【摘 要】
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中国能源产业中,煤炭仍占有很大比重,煤矿生产过程中,采空区瓦斯治理一直是工作中的重点。由于煤层采出导致采空区上覆岩层移动,裂隙发育复杂,裂隙带瓦斯运移积聚问题是采空区瓦斯抽采的重点研究内容。本文以发耳煤矿首采层50105工作面为工程实践,通过理论分析,数值模拟以及工程实验展开研究。主要研究内容及成果如下:通过构建离散元数值模拟二维模型,仿真工程现场上覆岩层状态,得到冒落带发育高度为14.5m,裂隙
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中国能源产业中,煤炭仍占有很大比重,煤矿生产过程中,采空区瓦斯治理一直是工作中的重点。由于煤层采出导致采空区上覆岩层移动,裂隙发育复杂,裂隙带瓦斯运移积聚问题是采空区瓦斯抽采的重点研究内容。本文以发耳煤矿首采层50105工作面为工程实践,通过理论分析,数值模拟以及工程实验展开研究。主要研究内容及成果如下:通过构建离散元数值模拟二维模型,仿真工程现场上覆岩层状态,得到冒落带发育高度为14.5m,裂隙带发育高度为50m。通过模拟煤层不同采空距离,得到煤层采出后上覆岩层移动特征以及裂隙发育分布规律。研究区域上覆岩层分层少,距煤高度低,因此岩层控制作用较弱,短距离回采过程中上覆岩层破坏现象较为明显。随着回采的持续推进,采空区上覆岩层趋于稳定后,岩层移动特征变化甚微,各岩层下沉量较为相近。以经验公式计算结果与数值模拟结果为基础,进行工程现场覆岩探测,通过网络并行电法与钻孔摄像法相互验证,得出了上覆岩层冒落带发育高度范围为13.5m～15.0m,裂隙带发育高度范围为51.7m～53.6m。通过数值模拟与工程现场实验相结合,综合分析得出上覆岩层趋于稳定后裂隙发育密集区主要分布在覆岩破坏区两侧处,两侧未采区域上覆岩层有少量裂隙发育,采空区中部呈现裂隙重新压实现象。并依据裂隙发育情况,判别了在纵向高度40m以下,覆岩破坏区两侧横向宽度0m～40m区域为瓦斯运移优势通道范围。基于流体力学运动方程,构建了瓦斯在裂隙带中的流动模型。依据上覆岩层裂隙分布情况,结合有限元数值模拟软件,进行裂隙带中瓦斯运移积聚过程研究,通过分析得到了瓦斯在裂隙带中主要通过优势通道进行向上运移,直至裂隙带顶部停止,并在其他区域微裂隙间进行缓慢扩散,裂隙密集区瓦斯浓度最高,浓度达到一定值后,瓦斯主要积聚在优势通道与裂隙带顶部。基于以上研究,结合研究区域相关地质条件,分析了瓦斯抽采优势区域,结合高位长距离定向钻孔抽采瓦斯技术,验证了研究结果的在可靠性。
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