【摘要】：在煤礦生產(chǎn)過程中,隨著開采強度的增大,開采深度的增加,我國賦存優(yōu)越的煤層大幅度減少,煤礦開采環(huán)境也越來越復(fù)雜,高地應(yīng)力及復(fù)雜瓦斯賦存條件下所引發(fā)的煤巖瓦斯動力災(zāi)害給煤礦安全帶來了更大的威脅,煤巖瓦斯動力災(zāi)害來勢突然猛烈,造成較為嚴(yán)重的人員傷亡事故,導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失,成為煤礦生產(chǎn)過程中最為嚴(yán)重的一種災(zāi)害,至今未得到根本性的控制。本文以皖北煤電集團朱集西煤礦11-2煤層典型的煤巖瓦斯動力災(zāi)害工作面為研究對象,通過實驗室測試、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場工業(yè)性試驗等綜合研究手段,進行煤巖瓦斯力學(xué)特征參數(shù)測試、致災(zāi)機理分析、煤巖瓦斯動力災(zāi)害分類屬性鑒定、采煤工作面煤與瓦斯動力危險區(qū)域劃分,有針對性地制定綜采工作面回采過程中煤巖瓦斯動力災(zāi)害的綜合防治體系,為其災(zāi)害治理提供依據(jù)與支撐,以期對其他相似條件的礦井開展煤巖瓦斯動力災(zāi)害防治工作提供重要參考和理論指導(dǎo),本文取得的主要研究成果和相關(guān)結(jié)論如下:(1)礦井11-2煤層瓦斯壓力較小,沿傾斜方向不明顯,局部瓦斯壓力較大,瓦斯含量較小,瓦斯解吸特性差,瓦斯參與煤巖動力能力較弱;煤層處于N2-CH4與CH4帶的過渡復(fù)雜瓦斯地帶;瓦斯壓力、含量賦存規(guī)律性差。11-2煤層距地表垂深1000m左右,處于高地應(yīng)力及超高應(yīng)力危害區(qū)域,根據(jù)實驗室煤、巖樣沖擊傾向性測試結(jié)果,煤層硬煤樣具有弱沖擊傾向性;煤層頂板砂巖巖層具有強沖擊傾向性。(2)指出在含瓦斯礦井進行深部開采時,煤與瓦斯突出和沖擊地壓具有關(guān)聯(lián)性,沖擊地壓的發(fā)生會誘發(fā)瓦斯涌出,進而產(chǎn)生突出事故;煤與瓦斯突出也是沖擊地壓發(fā)生的助推力。因此,在對煤巖動力災(zāi)害進行監(jiān)測時,沖擊地壓應(yīng)與瓦斯聯(lián)合監(jiān)測,互為預(yù)警。(3)根據(jù)煤與瓦斯突出和沖擊地壓發(fā)生的能量本質(zhì),分析其能量來源,建立了煤巖動力災(zāi)害發(fā)生的能量方程:E_e+E_f+E_d=E_e+E_r,即在煤礦生產(chǎn)過程中煤巖體中積聚的彈性應(yīng)變能和煤體中的瓦斯膨脹能導(dǎo)致了煤巖體發(fā)生破壞并被拋出,瓦斯參與程度的不同決定了煤巖瓦斯動力災(zāi)害的發(fā)生形式。從能量角度分析了煤巖系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)破壞的能量傳遞過程,并提出了動力災(zāi)害發(fā)生的判斷準(zhǔn)則。(4)運用數(shù)值模擬研究了朱集西礦11-2煤層工作面回采過程中不同地質(zhì)條件下工作面應(yīng)力、瓦斯壓力和煤體塑性變形區(qū)的變化規(guī)律,并分析了突出發(fā)生的危險性,論證了煤體發(fā)生突出的危險性與埋深、瓦斯壓力的大小成正比,與煤厚的大小成反比�；�11-2煤層的具體工程地質(zhì)條件,指出在此三種影響因素的綜合作用下,離工作面較近范圍內(nèi)易形成高應(yīng)力區(qū),較易發(fā)生突出現(xiàn)象,應(yīng)做好預(yù)防預(yù)警工作。(5)在工作面范圍內(nèi)劃分出高地應(yīng)力動力危險區(qū)域,并劃分出四塊區(qū)域為煤與瓦斯突出危險區(qū)域,運用沖擊地壓危險綜合指數(shù)法和多因素耦合法對整個工作面地應(yīng)力動力危險進行預(yù)測及劃分,判定工作面見方區(qū)域,斷層、褶曲區(qū)兩側(cè),停采線區(qū)分別為強、中等危險區(qū),工作面其它正�；夭蓞^(qū)域為弱危險區(qū)。在工作面重點防患區(qū)應(yīng)進行連續(xù)性的煤與瓦斯危險性鉆孔工作面指標(biāo)區(qū)域驗證,而在一般防患區(qū)可以間隔30~50m進行煤與瓦斯危險性鉆孔工作面指標(biāo)區(qū)域驗證。(6)在地應(yīng)力動力危險綜合指數(shù)法及多因素疊加法綜合區(qū)域預(yù)測基礎(chǔ)上,結(jié)合煤與瓦斯突出瓦斯地質(zhì)法區(qū)域預(yù)測,采用區(qū)域瓦斯預(yù)抽達標(biāo)、卸壓、注水降低煤層沖擊傾向性的復(fù)合區(qū)域措施,以及強化支護、優(yōu)化采掘工藝與速度、區(qū)域防突(沖)措施效果檢驗、工作面超前支承壓力及支架工作阻力在線監(jiān)測、鉆屑指標(biāo)等動力危險預(yù)測、淺孔動壓注水和鉆孔卸壓的局部措施補充的“先區(qū)域、后局部”綜合防治體系,以達到全方位、立體化防治礦井煤巖瓦斯動力災(zāi)害的目的。(7)在掌握工作面煤系地層瓦斯賦存及災(zāi)害特點基礎(chǔ)上,及時優(yōu)化瓦斯治理措施工程,實現(xiàn)安全技術(shù)經(jīng)濟一體化目標(biāo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD712;TD32

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本文編號：2394804