新屯矿采空区本煤层卸压带及瓦斯排放带宽度研究

作     者：王明科 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何俊;张业明

授予年度：2020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：采空区 煤层卸压 瓦斯排放 数值模拟 

摘      要：煤炭作为我国主要能源之一的现状,在未来一段时间内不会改变。煤炭所处环境比较复杂,导致开采过程中容易诱发事故,严重影响煤矿企业的安全高效生产。煤与瓦斯突出的危险性随着采深的增加而增大,且多发生在煤巷掘进工作面,在煤巷的设计、石门揭煤和上下山掘进时必须采取相应的措施。煤与瓦斯突出和地应力、瓦斯作用密切相关,在矿井下区段布置、井巷的设计和掘进等工作时,应以地应力和煤层瓦斯赋存两方面开展防突、消突工作。本文利用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,对沿空煤体卸压宽度和煤层瓦斯排放宽度两方面开展相关研究。(1)利用通用离散元程序数值模拟软件分别研究14271采空走向和倾向卸压带宽度。结果表明,走向模型中煤体卸压带范围为5m～6m,应力集中带范围为6m～25m,大于25m范围为原岩应力带。倾向模型中,上顺槽煤体卸压带范围为5m～6m,应力集中带范围为6m～25m,大于25m为原岩应力带;下顺槽煤体卸压带范围为5m～6m,应力集中带范围为6m～20m,大于20m为原岩应力带。针对本次模拟,采空区周围煤体卸压带范围数值模拟结果表明,采空区四周卸压带宽度基本相同。现场试验结果显示卸压带宽度为8m。采空区卸压带宽度测试数值比数值模拟结果大。因为煤岩自身具有流变特性,在开采一段时间后,集中应力向煤体深部移动,卸压带宽度增大。最终得出卸压带宽度为8m。(2)利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件研究煤层瓦斯排放宽度。结果表明,极限瓦斯排放宽度约为18m～20m。随煤壁距离的增加,瓦斯压力逐渐增大至原始瓦斯压力并保持不变;距煤壁相同距离,随着时间的增加,瓦斯压力逐渐减小,接近一稳定数值;瓦斯压力梯度会随着时间的增加而逐渐减小;极限瓦斯排放宽度随原始瓦斯压力、煤体初始渗透率的增大而增大。结合现场试验,结果表明,最终确定煤体瓦斯排放带宽度为18m。