率达到 64%。矿井现场试验研究表明