中兴煤矿保护层工作面开采采动裂隙演化规律与瓦斯防治技术研究

作     者：郭志强 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋卫华;勾金文

授予年度：2022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：保护层工作面 裂隙演化 瓦斯运移规律 煤与瓦斯共采 

摘      要：中兴煤矿现阶段主采2#突出煤层,2#煤层具有瓦斯压力大、煤质松软、透气性差等特点,在实际瓦斯治理过程中,发现3203工作面中间位置存在瓦斯抽采不佳区,于是,结合矿井生产实际,选定02#煤层作为2#煤层的上保护层,并针对3203工作面的瓦斯抽采不佳区,设计了一个小走向、短采长的上保护层工作面,以治理瓦斯抽采不佳区的瓦斯。在该保护层工作面的开采过程中,工作面风流中瓦斯浓度偏高,时常达到瓦斯监控系统报警阈值,进而导致工作面停产,严重影响了矿井的正常进度。本文以02#保护层工作面为研究对象,通过理论分析、相似材料模拟、数值模拟以及现场测试等方法,研究了保护层工作面的裂隙发育与瓦斯运移规律,并针对矿井实际情况,提出了合适的采空区瓦斯治理方案。主要结论如下:保护层工作面设计采高1.4m,裂隙带高度23m左右。随着不断开采,顶部裂隙增加,渗透率升高,瓦斯顺裂隙扩散,导致顶部瓦斯压力升高。从开采回采60m开始,顶板渗透率高度不再向高处扩展,稳定在距离煤层顶部20m左右的厚泥岩底板,此位置即为瓦斯升浮和汇聚场所。假设数值模型充满瓦斯,采取上隅角瓦斯抽采后,靠近工作面处均低于9%,瓦斯浓度10%以下的体积约占总模型的45%。采取上隅角+高位裂隙瓦斯抽采后,靠近工作面处均低于5%,瓦斯浓度10%以下的体积约占总模型的70%以上,所以选用上隅角和高位裂隙瓦斯抽采。随着中兴煤矿保护层工作面的回采,上隅角和高位裂隙带瓦斯浓度呈现先增加后降低的趋势,开采初期,瓦斯浓度增加是因为邻近层和本煤层瓦斯不断涌出导致的,随着不断抽采,从回采65.4m开始,瓦斯浓度平均每天以0.04%的速率下降。保护层工作面经过回采及瓦斯抽采后,从回采238m开始,上隅角瓦斯浓度降低,稳定在0.18%,远低于《防治煤与瓦斯突出》的上隅角瓦斯浓度1%。经过计算可知平均瓦斯抽采率可以达到46.39%。研究结果表明,中兴煤矿在保护层工作面基础上配合合理的瓦斯防治技术,防治效果显著,实现了保护层工作面的安全开采。该论文有图53幅,表18个,参考文献70篇。