不同采高上保护层开采卸压效应的UDEC数值模拟研究

利用UDEC软件对不同采高上保护层开采卸压效应进行了数值模拟,得到了在不同采高的上保护层开采时,被保护层在开采过程中的应力和位移变化规律,结果表明：上保护层开采后,采空区下部的被保护层垂直应力随着采高的增加而减小,垂直位移随着采高的增加而升高.为预防煤与瓦斯突出,优化卸压瓦斯抽采系统,提高卸压瓦斯抽采浓度、抽采量以及抽采率提供了一定理论依据.     

保护层开采瓦斯治理与保护范围考察

保护层开采是突出煤层开采最为经济合理的卸压措施.本文在对淮北矿业集团某矿82采区的保护层与被保护层工作面空间关系特征分析基础上,提出了对无突出危险性的保护层6_1煤瓦斯的"风排+采空区埋管抽采+高位钻孔抽采"和被保护层7_2煤瓦斯的"底板岩巷密集型穿层钻孔抽采+顺层钻孔抽采"相结合的瓦斯治理方案,并在保护层6_1煤开采过程中对被保护层7_2煤的有效卸压范围与残余瓦斯压力进行实地考察.通过保护范围与保护效果考察发现:被保护层7_2煤有效卸压范围与残余瓦斯压力均满足《防治煤与瓦斯突出细则》对保护层效果考察要求,为安全高效开采82采区煤炭资源提供了可靠保障.     

开采不同厚度上保护层对下伏煤层卸压瓦斯渗流特性的影响

为解决开采不同厚度上保护层对下伏煤体卸压瓦斯渗流特性影响的问题.利用自主研制的固气耦合物理相似模拟实验台,对不同条件下上保护层开采时,被保护层卸压瓦斯渗流规律进行了研究.实验结果表明:随着工作面的推进,瓦斯渗流速度的变化趋势经历了由原始渗透性先降低、后升高、再降低、再升高、最后保持不变的过程,采空区瓦斯渗流性最终大于原始渗透性.通过对实验数据整理并拟合曲线,当上保护层开采完毕后,被保护层沿走向方向其渗透率变化曲线呈马鞍形.在保护层间距一定时,采高越大,下伏煤层在采动平衡后相对于原始的瓦斯渗透率增高就越明显,且对下伏煤层的影响范围也越大.     

利用覆岩移动特性实现煤与瓦斯安全高效共采

为了实现高瓦斯煤层群条件下煤与瓦斯的安全高效共采,运用数值模拟和现场试验相结合的方法,对远距离下保护层开采的采动效应进行了分析与研究。结果表明;下保护层开采使覆岩产生不同程度的卸压。煤体产生膨胀变形,生成大量的次生裂隙。从而导致煤体的透气性增加。为远程卸压瓦斯的抽放创造了有利条件;同时,覆岩的水平应力分布也发生了改变,由原始的水平压应力变为拉应力,从而导致了水平位移的产生,在该位置形成丰富的竖向裂隙,为瓦斯的运移提供了通道。在高瓦斯煤层群条件下,可以通过合理的开采顺序和有效的瓦斯抽放方法。实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。     

近距离上保护层开采下伏煤(岩)裂隙时空演化过程分析

为研究近距离上保护层开采下伏煤(岩)的裂隙时空演化特征,以平煤五矿为例(保护层与被保护层平均层间距为8 m),利用3DEC软件模拟不同开采距离下伏煤(岩)裂隙发育及分布特征,统计被保护层穿层斜交卸压瓦斯钻孔的抽采数据并对保护层开采效果进行验证。结果表明,随着保护层工作面的不断推进,底板岩层内裂隙逐步发育并向深部延伸;从回采8 m开始,被保护层己16-17煤层已出现裂隙发育,当回采18 m时,己16-17煤层内横向裂隙和垂向裂隙发育明显;然而,当回采24 m时,由于采空区上覆岩体的垮落压实作用,底板岩层内的裂隙将发生闭合现象。沿着水平方向,底板岩层裂隙依次可以分为原始状态区、高强度卸压增透区和重新压实区。随着卸压效果越来越明显,被保护层月瓦斯抽采量由2014年6月至11月逐渐增大,最大值达到每月174 400 m3;之后,由于被保护层裂隙闭合,每月瓦斯抽采量开始降低,并逐渐稳定在每月50 000 m3左右。     

保护层保护效果分析与瓦斯抽采技术

针对长平矿3#煤层是高瓦斯、低透气性的较难抽采煤层问题.基于3#煤层条件、地质条件及瓦斯条件应用保护层开采理论,确定了3#煤层通过下保护层开采治理瓦斯灾害.通过数值模拟等方法分析了保护层开采对3#煤层的保护效果与煤层透气性变化.根据3#煤层与保护层开采的工程条件提出了3#煤层卸压瓦斯抽采方案,为长平矿3#煤层瓦斯治理提供技术支持.     

基于初采瓦斯涌出确定上保护层走向卸压角

本文针对保护层开采卸压范围现场考察困难的现状,提出了基于初采瓦斯涌出规律确定上保护层走向卸压角。并结合青东煤矿上保护层开采实践,通过数值模拟分析了工作面初采过程中底板卸压规律;理论计算及现场统计分析了初采期间瓦斯涌出规律,并根据初采瓦斯涌出数据确定了被保护煤层初始卸压时上保护层工作面的推进位置,以此计算了上保护层走向卸压角。通过现场合理布点,测试了上保护层工作面回采过程中被保护煤层瓦斯压力动态变化规律,同时测试了走向卸压边界区域瓦斯压力及含量的分布规律,根据实测结果确定了走向卸压角。对比分析可知,基于初采瓦斯涌出确定的上保护层走向卸压角与现场实测结果相吻合,验证了该方法的准确性。     

保护层开采中关键层的确定

为正确评价远距离下保护层开采对被保护层的卸压增透效果，指导被保护层瓦斯抽采，防止煤与瓦斯突出，采用理论分析与数值计算相结合的方法，确定了太原组11#煤层（保护层）的覆岩主关键层和亚关键层，其中，主关键层位于太原组中段，即砂泥岩段，主关键层的存在降低了保护层11#煤层开采后对被保护层21#煤层的卸压增透效果。该研究对保护层开采效果评价具有一定意义。     

平顶山矿区远程保护层开采保护效果试验分析

保护层开采是区域性防治煤与瓦斯突出等动力现象的有效措施。针对平顶山矿区煤层群开采的现状,对远距离下保护层的开采问题进行探讨。依据平顶山矿区某矿丁、戊组煤(间距90 m)的开采现场,对下保护层开采后其上覆远距离煤层的卸压效果进行了研究。通过现场矿压观测及瓦斯参数测试,结果表明:平顶山矿区虽煤层有效间距较大,但卸压效果依然明显,矿压显现降低,煤层透气性系数显著增加1 000倍左右,也充分表现了煤层卸压增透的特征,并采取合理的卸压瓦斯抽采方法,可以消除煤层突出危险性。     

近距离下保护层开采卸压效果及可行性分析

针对深部矿井煤与瓦斯突出严重现象,以平煤十矿己15.16-24130工作面为研究对象,采用数值模拟与相似材料模拟相结合的方法,分析了深埋藏近距离煤层群下保护层开采条件下,被保护层应力分布规律和膨胀变形量,对卸压保护范围及保护层开采可行性进行研究.数值模拟结果表明:卸压保护范围走向为10~692 m,倾向为4~150 m,走向卸压角为63°~68°,倾向卸压角为72°~78°,最大膨胀变形率可达1.13%.相似材料模拟显示最大膨胀变形率为1.91%,与数值模拟结果基本一致,卸压效果显著,下保护层开采可行.     

保护层开采穿层拦截钻孔替代底板抽采巷瓦斯治理技术

保护层开采过程中,上覆煤岩体收采动卸压影响,煤体发生膨胀变形,煤层透气性大幅度增加,透气系数增大引起瓦斯流量增大,发生卸压增流效应。这样有利于瓦斯的抽采,通过高效的瓦斯抽采方法,可以达到消除被保护层煤与瓦斯突出危险性的目的。其中,使用底抽巷结合网格式上向穿层钻孔作为一种高效     

长平矿下保护层开采上覆煤岩体卸压变形分析

为研究长平矿下保护层开采问题,依据长平矿的地质条件制作相似材料物理模型,在下保护层开采过程中,分析上覆岩层的运动规律和被保护层的应力分布,并用面积膨胀变形率考察被保护层的膨胀变形效果.保护层开采完毕后,得出垮落带和裂隙带高度分别为保护层采高的6倍和20倍,且被保护层位于裂隙带的中上部.随工作面的推进,被保护层的应力依次呈"V"、"U"和"W"型分布,最大卸压系数为47%;根据上覆岩层的应力变化得出保护层开采完毕沿走向的卸压角为60°.被保护层的最大膨胀变形率为7.7‰,模型开采完毕后,在工作面后方25~125 m被保护层的膨胀变形率均大于3‰.试验为长平矿下保护层开采被保护层卸压效果分析、巷道布置等提供理论依据.     

五沟煤矿保护层开采技术及卸压范围探讨

理论研究和现场应用表明,保护层开采和预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出最有效、最经济的区域性措施。对于采用保护层开采技术的矿井,首先必须计算出其卸压范围,然后才能在该区域内设计瓦斯抽采系统和布置作业工作面。本文依据煤岩卸压变形理论和煤层瓦斯赋存特性,结合安徽皖北煤电公司五沟煤矿保护层开采的实践应用,确定了本矿煤层开采的合理顺序,得出保护层开采后的卸压范围.研究结果可为现场瓦斯防治提供参考依据。     

油页岩采场围岩垂直应力时空演化规律试验研究

为研究油页岩采场围岩垂直应力的时空演化规律,以龙口某矿油页岩开采为原型,铺设了相似材料模拟试验模型,对油页岩采面回采过程中及开采后采场围岩中的垂直应力进行了连续监测,通过对垂直应力数据进行整理和分析,得到了采场围岩支承压力的峰值、影响范围及垂直应力的时空分布变化特征。结果表明,采空区冒落矸石可充分参与承载覆岩压力,并减小支承压力影响范围及压力峰值;开采过程中支承压力影响范围及峰值均先增大,随后减小,再增大;油页岩上层采后随时间推移,采空区底板的垂直应力不断升高,但采空区边界处底板的垂直应力增加不明显;两侧边界岩柱上的垂直应力在采后10 d内增幅较大,之后的30 d内增幅减小,采场围岩垂直应力在不同空间位置随时间的变化反映了采空区不同的压实程度。     

近水平远距离下保护层开采卸压边界的研究

运用固流耦合理论对某矿东四采区11-2煤远距离下保护层开采过程中的被保护煤层(13-1煤层)卸压保护边界进行数值模拟分析,以数值分析结果为基础对被保护层边界范围内的煤岩及瓦斯动力参数现场测试,通过研究结果发现,在目前大规模运用底板穿层钻孔情况进行抽采的条件下,沿用的前苏联细则规定关于近水平煤层卸压角的数据偏保守。该研究结果能为类似近水平煤层条件下保护层开采确定被保护煤层的边界提供参考。     

远程覆岩卸压变形及其渗透性研究

运用数值模拟和现场试验相结合的方法，对下保护层开采所引起远程覆岩的卸压变形及其渗透性变化进行了分析与研究。结果表明：下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压，卸压煤（岩）体产生膨胀变形，生成大量的次生裂隙；同时也导致了水平位移的产生，形成了丰富的竖向裂隙，从而使煤（岩）体的渗透性得到极大的提高。因此，在高瓦斯煤层群条件下，利用下保护层开采所引起的“卸压增透增流”效应，同时结合合理有效的瓦斯抽放方法，可以实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采。     

双重上保护层叠加开采应力分布规律

为获取双重上保护层重叠采动作用下的煤层卸压规律及保护层间的相互影响，以平煤八矿一采区为原型，采用FLAC3D软件模拟了丁、戊组煤层多工作面重叠开采过程。研究结果表明，仅丁组煤层开采时，采区边界煤柱对应范围出现应力集中现象，最大应力值达到19 MPa,影响范围达到下方80 m,不利于被保护层卸压。工作面间区段煤柱最大应力值达39 MPa,但向底板传递范围较小。丁组单独开展卸压区域能够影响至己组，己组煤层应力卸压值约为1 MPa;丁组、戊组煤层重叠开采，当戊组工作面位于丁组煤层区段煤柱下方，同时丁组工作面位于戊组工作面区段煤柱上方，使丁组煤层工作面间区段煤柱应力集中减弱利于卸压，丁组煤层区段煤柱应力值由39 MPa卸载至7.5～10 MPa之间；同时当己组煤层位于戊组单独保护范围时，垂直应力卸压值为2～3 MPa,当己组煤层位于丁戊共同保护范围时，垂直应力卸压值为4～6.5 MPa。     

上风巷穿层钻孔抽放被保护层卸压瓦斯技术研究

本文阐述了在保护层工作面上风巷打上向穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术,通过选择合理的钻孔工艺参数对被保护层的卸压瓦斯进行抽放,取得了一定的效果,文章对其抽放效果进行了分析总结。     

下保护层开采对上覆巷道稳定性的影响

采用FLAC2D有限元数值模拟和现场实测的方法,对下保护层开采引起覆岩的卸压变形进行了研究和分析.结果表明:下保护层开采将使覆岩产生不同程度的卸压,产生大量的垂直和水平裂隙,而这些裂隙会对被保护层煤层巷道产生影响,根据巷道断面变形量的不同,从而确定下保护层开采卸压影响范围,对保护层煤层开采工作面合理布局具有一定的指导意义.     

红菱煤矿保护层开采裂隙演化规律的相似模拟实验

基于相似模拟实验的方法和数字散斑的测试原理,以沈煤集团红菱煤矿保护层开采为工程实例,模拟了在开采11#煤层后,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层的卸压效果,从而对保护层开采后的采动裂隙分布规律进行研究.结果表明:采动对保护层上方岩体的影响程度比对下方岩体的影响程度大;最大位移量基本上是位于采空区的中部,该位置的裂隙最发育,采动裂隙密度最大,煤岩体渗透率最大;保护层上方采动影响区域垂向上距采空区60 m左右,而下方采动影响区域垂向上距采空区40 m左右.