【摘要】：瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害源，開采保護(hù)層是高瓦斯突出煤層群區(qū)域瓦斯治理最有效的技術(shù)，但保護(hù)層開采過程中采場力學(xué)行為演化特征及其對瓦斯三維流動影響機(jī)制缺乏系統(tǒng)的理論研究，尤其是薄上保護(hù)層采高小、通風(fēng)排放瓦斯能力差、卸壓范圍小，區(qū)域瓦斯治理盲目性大。該論文采用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場測試相結(jié)合的研究方法，以三向應(yīng)力對瓦斯三維流動及突出危險性的影響機(jī)制為基礎(chǔ)，以薄上保護(hù)層為研究對象，以采場三向應(yīng)力場時空演化規(guī)律為主線，建立了采場空間分布模型，構(gòu)建了煤層群安全高效開采模式，破解了近距離煤層群卸壓瓦斯治理難和遠(yuǎn)距離煤層群卸壓難等技術(shù)難題。主要創(chuàng)新成果如下： 統(tǒng)計(jì)分析了原巖應(yīng)力分布特征，指出最大和最小應(yīng)力傾向于沿水平方向，中間應(yīng)力傾向于沿縱向，且最大應(yīng)力為最小應(yīng)力2倍以上；發(fā)現(xiàn)了最大應(yīng)力方向是控制煤層巷道掘進(jìn)突出危險性的關(guān)鍵因素，將防治煤與瓦斯突出理念推至新的高度。研究發(fā)現(xiàn)：在同一應(yīng)力場下，，當(dāng)巷道沿垂直于最大應(yīng)力方向掘進(jìn)時，掘進(jìn)頭前方產(chǎn)生顯著的應(yīng)力集中，突出危險性較大；而當(dāng)巷道沿最大應(yīng)力方向掘進(jìn)時，掘進(jìn)頭前方無應(yīng)力集中，突出危險性較小。同時發(fā)現(xiàn)，煤層強(qiáng)度差異是導(dǎo)致局部應(yīng)力集中的關(guān)鍵因素，當(dāng)巷道從一種強(qiáng)度的煤體掘向另一種強(qiáng)度的煤體時，不論巷道沿何種方向掘進(jìn)，突出危險性都較大。 通過分析采場圍巖破壞特征，建立了適用于峰前階段的“應(yīng)力-裂隙-滲透率”本構(gòu)模型，并采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)相驗(yàn)證的方法，研究了采場三向應(yīng)力分布及其對瓦斯三維流動的控制作用，同時研究得出了超前支撐壓力、卸壓角、“O”形圈等隨煤層開采的時空演化機(jī)制，在此基礎(chǔ)上提出了下覆圍巖“三帶五區(qū)”劃分和采場“四層空間”分布模型，最終首次從力學(xué)角度進(jìn)行遠(yuǎn)近距離煤層群劃分。 現(xiàn)場測試了近距離煤層群薄上保護(hù)層采場瓦斯流動富集規(guī)律，驗(yàn)證了采場劃分理論模型的正確性，并針對其特點(diǎn)發(fā)明了采動區(qū)強(qiáng)擾動瓦斯抽采鉆孔護(hù)孔技術(shù)和“三位立體”分源瓦斯治理技術(shù)，提高了鉆孔抗采動破壞能力，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域瓦斯分源協(xié)同抽采，防治瓦斯超限。 開創(chuàng)了基于最大應(yīng)力方向的區(qū)域防突設(shè)計(jì)新方法，并得到現(xiàn)場試驗(yàn)的驗(yàn)證。根據(jù)最大應(yīng)力方向?qū)γ合锿怀鑫ｋU性的控制機(jī)理，通過將突出煤巷沿平行于最大應(yīng)力方向布置，避免掘進(jìn)頭應(yīng)力集中，降低突出危險性，該技術(shù)為除開采保護(hù)層和區(qū)域瓦斯預(yù)抽之外的另一種新的區(qū)域瓦斯治理技術(shù)。 主要研究成果體現(xiàn)在以第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文11篇，其中被SCI收錄3篇，EI收錄5篇，ISTP收錄1篇，授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)，主體內(nèi)容獲得陜西省、中國煤炭工業(yè)協(xié)會等科技進(jìn)步一等獎6項(xiàng)。 研究結(jié)果為高瓦斯煤層群保護(hù)層開采區(qū)域瓦斯治理奠定了重要理論和技術(shù)基礎(chǔ)，對今后礦井瓦斯治理和防突設(shè)計(jì)有著重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TD712

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2288737