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无煤柱工作面搬迁过渡期合并采空区瓦斯积聚区分布规律

无煤柱工作面搬迁过渡期合并采空区瓦斯积聚区分布规律

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作者：沙慧慧辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

“110工法”的应用促进了煤炭资源的可持续发展,提高了煤炭资源回收率的同时,也出现了新问题。如工作面搬迁过渡期通风系统复杂,合并采空区流场多变,瓦斯涌出也会相应变化,导致无煤柱工作面搬迁过渡期为灾害多发时期。目前对无煤柱工作... 详细信息

“110工法”的应用促进了煤炭资源的可持续发展,提高了煤炭资源回收率的同时,也出现了新问题。如工作面搬迁过渡期通风系统复杂,合并采空区流场多变,瓦斯涌出也会相应变化,导致无煤柱工作面搬迁过渡期为灾害多发时期。目前对无煤柱工作面搬迁过渡期的采空区流场与瓦斯浓度分布的研究基本处于空白。本文采用理论分析、数值模拟以及物理模拟实验相结合的方法,对寺河煤矿二号井无煤柱工作面采空区瓦斯流场进行了系统的分析研究,旨在为类似条件工作面的瓦斯灾害与自燃防治提供依据。计算了寺河煤矿二号井9#煤层采空区冒落带,裂隙带的高度以及采空区绝对瓦斯涌出量。分别通过数值模拟、自研的无煤柱开采合并采空区物理模拟实验台,对比分析了搬迁期与正常回采期合并采空区内的风压、瓦斯以及氧气浓度场的分布规律,得出无论是搬迁期还是正常回采期,合并采空区内的风压随主进风巷的风量增大而增大,正常回采期总体大于搬迁期,搬迁工作面侧存在一个风压低点。2:1配风条件下合并采空区内形成一个倒“Z”状的风流通道。采空区走向与倾向测线上瓦斯与氧气浓度的变化规律符合3次多项式,但二者变化趋势相反。搬迁期采空区内瓦斯总会略高于正常回采期,而氧气浓度则正好相反。搬迁期漏风通道会导致合并采空区内风流流动复杂,易造成瓦斯积聚事故。研究了采空区瓦斯积聚灾害危险区域的形成条件、判断原理以及判断方法。物理模拟实验研究确定了主副进风巷的不同配风比条件下,工作面搬迁期与正常回采期合并采空区内瓦斯积聚危险区域范围,得出瓦斯积聚区域会在采空区内形成一条“L”状的积聚带,且搬迁期瓦斯积聚致灾区域面积比正常回采期增大3.81%～6.92%。瓦斯积聚面积会随主副进风巷配风比的增大,呈现先减小后增大的变化规律。以积聚区域面积为准则,得出工作面搬迁过渡时期的最优主副进风巷配风比为2:1。基于此配风比开展了瓦斯埋管抽采实验,优化确定搬迁时期最优埋管位置为副回风巷侧且距工作面80m;正常回采期最优埋管位置为主进风巷侧距工作面60m、副进风巷侧距工作面120m。该论文有图71幅,表29个,参考文献82篇。

关键词：无煤柱开采搬迁过渡期合并采空区物理模拟瓦斯积聚

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