论文中文题名: |
特厚煤层综放开采卸压瓦斯储集区演化规律及应用研究
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姓名: |
王旭
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学号: |
19220214098
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保密级别: |
公开
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论文语种: |
chi
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学科代码: |
085224
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学科名称: |
工学 - 工程 - 安全工程
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学生类型: |
硕士
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学位级别: |
工程硕士
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学位年度: |
2022
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培养单位: |
西安科技大学
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院系: |
安全科学与工程学院
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专业: |
安全工程
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研究方向: |
矿井瓦斯防治
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第一导师姓名: |
李树刚
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第一导师单位: |
西安科技大学
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第二导师姓名: |
林海飞
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论文提交日期: |
2022-06-17
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论文答辩日期: |
2022-06-01
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论文外文题名: |
Research on application and evolution law of pressure relief gas reservoir in fully mechanized caving mining of extra-thick coal seam
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论文中文关键词: |
特厚煤层 ; 卸压瓦斯储集区 ; 采动覆岩裂隙 ; 抽采技术体系
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论文外文关键词: |
Extra-thick coal seam ; Pressure relief gas reservoir area ; mining overburden fractures ; Drainage technology system
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论文中文摘要: |
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我国西部特厚煤层分布广泛,回采时采放高度大、开采强度高,覆岩裂隙发育高度上升、涉及范围扩广,积聚瓦斯能力显著增强,易造成瓦斯超限。矿井瓦斯精准抽采是解决此问题的有效措施之一,而明确特厚煤层卸压瓦斯储集区演化规律是实现矿井瓦斯精准抽采的前提。论文在探究了采动覆岩结构运动和裂隙演化、卸压瓦斯储集区及抽采方法等成果后,认为研究特厚煤层采动覆岩移动、应力演化、裂隙分布及形态特征是明确卸压瓦斯储集区演化规律的基础。
论文试验工作面选取彬长矿区综放面,通过物理相似模拟实验及3DEC离散元数值模拟,系统分析了特厚煤层采动覆岩移动、应力演化、裂隙分布及形态特征,得到覆岩应力分布区域可划分为应力集中区、卸压区和原岩应力区,覆岩破断裂隙分布曲线和离层率分布曲线皆呈“M”型双驼峰状,覆岩垮落位移形态和离层裂隙形态皆呈现梯形状分布,且在不同采高条件下,覆岩位移、应力、裂隙分布及形态特征规律类似,采高增加时各表征参数峰值皆呈现增长趋势。
基于物理相似模拟和数值模拟实验结果,得到覆岩纵向破断裂隙和横向离层裂隙皆集中在关键层下方的工作面侧卸压区(裂隙区)位置,将卸压瓦斯储集区可划分高位储集区、中位储集区和低位储集区三类,认为采动卸压瓦斯储集区通常出现在工作面侧卸压区(裂隙区)位置的关键层下方,其形态随上方控制关键层破断状态而转变;储集区面积先升后降,此后周期性发展,采高增加时峰值呈增长趋势,对应推进距呈下降趋势。基于弹性地基梁理论和关键层理论,提出卸压瓦斯储集区位置判别方法。
明确了低位储集区抽采以埋管或低位钻孔为主,中位储集区抽采以高位钻孔、定向长钻孔或高抽巷为主,高位储集区抽采以定向长钻孔、高抽巷及地面钻孔为主的卸压瓦斯抽采模式,形成了多方法协同的分域立体式抽采技术体系。据此进行工程实践,得到高位抽采钻孔终孔位置应尽量布置在卸压瓦斯储集区,工作面、回风巷和上隅角瓦斯浓度均控制在1 %以下,卸压瓦斯抽采率维持在80 %以上,说明据此方法布置高位钻孔具有合理性,保证了工作面安全高效生产,为有效防止矿井瓦斯灾害、科学布置瓦斯抽采系统、实现矿井瓦斯精准抽采提供了理论依据。
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论文外文摘要: |
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The distribution of extra-thick coal seams in the west of China is extensive, and the mining height and intensity are high during the recovery, the overburden fracture development height rises and the scope is widened, so the ability to accumulate gas is significantly enhanced, which is easy to cause gas overrun. Accurate extraction of mine gas is one of the effective measures to solve this problem, and clarifying the evolution law of unloading gas storage area of extra-thick coal seam is a prerequisite to realize accurate extraction of mine gas. After exploring the results of structural movement and fracture evolution of mining overburden, unloading gas storage area and extraction methods, the paper concludes that the study of mining overburden movement, stress evolution, fracture distribution and morphological characteristics of extra-thick coal seam is the basis for clarifying the evolution law of unloading gas storage area.
The test face of the paper is selected from Binchang mining area, through physical similar simulation experiments and 3DEC discrete element numerical simulation, the overburden movement, stress evolution, fracture distribution and morphological characteristics of mining overburden of extra-thick coal seam are systematically analyzed, and the overburden stress distribution area can be divided into stress concentration area, pressure relief area and original rock stress area, the overburden breakage fracture distribution curve and delamination rate distribution curve are in the shape of The distribution curves of overburden fracture and fracture rate are in the shape of "M" type double hump, and the overburden collapse displacement and fracture form are in the shape of trapezoidal distribution, and the overburden displacement, stress, fracture distribution and morphological characteristics are similar under different mining height conditions, and the peak value of each characterization parameter shows an increasing trend when the mining height increases.
Based on the results of physical similar simulation and numerical simulation experiments, the overburden longitudinal fracture and transverse delamination fracture are concentrated in the working face side unloading zone (fracture zone) below the key layer, and the unloading gas storage area can be divided into three categories: high storage area, medium storage area and low storage area, and it is believed that the mining unloading gas storage area usually appears below the key layer in the working face side unloading zone (fracture zone), and its The shape changes with the breakage state of the key layer above; the area of the storage area first rises and then falls, after which it develops periodically, and the peak value increases when the mining height increases, corresponding to the decreasing trend of the advance distance. Based on the elastic foundation beam theory and key layer theory, the method of discriminating the location of unloading gas reservoir area is proposed.
The extraction mode of unloading gas extraction is clearly defined as low storage area is mainly by buried pipe or low drilling, medium storage area is mainly by high drilling, long directional drilling or high extraction lane, high storage area is mainly by long directional drilling, high extraction lane and ground drilling, which forms a multi-method collaborative three-dimensional extraction technology system in different areas. According to the engineering practice, the final hole location of high extraction hole should be arranged in the unloading gas storage area as far as possible, the gas concentration in working face, return air alley and upper corner is controlled below 1 %, and the unloading gas extraction rate is maintained above 80 %, which shows that the arrangement of high drilling hole according to this method is reasonable and ensures the safe and efficient production of working face, and provides a good solution for effective prevention of mine gas disaster, scientific arrangement of gas extraction system and precise extraction of mine gas. It provides a theoretical basis for effective prevention of mine gas disasters, scientific arrangement of gas extraction system and precise extraction of mine gas.
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参考文献: |
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中图分类号: |
TD712
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开放日期: |
2022-06-17
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