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低透气性富含瓦斯煤层群卸压开采机理及应用研究
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摘要
开采保护层进行瓦斯抽采是预防煤与瓦斯突出最有效、最经济的区域性防突技术措施;而保护层卸压开采效应与开采因素密切相关。本文综合运用理论分析、数值计算、相似材料模拟及现场工程试验等方法,建立了低透气性煤层群下保护层卸压开采采场覆岩3个数值模型;深入研究了层间距、采高、岩性、煤层倾角、有无硬岩层等主要开采因素对下保护层卸压开采效应的影响;依据相同开采条件(层间距),详细分析了不同采场覆岩数值模型采动过程覆岩位移位移场、应力场与裂隙场动态演化和时空分布特征:研究了低透气性富含瓦斯煤层群下保护层卸压开采采动覆岩移动变形规律、采动岩体裂隙动态演化与分布规律、卸压煤层膨胀变形特征及卸压特征参数;基于3DMAX软件平台,开发了瓦斯抽采钻孔三维设计软件;上述研究成果在淮南潘谢矿区B组煤开采瓦斯治理中得到应用,取得了良好的社会和经济效应。
Gas extraction during protective seam mining is one of the most effective, economic measures against of coal and gas outburst; and effects of protective seam mining are closely related with protected seam pressure relief effects. In this thesis, mechanical model of stope overburden was established during the low permeability coal seams mining through theoretical analysis. Aiming to different mechanical models of the stope overburden, the effects of main mining factors on the protective seam were discussed by numerical calculation, and the effects of the pressure relief in protected seam were analyzed quantitatively. Based on the same extraction conditions (seam spacing) and, displacement vector fields of the overburden in the stope; the characteristics of displacement field and stress field evolution, fracture field, temporal and spatial distribution before and after fracture of hard rock strata were studied. By similar material simulation experiment, overburden displacement field, stress field and fracture field dynamic evolution of the lower protective seam mining in low permeability gas-rich coal seams were analyzed. Gas control programs were made by the selection of key protective seam. The software of gas extraction boreholes design was developed by 3DMAX software platform. The research results have been applied in Huainan coal mine district and achieved good social and economic effects.
引文
[1]孙继平.瓦斯综合防治方法研究[J].工矿自动化,2011(2):1-5
    [2]周世宁,鲜学福,朱旺喜.煤矿瓦斯灾害防治理论战略研讨[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001
    [3]罗新荣.煤层甲烷储运理论与预测方法[J].矿业安全与环保,1999,26(4):23-25
    [4]李树刚,李生彩,林海飞,等.卸压瓦斯抽取及煤与瓦斯共采技术研究[J].西安科技学院学报,2002,22(3):247-249
    [5]Shugang Li, Minggao Qian, Jialin Xu. Simultaneous Extraction of Coal and Coal Bed Methane in China. Mining Science and Technology'99(Edit by Heping Xie),1999, (10):357-360
    [6]李树刚,钱鸣高.我国煤层与甲烷安全共采技术的可行性[J].科技导报,2000,(6):39-41
    [7]王家臣,范志忠.厚煤层煤与瓦斯共采的关键问题[J].煤炭科学技术,2008,36(2):1-5
    [8]艾鲁尼AT.煤矿瓦斯动力现象的预测与预报[M].唐修义.译.北京:煤炭工业出版社,1992
    [9]于不凡,解放层的某些理论问题[J].煤炭学报,1980(4):36-43
    [10]程远平,俞启香.煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系及应用[J].中国矿业大学学报,2003,32(5):471-475
    [11]俞启香,程远平,蒋承林,等.高瓦斯特厚煤层煤与卸压瓦斯共采原理及实践[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):127-131
    [12]周世宁,赵文华,张仁贵.煤与瓦斯卸压共采理论及乌兰矿的应用[J].西北煤炭,2006,4(1):14-17
    [13]杨大明,俞启香.缓倾斜下解放层开采后岩层地应力变化规律的研究[J].中国矿业学院学报,1988(1)
    [14]汪理全,李中颃.煤层(群)上行开采技术[M].煤炭工业出版社,1995
    [15]欧聪,李日富,谢向东等.被保护层保护效果的影响因素研究[J].矿业安全与环保,2008,35(4):8-13
    [16]涂敏,缪协兴,黄乃斌.远程下保护层开采被保护煤层变形规律研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(3):253-257
    [17]涂敏,黄乃斌,刘宝安.远距离下保护层开采上覆煤岩体卸压效应研究[J].采矿与安全工程学报,2007,24(4):418-421
    [18]XU Naizhong, TU Min, LI Shengli, et al. Simulation on the Seepage Properties of Pressure-relief Coal Seam Based on RFPA2D-Gasflow[C]. In:Proceedings of 2010 International Symposium on Coal Mine Gas Control(YUAN Liang, eds.). Xuzhou:China University of Mining and Technology Press,2010:237-242(in Chinese)
    [19]XU Naizhong. Simulation on Pressure-Relief and Permeability Properties of Lower Protective Seam[C].In: 2010 International Symposium on Multi-field Coupling Theory of Rock and Soil Media and Its Applications(LIU Jianjun, Henry ZHANG, ZHAO Ruimei, eds.).Sydney-Australia:Orient Academic Forum,2010:27-31
    [20]XU Nai-zhong, HAN Lei. Pressure-relief effect of coal rock body of long distance lower protective seam mined based on FLAC3D[J].Journal of Coal Science & Engineering,2010,16(4):341-346
    [21]涂敏,付宝杰.低渗透性煤层卸压瓦斯抽采机理研究[J].采矿与安全工程学报,2009,26(4):433-436
    [22]石必明,刘泽功.保护层开采上覆煤层变形特性数值模拟[J].煤炭学报,2008,33(1):17-22
    [23]石必明.保护层开采覆岩变形移动特性及防突工程应用实践[M].北京:煤炭工业出版社,2008
    [24]马占国,涂敏,马继刚,等,远距离下保护层开采煤岩体变形特征[J].采矿与安全工程学报,2008,25(3):253-257
    [25]薛俊华,余国锋.远距离卸压开采关键层位置效应初探[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2008,16(3):29-33
    [26]刘洪永,程远平,赵长春,等.采动煤岩体弹脆塑性损伤本构模型及应用[J].岩石力学与工程学报,2010,29(2):358-365
    [27]刘洪永,程远平,赵长春,等.保护层的分类及判定方法研究[J].采矿与安全工程学报,2010,27(4):468-474
    [28]胡国忠,王宏图,袁志刚.保护层开采保护范围的极限瓦斯压力判别准则[J].煤炭学报,2010,35(7):1131-1136
    [29]杨威,林柏泉,屈永安,等.煤层采动应力场空间分布的数值模拟研究[C].2010(沈阳)国际安全科学与技术学术研讨会论文集,339-344
    [30]于不凡.开采解放层的认识与实践[M].北京:煤炭工业出版社,1986:1-3
    [31]王佑安.“pq位一体”综合防突措施[J].煤矿安全,2003,34(增):61-63
    [32]俞启香.天府煤矿远距离解放层解放效果考察研究[C]//煤矿瓦斯灾害防治理论研究与工程实践.徐州:中国矿业大学出版社,2005:12-46
    [33]程远平,俞启香,袁亮,等.煤与远程卸压瓦斯安全高效共采试验研究[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):132-136
    [34]程远平,俞启香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2007,24(4):383-390
    [35]胡国忠,王宏图,范晓刚,等.急倾斜俯伪斜上保护层保护范围的三维数值模拟[J].岩石力学与工程学报,2009,28(增1):2845-2852
    [36]袁志刚,王宏图,胡国忠,等.急倾斜多煤层上保护层保护范围的数值模拟[J].煤炭学报,2009,34(5):594-598
    [37]王宏图,洪松,胡国忠,等.急倾斜下保护层倾向保护范围数值模拟及验证[J].重庆大学学报,2009,32(6):629-632
    [38]范晓刚,王宏图,胡国忠,等.急倾斜煤层俯伪斜下保护层开采的卸压范围[J].中国矿业大学学报,2010,39(3):380-385
    [39]王家臣,邵太升,赵洪宝.上保护层厚度对保护层开采效果影响数值模拟研究[C].第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集,2010:103-107
    [40]陈炎光,钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994
    [41]宋振骐.实用矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988
    [42]姜福兴.煤矿采场顶板控制设计咨询系统研制[D].泰安:山东矿业学院,1988
    [43]许家林,钱鸣高.覆岩采动裂隙分布特征的研究[J].矿山压力与顶板管理,1997(3):210-212
    [44]钱鸣高,许家林.覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究[J].煤炭学报,1998,23(5):466-469
    [45]许家林,钱鸣高,金宏伟.岩层移动离层演化规律及其应用研究[J].岩土工程学报,2004,26(5):632-636
    [46]许家林,孟广石.应用上覆岩层采动裂隙“O”形圈特征抽放采空区瓦斯[J].煤矿安全,1995(7):2-4
    [47]许家林,钱鸣高.岩层采动裂隙分布在绿色开采中的应用[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):141-145
    [48]姜福兴,王春秋.采动覆岩空间结构及其与应力场的动态关系探讨[A].中国科协第46次“青年科学家论坛”文集[C].北京:科学出版社,1999:70-79
    [49]钱鸣高,许家林,缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报,2003,32(4):343-348
    [50]姜福兴,杨淑华,XUN Luo.微地震监测揭示的采场围岩空间破裂形态.煤炭学报,2003,28(4):357-360
    [51]汪华君,姜福兴,成云海,等.覆岩导水裂隙带高度的微地震(MS)监测研究[J].煤炭工程,2006(3):74-76
    [52]钱鸣高,缪协兴.采场上覆岩层结构的形态与受力分析[J].岩石力学与工程学报,1995,14(2):97-106
    [53]涂敏.煤层气卸压开采的采动岩体力学分析与应用研究[D].徐州:中国矿业大学,2008
    [54]钱鸣高,缪协兴.岩层控制中关键层的理论研究[J].煤炭学报,1996,21(3):225-230
    [55]茅献彪,缪协兴,钱鸣高.采动覆岩中关键层的破断规律研究[J].中国矿业大学学报,1998,27(1):39-42
    [56]缪协兴,茅献彪,钱鸣高.采动覆岩中关键层的复合效应分析[J].矿山压力与顶板管理,1999(3/4):19-21
    [57]钱鸣高,茅献彪,缪协兴.采场覆岩中关键层上载荷的变化规律[J].煤炭学报,1998,23(2):135-139
    [58]苏现波.煤层气储集层的孔隙特征[J].焦作工学院学报,1998,17(1):6-11
    [59]李树刚.综放开采围岩活动影响下瓦斯运移规律及其控制[D].徐州:中国矿业大学,1998
    [60]李树刚,石平五,钱鸣高.覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究[J].矿山压力与顶板管理,1999,(3-4):44-46
    [61]李树刚,钱鸣高,石平五.综放开采覆岩离层裂隙变化及空隙渗流特性研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(5):604-607
    [62]黄乐亭.采场覆岩两带高度与覆岩硬度的函数关系[J].矿山测量,1999(1):20-22
    [63]姜德义,蒋再文,刘新荣,等.覆岩离层注浆控制沉降技术及计算模型[J].重庆大学学报:自然科学版,2000,23(3):54-57
    [64]吴侃,王悦汉,邓喀中.采空区上覆岩层移动破坏动态力学模型的应用[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):34-36
    [65]刘文生,范学理,赵德深.覆岩离层充填技术的理论基础与工程实施[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2001,20(2):135-137
    [66]涂敏,刘泽功.综放开采顶板离层裂隙变化研究[J].煤炭科学技术,2004,32(4):44-47
    [67]谭云亮,何孔翔,马植胜,等.坚硬顶板冒落的离层遥测预报系统研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(8):1705-1709
    [68]黄志安.FLAC在确定沙曲矿裂隙带上下界中的应用[J].矿业研究与开发,2006,26(1):20-22
    [69]程远平,付建华,俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2009,26(2):127-139
    [70]袁亮,柏发松.煤与瓦斯突出防治技术应用研究[J].西安科技学院学报,2000,20(增):17-22
    [71]袁亮.瓦斯治理“十五”攻关项目在淮南矿区的试验研究[J].中国煤炭,2002,28(9):12-14
    [72]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992:167-177
    [73]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用手册:修订版[M].北京:煤炭工业出版社,2005:219-224
    [74]于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].北京:煤炭工业出版社,1986:1-47
    [75]中国矿业学院瓦斯组.煤和瓦斯突出的防治[M].北京:煤炭工业出版社,1979:1-4,160-165
    [76]国家煤矿安全监察局.瓦斯治理经验五十条[M].北京:煤炭工业出版社,2005:1-15
    [77]许家林,刘华民.采空区瓦斯抽放钻孔布置的研究[J].煤炭科学技术,1997,25(4):28-30
    [78]李荣强,申子民,王居胜.低位短孔抽放上部邻近煤层卸压瓦斯研究与应用[C].2006第六届国际煤层气研讨会,138-142
    [79]周福宝,夏同强,刘应科,等.地面钻井抽采卸压煤层及采空区瓦斯的流量计算模型[J].煤炭学报,2010,35(10):1638-1643
    [80]李日富,梁运赔,张军.地面钻孔抽采采空区瓦斯效率影响因素[J].煤炭学报,2009,34(7):942-946
    [81]冯立杰,李朝辉,姜光杰,等.对接井水力运移卸压开采煤层气方法的探讨[J].中国煤层气,2010,7(5):10-13
    [82]李钢,范喜生,马不梁,等.基于MATLAB的本煤层瓦斯抽采钻孔间距设计[J].煤矿安全,2011(1):35-37
    [83]张春华,刘泽功.基于MATLAB的灰色预测系统及其对抽采瓦斯钻孔流量的数值模拟[J].中国安全科学学报,2007,17(4):52-55
    [84]汪东生.近距离煤层群立体抽采瓦斯流动规律的模拟[J].煤炭学报,2011,36(1):86-90
    [85]石智军,姚宁平,叶根飞.煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术与装备[J].煤炭科学技术,2009,37(7):1-4
    [86]李钢,马不梁,樊少武,等.水封巷道预抽瓦斯新技术的试验研究[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2010,29(4):545-548
    [87]刘彦伟,任培良,夏仕柏,等.水力冲孔措施的卸压增透效果考察分析[J].河南理工大学学报(自然科学版),2009,28(6):695-699
    [88]谷丽朋,罗新荣.我国煤矿瓦斯抽采技术的新进展及问题[J].能源技术与管理,2011(1):105-107
    [89]林青,程国建,李普.下向长钻孔抽采瓦斯工艺技术试验研究[C].采矿技术会议论文集,2010:54-57
    [90]程远平,付建华,俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2009,26(2):127-139
    [91]王念红,任培良.单一低透气性煤层水力压裂技术增透效果考察分析[J].煤矿安全,2011(02):109-112
    [92]郑福良,董春海.单一低透气性煤层中深孔预裂爆破的合理参数确定[J].煤矿爆破,1997(4):1-3
    [93]王泰.低透气性单一煤层采煤工作面瓦斯防治措施[J].煤矿开采,2004,9(2):70-72
    [94]沈怀津,郑孝鹏.低透气性高瓦斯煤层立体多层次瓦斯综合治理技术[J].煤矿开采,2007,12(4):72-75
    [95]卢平,袁亮,程桦,等.低透气性煤层群高瓦斯采煤工作面强化抽采卸压瓦斯机理及试验[J].煤炭学报,2010,35(4):580-585
    [96]吕有厂.水力压裂技术在高瓦斯低透气性矿井中的应用[J].重庆大学学报,2010,33(7):102-107
    [97]何毓俊,吴继园.瓦斯尾巷在低透气性厚煤层放顶煤开采中的应用[J].煤炭科学技术,2009,37(4):27-29
    [98]赵阳升,杨栋,胡耀青,等.低渗透煤储层煤层气开采有效技术途径的研究[J].煤炭学报,2001,26(5):455-458
    [99]袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2004
    [100]袁亮.留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术[J].煤炭学报,2008,33(8):898-902
    [101]袁亮.卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系[J].煤炭学报,2009,34(]):1-8
    [102]袁亮.低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布特征与抽采技术[J].煤炭学报,2008,33(12):1362-1367
    [103]袁亮.低透气性高瓦斯煤层群无煤柱快速留巷Y型通风煤与瓦斯共采关键技术[J].中国煤炭,2008,34(6):9-14
    [104]袁亮.低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(7):1370-1379
    [105]袁亮.低透气性煤层群无煤柱煤气共采理论与实践[J].中国工程科学,2009,11(5):72-80
    [106]Thakur P C. Methane control for longwall gobs[A]. Ramani R V. Proceedings of Longwall Shortwall Mining, State of the Art[C]. New York:Society of Mining Engineers of American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers,1981:81-86
    [107]Karacan C O, Esterhuizen G S, Schatzel S, et al. Reservoir simulation-based modeling for characterizing longwall methane emissions and gob gas venthole production[J]. International Journal of Coal Geology, 2007,71:225-245
    [108]Esterhuizen G S, Karacan C O. Development of numerical models to investigate permeability changes and gas emission around longwall mining panels[A]. Alexandria V A. Proceedings of the 40th U. S. Symposium on Rock Mechanics[C]. Anchorage, AK,2005:1-3
    [109]Whittlesa D N, Lowndesa I S, Kingmana S W, et al. Influence of geotechnical factors on gas flow experienced longwall coal mine panel[J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2006,43(3):369-387
    [110]Tu M, Feng M, Liu Z. Dynamic principle of development of strata separation fracture of the roof in the coal seam mining[A]. Wang Y J, Huang P, Li S. Proceedings of the 2004 International Symposium on Safety Science and Technology[C]. Beijing:Science Press,2004:259-264
    [111]Sang Shuxu, Xu Hongjie, Fang Liangcai, et al. Stress relief coalbed methane drainage by surface vertical wells in China[J]. International Journal of Coal Geology,2009,82(3-4):1-8
    [112]徐乃忠.大采高沿空掘巷底臌机理及控制研究[D].安徽理工大学,2005
    [113]谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005
    [114]防治煤与瓦斯突出规定[M].煤炭工业出版社,2009.7
    [115]陈祥恩,李德海,勾攀峰.巨厚松散层下开采及地表移动[M].江苏,徐州:中国矿业大学出版社,2001
    [116]刘泽功,袁亮,戴广龙,等.开采煤层顶板环形裂隙圈走向长钻孔法抽放瓦斯研究[J].中国工程科学,2004,6(5):32-38.
    [117]李树刚,刘志云.综放面矿山压力与瓦斯涌出监测研究[J].矿山压力与顶板管理,2002,19(1):100-102.
    [118]李化敏,王文,熊祖强.采动围岩活动工作面瓦斯涌出关系[J].采矿与安全工程学报,2008,25(1):11-16
    [119]李鸿昌.矿山压力的相似模拟试验[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988
    [120]王宝山.煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法研究[D].解放军信息工程大学,2006
    [121]张林.基础地质数据管理与三维地层模型构建方法研究[D].西安科技大学,2007
    [122]吴立新.数字化矿山技术[M].湖南长沙:中南大学出版社,2009
    [123]肖乐斌,钟耳顺,刘纪远,等.三维GIS的基本问题探讨[J].中国图像图形学报,2001,6(A版):842-848
    [124]王建民.三维巷道建模及应用研究[D].太原理工大学,2005
    [125]王强.基于偏振光的虚拟矿井关键技术与应用研究[D].徐州:中国矿业大学,2010

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