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缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采设计研究
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摘要
本文以南桐煤矿缓倾斜多煤层下保护层开采工作面为研究对象,通过对保护层开采区域进行工业性试验,确定了工作面开采后的瓦斯压力变化规律;以此为基础,结合保护层工作面的实际情况建立了有限变形下的煤岩固气动态耦合模型,从而获得了保护层开采后卸压瓦斯抽采钻孔优化的基础数据;通过分析多煤层下保护层开采的煤岩卸压特点及卸压瓦斯流动规律,结合现场工业性试验,基于保护层开采的“卸压增透效应”,对其卸压瓦斯抽采参数进行了优化设计,给出了南桐煤矿缓倾斜多煤层下保护层开采的卸压瓦斯抽采的优化设计参数,并验证了其优越性。综上所述,本文主要的研究成果及结论如下:
     ①通过对被保护层考察钻孔瓦斯动力参数变化规律进行工业性测试,分析得到随着保护层工作面的推进,瓦斯压力可以分为正常压力带、压力集中带、过渡变化带和充分卸压带。同时,经测试获得被保护层K4煤层的原始瓦斯压力为3.1Mp。
     ②以保护层开采的卸压流动理论为基础,建立了考虑煤层孔隙率与低渗透煤层渗透率的动态变化的多煤层下保护层开采的固气动态耦合模型;通过模型分析,获得了下保护层开采后被保护层的应力分布规律及保护层开采对被保护层卸压瓦斯抽采钻孔周围的瓦斯压力、孔隙率和渗透率的影响规律。
     ③基于缓倾斜多煤层下保护层开采后被保护层的卸压规律和现场工业性试验中卸压瓦斯动力参数变化“四带”的范围,确定了被保护层卸压瓦斯的相关抽采参数。
     ④在本文现场工业性试验和三维数值模拟的基础上,基于保护层开采的“卸压增透效应”,通过分析多煤层下保护层开采的上伏卸压岩体移动特性及卸压瓦斯运移规律,确定了适合试验区域的卸压瓦斯抽采的最优设计参数,并对其实际应用进行了效果监测。监测结果表明,采用本文设计的卸压瓦斯抽采的优化布置参数使卸压瓦斯平均抽采率达到43%。
Based on NaTong coal appropraite mining coal mining under more protective layer as the research object, by protective mining area to determine the industrial test, working the gas pressure changes after mining law;this basis, combined with the reality of the situation protective established limited deformation of coal and rock solid gas dynamic coupling model, and obtain the protective mining pressure relief gas drainage drilling based data optimization;Through the analysis of the protective layer of coal mining under more coal rock discharging pressure characteristics and discharging pressure gas flow pattern, combining with the industrial test, based on the "protective mining roof-floor increase through effect" on its pressure relief gas drainage parameters have been optimized, given how NaTong coal mine appropraite mining under the protective layer coal seam gas extraction pressure relief the optimal design parameters, and proved its superiority. To sum up, this paper main research results and conclusions are as follows:
     ①Through investigation to be protective drilling gas power parameters change regulation industrial test, analysis with the protective work get forward, gas pressure can be divided into normal pressure belt, pressure concentration belt, transition changes take and fully discharging pressure belt. Meanwhile, tested the protective layer get original coal gas pressure K4 for 3.1 Mp.
     ②With the protective mining pressure relief gas flow theory as a foundation, established considering the porosity and low permeability coal seam permeability under the dynamic changes of protective mining coal more solid gas dynamic coupling model; through the model analysis, obtained after mining under cover of the stress distribution law by protective protective layer of protection and pressure relief gas drainage drilling surrounding gas pressure, porosity and permeability of the influence law.
     ③Based on appropraite mining coal after more than under the protective layer by protective roof-floor regularity and on-site industrial test pressure relief gas dynamic parameters of the "four belt" changes, determines the protection scope of the pressure relief gas by relevant extraction parameter.
     ④In this scene industrial test and based on the 3-d numerical simulation, based on the basis of the protective mining "pressure relief increase through effect", through the analysis of the protective layer of coal mining under more pressure relief rock fell on moving characteristics and discharging pressure gas migration rule, obtained the appropriate test area of discharging pressure gas extraction, the optimal design parameters of the actual application effect monitoring.Monitoring results show that, using this design discharging pressure gas extraction optimization layout parameters pressure relief gas to average extraction rate reached 43%.
引文
[1]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.
    [2]于不凡.煤与瓦斯突出机理[M].北京:煤炭工业出版社, 1985, 255-256.
    [3]程远平,周德永,俞启香,保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究[J],采矿与安全工程学报,2006,23(1):12~18.
    [4]胡国忠,王宏图,李晓红等.急倾斜俯伪斜上保护层开采的卸压瓦斯抽采优化设计[J]煤炭学报,2009,34(1): 9-14.
    [5]林柏泉,张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996:57-64.
    [6]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.
    [7]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.
    [8]肖代兵,刘林.突出煤层保护层开采保护方法的考察[J].陕西煤炭技术,1999,(3): 2-3.
    [9]Аǔрунu A.T.Теорияипрактикаборьбысрудничнымигазаминабольшихглубинах[M].Недра, 1981.
    [10]Аǔрунu A.T.,зенковuчЛ.М.,МхаmварuТ.Я.Искусственноеувеличениезащитногодействияприразработкевыбросоопасныхпластов[М].ЦНИЭИуголь, 1984.
    [11]Аǔрунu A.T.,ВаǔншmеǔнЛ.А.прогнозированиеипредотвращениевнезапныхвыбросовугляигазазарубежом[М].ЦНИЭИуголь, 1991.
    [12]А.М.Рудь,О.А.Колесов,А.Т.Айруниидр.Меmодыпрогнозаиспособыпредотвращениявнезапныхвыбросовугля,породыигаза[М].ЦНИЭИуголь, 1990.
    [13]Ю.Н.马雷舍夫,А.Т.艾鲁尼,Ю.Л.胡金等.煤与瓦斯突出预测方法和防治措施[M].北京:煤炭工业出版社,2004.
    [14]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):32-38.
    [15]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.
    [16]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.
    [17]易丽军,俞启香,低透气性煤层瓦斯抽采增流技术[J].矿业安全与环保,2006,32(6):46~48
    [18]夏红春,程远平,柳继平,远程覆岩卸压变形及其渗透性研究[J].西安科技大学学报, 2006,26(1):10~14.
    [19]杨天鸿,徐涛,刘建新,应力–损伤–渗流耦合模型及在深部煤层瓦斯卸压实践中的应用[J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):2900~2905.
    [20]唐世斌,杨天鸿,徐涛,远程卸压瓦斯抽放数值模拟[J].煤田地质与勘探,2004,10(4):1-4
    [21]于不凡,白帆,刘明.煤矿瓦斯防治技术[M].北京:中国经济出版社,1987.
    [22]徐彬,张军,保护层上风巷穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯的试验研究[J]。矿业安全与环保,2007,34(3):5~7.
    [23]袁亮,淮南矿区先抽后采的瓦斯治本技术[J],中国煤炭,2007,33(5):5~7.
    [24]何吉春,潘一矿保护层工作面瓦斯综合治理技术[J],煤炭科学技术,2007,35(3):48~50.
    [25]于会军,邹向炜,优化钻孔参数提高采区瓦斯抽放效[J],煤炭工程,2007,(2):52~54.
    [26]丁厚成,赵鹏飞,卸压抽放瓦斯技术在瓦斯治理中的应用[J].煤炭工程,2006,(12):75~77.
    [27]姚尚文,改进抽放方法提高瓦斯抽放效果[J].煤炭学报,2006,31(6):721~726.
    [30]张景飞,郭德勇,丁开舟,高位钻孔瓦斯抽放技术应用的研究[J].煤矿安全,2004,35(7):47~67.
    [31]甘林堂,谢一矿b9工作面低抽巷布置及效果分析[J].矿业安全与环保,2004,31(4):47~67.
    [32]阳平,回采工作面走向顶板瓦斯抽放巷相对位置确定[J].煤炭科学技术,2005,33(12):29~31.
    [33]张军,孙东玲,地面钻井抽放采动区域瓦斯技术的试验研究[J],矿业安全与环保,2007,34(1):1~5.
    [34]周德昶,焦先军,地面钻井抽采瓦斯技术的发展方向[J].矿业安全与环保,2006,33(6):77~79.
    [35]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.
    [36]董钢锋,林府进.高压水射流扩孔提高穿层钻孔预抽效果的试验[J].矿业安全与环保. 2001,28(3):17-19.
    [37]姜集辉.低透气性煤层提高瓦斯抽放率的新途径[J].煤,2000,9(2):9-12.
    [38]蓝成仁.穿层深孔爆破提高瓦斯抽放量[J].煤矿安全. 2003. 34(8):14-16.
    [39]卢平,刘泽功,沈兆武.采动覆岩卸压采空区瓦斯抽放的试验研究[J].天然气工业,2003,23(1):118-120.60.
    [40]姚金林.综放面顶板覆岩走向长钻孔卸压抽放瓦斯研究[J].煤炭科学技术,2003,31(6):14-17.
    [41]朱诗山,刘向阳.低透气性薄煤层瓦斯抽放方法[J].煤炭技术,2003,22(8):75-76.
    [42]许家林,钱鸣高.地面钻孔抽放上覆远距离卸压煤层气试验研究[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):78-81.
    [43]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.
    [44]钱鸣高、缪协兴、许家林等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
    [45]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.
    [46]袁亮.复杂特困条件下煤层群瓦斯抽放技术研究[J].煤炭科学技术,2003,31(11):1-4.
    [47]袁亮,刘泽功.淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究[J].煤炭学报,2003,28(2):149-152.
    [48] Ren T X, Edwards J S, Reddish D J. Simulation of methane drainage boreholes using computational fluid dynamics[J]. American Society of Mechanical Engineers, Pressure Vessels and Piping Division, 1999, 397: 319-326.
    [49] Noack K. Control of gas emissions in underground coal mines[J]. Int J Coal Geology, 1998, 35:57-82.
    [50] Thomson S., Lukas A., MacDonald D. Maximizing coal seam methane extraction through advanced drilling technology[C]. 2nd Annual Australian Coal Seam & Mine Methane Conference, Feb., 19-20, 2003.
    [51] C.?. Karacan , J.P. Ulery, G.V.R. Goodman. A numerical evaluation on the effects of impermeable faults on degasification efficiency and methane emissions during underground coal mining [J]. International Journal of Coal Geology,2008,75(4):195-203.
    [52] L.D. Connell.Coupled flow and geomechanical processes during gas production from coal seams[J]. International Journal of Coal Geology,2009,79(3):18-28.
    [53]俞启香.矿井瓦斯防治[M].北京:中国矿业大学出版社.1992.
    [54]刘天泉.“三下一上”采煤技术的现状及展望[J].煤炭科学技术,1995,23(1):5-7.
    [55]刘天泉等.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用[M].北京:煤炭工业出版社,1981.
    [56]宋振骐.实用矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988.
    [57]郭玉森,林柏泉,吴传始.围岩裂隙演化与采动卸压瓦斯储运的耦合关系[J].采矿与安全工程学报2007,24(4):414-417.
    [58]许家林,钱鸣高.覆岩采动裂隙分布特征的研究.矿山压力与顶板管理[J].1997,3(4):210-212.
    [59]袁志刚.俯伪斜上保护层开采的保护范围划定研究[D].重庆:重庆大学,2008.
    [60]洪松.急倾斜俯伪斜下保护层保护范围的研究[D].重庆:重庆大学,2008.
    [61]翟成.近距离煤层群采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律及防治技术研究[D].徐州:中国矿业大学,2008.
    [62]徐学增.南屯煤矿采场覆岩运动规律及其智能分析系统[D].东北大学硕士论文2003.
    [63]陈炎光,钱鸣高.中国煤炭采场围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.
    [64]周世宁,孙辑正.煤层瓦斯流动理论及其应用[J].煤炭学报,1965,2(1):24-36.
    [65]魏晓林等.煤层瓦斯流动规律的实验和数值方法的研究[J].粤煤科技,1981,2:35-41.
    [66]魏晓林等.有钻孔煤层瓦斯流动方程及其应用[J].煤炭学报,1988,13(1):85-96.
    [66]魏晓林等.有钻孔煤层瓦斯流动方程及其应用[J].煤炭学报,1988,13(1):85-96.
    [67] Saghafi,A.et al煤层瓦斯流动的计算机模拟及其在预测瓦斯涌出和抽放瓦斯中的应用.第22届国际采矿安全会议论文集[C].北京:煤炭工业出版社,1987.
    [68]胡国忠.急倾斜多煤层俯伪斜上保护层开采的关键问题研究[D].重庆:重庆大学2009.
    [69]赵阳升.煤体-瓦斯耦合数学模型与数值解法[J].岩石力学与工程学报,1994,(3):229-239.
    [70]周世宁,林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社,1997.
    [71] SaghafiA,FaizM,RobertsD.CO2 storage and gas diffusivity properties of coals from Sydney Basin,Australia [J]. International Journal of Coal Geology, 2007, 70: 240–254.
    [72] Langmuir L.The constitution and fundamental properties of solid and liquids[J]. J.Am.Chem.Soc,1975,36(2):221-95.
    [73]王宏图,杜云贵,鲜学福等.地球物理场中的煤层瓦斯渗流方程[J].岩石力学与工程学报, 2002, 21(5): 644-646.
    [74] Y. Zhou, R. K. N. D. Rajapakse, J. Graham. A coupled thermoporoelastic model withthermo-osmosis and thermal-filtration [J]. International journal of solids and structures, 1998,35(34): 4 659-4 683.
    [75] Jaeger J. C., Cook N. G. W.岩石力学基础[M].中国科学院工程力学所译.北京:科学出版社, 1981.

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