双突煤层综放工作面瓦斯开采技术研究.pdf

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1、2011年6月矿业安全与环保第38卷第3期双突煤层综放工作面瓦斯开采技术研究李华炜，刘玉德，雍涛(1．北京大学地球与空间科学学院，北京100871；2．华北科技学院安全工程学院，北京101601)摘要：基于芦岭煤矿的地质条件，采用数值计算、三维封闭式物理模拟等方法和手段，对综放工作面覆岩破裂与移动规律，以及裂隙瓦斯运移规律进行了综合研究，分析了高位裂隙瓦斯运移特征，确定了瓦斯运移的关键层位，找出适合煤与瓦斯共采的基本条件，初步形成综放工作面瓦斯综合开采技术，并将其应用于工程实践。关键词：双突煤层；综放工作面；高位裂隙；综合开采；物理模拟中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：

2、1008—4495(2011)03—0009—04我国煤层瓦斯含量丰富，50％以上的煤层均为1井田地质概况高瓦斯煤层，是世界上煤层瓦斯资源最丰富的国家之一¨。芦岭煤矿8煤层为主采煤层，平均厚为8．96m，煤层瓦斯不但具有爆炸危险性，而且还具有煤两极厚度为0．30～17．75m。煤层结构复杂，上部含与瓦斯突出危险l生，若排放到大气中，因其具有强烈1—2层夹矸，厚度为0．10～2．50m，下部局部含温室效应而严重污染环境。同时，瓦斯又是一种经1层夹矸，平均厚度0．35m。8煤层顶板主要为泥济、清洁、方便、高效的能源，可用于居民生活、发电，岩，细砂岩次之，局部为粉砂岩或中砂岩，部分地段还

3、可用作工业原料等。瓦斯是煤矿特有的宝贵资有炭质泥岩伪顶，为薄层状砂质泥岩或泥岩，局部为源，实现煤与瓦斯资源的有效共采，对我国的经济发细砂岩；底板为薄层状砂质泥岩或泥岩，局部为细砂展具有重大的战略意义¨。岩，层理和裂隙发育，岩石破碎。放顶煤开采一次采高大，采动裂隙发育，裂隙范芦岭煤矿为双突矿井，主要煤层均具有煤尘爆围大，客观上增加了煤层的透气性，为瓦斯解吸、释炸危险性和自然发火倾向性。放提供了有利条件。2综放工作面上覆岩层移动规律分析国外，如俄罗斯、波兰等国仅限于为解决煤矿安全问题而进行井下抽采j。我国的煤层瓦斯研究2．1覆岩移动规律的数值分析开始于20世纪50年代煤矿井下的瓦斯抽采

4、试验。2．1．1RFPA分析覆岩垮落特征6O_70年代，进行瓦斯抽采的矿井逐渐增多。70年根据芦岭煤矿实际工作面参数，模型沿走向方代末期开始了矿井地面瓦斯抽采工作，但是效果不向取300m，垂直方向取150m。两侧各留50m煤佳。80年代初期，国内开始进行煤层气相关资源研柱，煤层底板厚度(含9煤层)20m，如图1所示。模究。到目前为止，对全国范围内的煤层气资源、分拟开采状况见图2。布、储层特征取得了基础性认识，基本明确了煤层气开发的有利地区。以芦岭煤矿8煤层综放工作面现场实测数据和实验室研究为基础，采用相似材料模拟、数值计算分析等手段，对厚煤层综放工作面基岩的结构特征及裂隙分布规律进

5、行研究，确定合理的开采技术和相图1数值计算模型关参数，以此指导工程实践。收稿日期：2010—08—30；2011—04—19修订作者简介：李华炜(1968一)，男，工学博士，教授，现任华北科技学院安全培训处处长，同时在北京大学地球与空间科学学院从事博士后研究工作，研究方向为煤与瓦斯共采、特殊图28煤层综放开采过程中上覆岩层活动状况条件综采、数字矿山等。·9·2011年6月矿业安全与环保第38卷第3期2．1．2UDEC分析裂隙发育规律2．2裂隙瓦斯运移规律物理模拟分析建立沿倾斜剖面一平面应变模型，范围取500mX2．2．1实验台170m。模型两侧面为滑动支承，底部为固定支承，研制的综

6、放工作面上覆高位裂隙带瓦斯运移模上部边界依据关键层理论加载均布载荷，UDEC数拟实验台¨J，是以机、电、液一体化的、利用微机值分析整体模型见图3。工作面推进过程中上覆岩采集分析处理信息技术的三维模拟实验台，见图6。层裂隙分布见图4。_圈圈图6综放工作面高位裂隙瓦斯运移模拟实验台外观2．2．2实验原型及模型图3UDEC数值分析整体模型以芦岭煤矿8煤层1I825一工作面为模拟原型，煤层厚度10．3m，倾角5。～15。，平均12。。采用走向长壁倾斜分层全部垮落法，面长150m，采高2．1m，放顶煤综采。模型设计250mX150m，两侧各留25m煤柱，煤层底板厚度(含9煤层)20m。在模型

7、底部铺设一薄层铁架，架上铺1层隔离层(棕网)以防止上部煤层落人架底，在架下放置瓦图4UDEC模拟裂隙分布状况斯注人管路，在开采过程中均匀地注入瓦斯。2．2．3实验结果及分析2．1．3模拟结果及分析在工作面前方约100rn处各测点的应力值上升根据模拟结果，将裂隙发育高度汇总于表1。幅度较大，在工作面前方约60m处各测点岩体的应表1工作面推进过程中裂隙发育高度m力值上升幅度进一步增大，一般在工作面煤壁前方8—10m内达到峰值，见图7。——●一l—．--23---X-．-4