石门揭煤穿层钻孔预抽瓦斯防突技术研究

作     者：李斗 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张金山

授予年度：2021年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：预抽瓦斯 数值模拟 钻孔参数 石门揭煤 

摘      要：煤炭在我国的能源供给结构中,长久以来占据着核心地位。然而伴随着煤炭资源开采程度的加剧,煤与瓦斯突出事故层出不穷,而这些事故大部分发生在石门揭煤的过程中,这给我国的煤矿企业造成了巨大的人员伤亡和经济损失。所以,在揭煤之前实施有效的消突技术措施显得尤为重要。本文针对宁夏某煤矿+1168m轨道运输石门揭露3号煤层时具有煤与瓦斯突出危险性的实际问题,通过测定瓦斯参数、理论分析、数值模拟以及工程实践等,有效消除了煤与瓦斯突出危险,保证了轨道运输石门揭煤的安全。首先,实测了3号煤层的瓦斯基本参数,在理论上研究了煤与瓦斯突出的原因、钻孔周围煤层的应力变化和渗透率变化的规律,得出钻孔预抽瓦斯可以通过减弱地应力、降低孔隙瓦斯压力和提高煤体骨架强度三个方面达到防突效果。其次,借助达西渗流方程和Comsol-Multiphysics模拟软件建立了钻孔抽采瓦斯模型,根据模拟结果分析了不同因素对抽采效果的影响,得到以下结论:（1）抽采钻孔直径越大,钻孔周围的塑性区越大,抽采效果越好,但是提升效果有限（2）抽采时间对于抽采效果的提升最明显,但存在一个极限抽采时间,达到极限抽采时间之后,瓦斯抽采流量极小,此时增加抽采时间对抽采效果的提升微乎其微（3）提高抽采负压对于试验区域的抽采效果提升不大（4）钻孔间距的选择由抽采时间决定,钻孔间距的布置不仅应该考虑生产安全,同时为了追求最大经济价值,应该合理的利用瓦斯压力有效控制半径。最后,在工程实践中,依据模拟结果同时考虑到现场实际情况,确定了穿层钻孔预抽瓦斯防突措施中抽采钻孔直径为75mm,抽采时间为90天,抽采负压为10k Pa,钻孔布置间距为4.5m。通过区域检验和工作面检验之后,所测定的瓦斯指标均低于《防治煤与瓦斯突出细则》的临界值,+1168m轨道运输石门揭煤工作可顺利进行。