论文中文题名: | 倾斜厚煤层综放面覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律研究及应用 |
姓名: | |
学号: | 21220226104 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085700 |
学科名称: | 工学 - 资源与环境 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 矿井瓦斯灾害防治 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-17 |
论文答辩日期: | 2024-06-01 |
论文外文题名: | Study and application of overburden fissure evolution and unloading gas transport law in inclined thick coal bed consolidation face |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Inclined thick coal seams ; overburden fissure evolution ; unloaded gas transport ; transverse longitudinal fissure characteristics ; numerical modelling |
论文中文摘要: |
我国煤炭产量逐年上升,煤炭开采条件随着深部矿山资源的逐步显现而更加恶劣,从而在高难度的治理条件下,瓦斯异常事故易受忽略。倾斜厚煤层覆岩裂隙演化规律与以往不同,形成的卸压瓦斯富集区域层位及范围与以往开采的煤层区别较大,导致卸压瓦斯抽采系统大部分存在滞后性、盲目性等问题。以此为出发点,本文以菏泽腾达煤矿主采1503工作面为试验矿井,通过理论推导分析、物理相似模拟实验、数值模拟实验以及现场工业性试验,开展倾斜厚煤层综放面覆岩裂隙演化及卸压瓦斯运移规律研究,初步取得如下成果: (1)对原有二维物理相似模拟实验台进行优化,设计出了一种可变倾角的实验平台,提高了模拟实验的相似度、提升实验结果的科学性。根据菏泽腾达煤矿实际开采情况以及相似原理,开展了二维物理相似模拟实验。分别进行了倾向和走向的物理相似模拟实验得到:倾向开采来压步距在12-15m,倾斜厚煤层在倾角、煤厚两者的共同作用下,使得覆岩裂隙场分布具有明显的不对称性。走向开采的来压步距在10-25m,裂隙发育最大高度距煤层顶板105.4m。 (2)分析覆岩裂隙贯通度得出第一次到第五次周期来压的最大贯通分别在距离煤层8m、34m、37m、50m、8m和19m。得出工作面的贯通度也不断发育,靠近煤层顶板上方的贯通度,增大速率越大,越靠近覆岩裂隙发育结束位置的贯通度,减小速率越大。实验结果得到,分形维数在1.01~1.25范围内波动,平均为1.19。倾向开采条件下,工作面上端头区域内裂隙的分形维数起伏较小,基本维持于1.0前后;而工作面下端头裂隙的分形维数值变化较大,从开采至结束,分形维数值首先增加至1.25,最后减小至1.0前后。 (3)研究了倾斜厚煤层开采卸压瓦斯运移规律,得到了合理抽采参数下抽采钻孔对采空区内瓦斯浓度分布造成了较大影响,工作面瓦斯浓度降低,最高瓦斯浓度控制在1%以下;分析得到随距回风巷距离增加,瓦斯浓度出现三个阶段:首先是瓦斯浓度上升阶段,其次是瓦斯浓度稳定阶段,最后为瓦斯浓度下降阶段。最终确定抽采负压选取15kPa,直径94mm,钻孔间距2m,钻孔平距15m较为合适。 (4)建立了以下沉量、离层量、裂隙率和贯通度为特征参数的卸压瓦斯高效抽采区判定流程。并进行了高位钻场设计,分析其抽采效果得到:回采过程矿井整体瓦斯抽采量占绝对瓦斯涌出总量的54.30%~81.21%,平均值为70.60%;工作面、上隅角、回风巷最大瓦斯浓度均控制在0.5%以内,实现工作面安全生产。 确定了倾斜厚煤层采动覆岩裂隙演化规律,明确了采动覆岩横纵向卸压瓦斯富集区边界形成过程;获得了卸压瓦斯抽采的合理布置参数,建立了卸压瓦斯高效抽采区判定流程,对抽采系统的布置参数进行了优化,为菏泽腾达煤矿解决了矿井瓦斯治理问题,保证了工作面的安全推进。 |
论文外文摘要: |
China's coal production has been rising year by year, and coal mining conditions have become worse with the gradual emergence of deep mine resources, thus making gas anomaly accidents easy to ignore under highly difficult governance conditions. The overlying rock fissure evolution law of inclined thick coal seams is different from that of the past, and the formation of unloaded gas-enriched area layers and ranges are quite different from those of the previously mined coal seams, leading to lagging and blindness in most of the unloaded gas extraction systems. Taking this as the starting point, this paper takes the main mining 1503 working face of Heze Tengda Coal Mine as the test mine, and carries out the research on the overburden fissure evolution and decompression gas transport law of the inclined thick coal seam consolidation face through the theoretical derivation and analysis, physical similarity simulation experiments, numerical simulation experiments, and on-site industrial experiments, and preliminarily achieves the following results: (1) The original two-dimensional physical similarity simulation experimental platform is optimised and a variable inclination experimental platform is designed to improve the similarity of simulation experiments and enhance the scientificity of experimental results.According to the actual mining situation of Heze Tengda Coal Mine and the similarity principle, two-dimensional physical similarity simulation experiments were carried out. Physical similarity simulation experiments of inclination and strike were carried out respectively, and the following results were obtained: inclination mining with a pressure step of 12-15m, and inclined thick coal seam with an obvious asymmetry in the distribution of overburden fracture field under the joint action of inclination angle and coal thickness. The pressure step of strike mining is 10-25m, and the maximum height of fissure development is 105.4m from the top plate of coal seam. (2) Analysing the penetration of overburden fissure, the maximum penetration of the first to fifth cycles of incoming pressure is 8m, 34m, 37m, 50m, 8m and 19m from the coal seam respectively, and it is concluded that the penetration of the working face is also developing continuously, and the penetration close to the top plate of the coal seam is increasing at a greater rate, and the penetration closer to the end of the development of overburden fissure is decreasing at a greater rate. The experimental results show that the fractal dimension fluctuates within the range of 1.01~1.25, with an average of 1.19. Under inclined mining conditions, the fractal dimension of the fissures in the upper end of the working face area fluctuates less and basically stays before and after 1.0, while the fractal dimension of the fissures in the lower end of the working face varies a lot, and the value of the fractal dimension firstly increases to 1.25 from the mining to the end of the working face and then finally decreases to around 1.0. (3) The unloading gas transport law of inclined thick coal seam mining was studied, and it was obtained that the distribution of gas concentration in the mining area was greatly affected by the extraction drilling under the reasonable extraction parameters, and the gas concentration in the working face was reduced, with the highest gas concentration controlled below 1%; the analysis obtained that with the increase of distance from the return airway, the gas concentration appeared in three phases: firstly, it is the stage of increasing gas concentration, then it is the stage of stabilisation of the gas concentration, and finally it is the stage of decreasing gas concentration. The analysis shows that there are three stages of gas concentration with the increase of distance from the return airway: firstly, the gas concentration increases, secondly, the gas concentration stabilises and finally, the gas concentration decreases. Finally, the negative pressure of 15kPa, the diameter of 94mm, the spacing of 2m and the distance of 15m between drilling holes are more suitable. (4) The process of determining the high-efficiency extraction zone of unloaded gas was established with the sinking amount, the amount of off-layer, the fissure rate and the degree of penetration as the characteristic parameters. The design of high level drilling site was also carried out, and the analysis of its extraction effect obtained: the overall gas extraction in the mine during the mining process accounted for 54.30%~81.21% of the total absolute gas outflow, with an average value of 70.60%; the maximum gas concentration in the working face, upper corner, and the return airway were all controlled to be less than 0.5%, so as to achieve the safe production of the working face. The evolution law of the fissure field of the mining overburden of inclined thick coal seams was determined, and the formation process of the boundary of the transverse and longitudinal unloaded gas-rich zone of the mining overburden was clarified; reasonable arrangement parameters of the unloaded gas extraction were obtained, and the process of determining the high-efficiency extraction zone of the unloaded gas was established, and the arrangement parameters of the extraction system were optimised, which has resolved the problem of the mine's gas management for the Tengda Coal Mine in Heze, and ensured the safe advancement of the working face. |
参考文献: |
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中图分类号: | TD712 |
开放日期: | 2024-06-17 |