發(fā)布時(shí)間：2020-05-08 00:02

【摘要】：在突出煤層群開(kāi)采中,保護(hù)層開(kāi)采是目前防治煤與瓦斯突出最有效的區(qū)域措施,其保護(hù)效果確定一直是保護(hù)層開(kāi)采研究的關(guān)鍵問(wèn)題。由于保護(hù)層開(kāi)采的保護(hù)效果影響因素多、影響規(guī)律復(fù)雜,目前大部分研究工作都集中在特定條件和特定因素方面的突出煤層群保護(hù)層開(kāi)采問(wèn)題,而各因素對(duì)突出煤層群保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果的影響規(guī)律尚缺少系統(tǒng)研究。為系統(tǒng)研究保護(hù)層層間距對(duì)上保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果的影響規(guī)律,采用響應(yīng)面模型結(jié)合數(shù)值計(jì)算的方法,分析了煤層間距、煤層埋深、構(gòu)造應(yīng)力、保護(hù)層厚度、煤層傾角等因素對(duì)上保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果影響的敏感程度,確定了對(duì)保護(hù)效果影響顯著的煤層間距這一因素為研究對(duì)象;采用物理相似模擬的研究方法,進(jìn)一步研究了其他因素不變的條件下,不同層間距條件下被保護(hù)層的卸壓分布規(guī)律、保護(hù)范圍隨煤層層間距的變化規(guī)律;從突出煤層群保護(hù)層開(kāi)采被保護(hù)層內(nèi)煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出控制的角度,研究了突出煤層群保護(hù)層開(kāi)采被保護(hù)層殘余瓦斯壓力與被保護(hù)層內(nèi)煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出之間的關(guān)系;最后結(jié)合南桐礦區(qū)東林煤礦的現(xiàn)場(chǎng)考察,開(kāi)展了突出煤層群上保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)范圍劃定方法的對(duì)比分析研究。本文的主要研究成果有:(1)針對(duì)突出煤層群保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)較多和保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果指標(biāo)受多因素影響的復(fù)雜問(wèn)題,采用響應(yīng)面試驗(yàn)方法,建立了突出煤層群上保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型;在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了煤層埋深、側(cè)壓系數(shù)、保護(hù)層厚度、煤層間距、煤層傾角等多因素對(duì)突出煤層群上保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果影響的量化對(duì)比分析研究,從量化上明確了煤層間距是影響突出煤層群保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)效果最敏感的因素,研究結(jié)果表明:突出煤層群上保護(hù)層開(kāi)采傾向保護(hù)范圍長(zhǎng)度、上部卸壓角和下部卸壓角均受層間距變化影響最敏感。(2)根據(jù)不同層間距的突出煤層群上保護(hù)層開(kāi)采物理相似模擬實(shí)驗(yàn)分析,確定了不同層間距條件下突出煤層群被保護(hù)層的卸壓分布規(guī)律和保護(hù)范圍隨煤層層間距的變化規(guī)律;研究表明:不同層間距上保護(hù)層開(kāi)采的保護(hù)范圍均小于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中按煤層傾角得到的保護(hù)范圍,且隨著層間距的增加保護(hù)范圍呈加速減小趨勢(shì);突出煤層群不同層間距被保護(hù)層卸壓曲線均呈“凸形”,隨突出煤層群層間距增加,被保護(hù)層小于原巖應(yīng)力的卸壓范圍與“凸形”頂部卸壓曲線頂部較大卸壓的范圍均呈減小趨勢(shì);對(duì)于傾斜煤層群,“凸形”中心線偏向下山方向。隨著煤層間距增加,卸壓范圍中心位置向下山方向轉(zhuǎn)移。(3)在煤層群保護(hù)層開(kāi)采基礎(chǔ)上,從傳統(tǒng)二維煤巷瓦斯涌出量計(jì)算方法中引入固氣耦合模型,提出了基于固氣耦合和被保護(hù)層煤巷斷面瓦斯涌出量時(shí)間積分的煤壁瓦斯涌出計(jì)算方法,為煤層群保護(hù)層開(kāi)采被保護(hù)層煤巷瓦斯涌出預(yù)測(cè)和超限控制奠定了理論基礎(chǔ);研究結(jié)果表明,被保護(hù)層煤巷掘進(jìn)速度恒定時(shí),煤壁瓦斯涌出量隨時(shí)間和掘進(jìn)距離逐漸增大,但增幅不斷減小,且煤壁瓦斯涌出量呈單調(diào)增加的指數(shù)衰減多項(xiàng)式(Exponential Decay Polynomial)變化規(guī)律;間斷式掘進(jìn)循環(huán)的煤壁瓦斯涌出量呈鋸齒狀增加,總體趨勢(shì)與恒速掘進(jìn)相同;隨時(shí)間增加,不同掘進(jìn)循環(huán)瓦斯涌出總量差異趨于穩(wěn)定;長(zhǎng)時(shí)間掘進(jìn)時(shí),掘進(jìn)循環(huán)內(nèi)瓦斯涌出量波動(dòng)對(duì)瓦斯涌出總量的影響可忽略。(4)開(kāi)展煤層群上保護(hù)層開(kāi)采被保護(hù)層殘余瓦斯壓力對(duì)煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出影響的研究,確定了考慮被保護(hù)煤層殘余瓦斯壓力、煤巷掘進(jìn)速度及掘進(jìn)時(shí)間的臨界曲面,提出了綜合臨界殘余瓦斯壓力的概念;利用被保護(hù)層煤巷掘進(jìn)條件(工藝)參數(shù)與該臨界曲面的相對(duì)位置,確定了被保護(hù)層掘進(jìn)煤巷內(nèi)瓦斯?jié)舛人?同時(shí),按被保護(hù)層煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出超限控制的要求,能限定被保護(hù)層卸壓抽采殘余瓦斯壓力值;在掘進(jìn)速度和通風(fēng)能力一定條件下,為保證被保護(hù)層煤巷掘進(jìn)瓦斯?jié)舛缺３衷谝?guī)定范圍內(nèi),提出了既能保證被保護(hù)層區(qū)域防突臨界瓦斯壓力(0.74 MPa)不超標(biāo)又能達(dá)到被保護(hù)層煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出不超標(biāo)(CH_4小于1%)的綜合臨界殘余瓦斯壓力確定的方法,對(duì)確保煤層群被保護(hù)層安全開(kāi)采從本質(zhì)上解決瓦斯災(zāi)害防治問(wèn)題具有指導(dǎo)作用。
【圖文】：

型研究現(xiàn)狀力學(xué)模型研究是圍巖變形破壞理論研究的重要方向之一原巖應(yīng)力及采動(dòng)工程應(yīng)力作用下移動(dòng)變形過(guò)程的復(fù)雜性礦山壓力假說(shuō)。最早的采場(chǎng)礦山壓力假說(shuō)應(yīng)推德國(guó)人哈Gillitzer）提出的“壓力拱”假說(shuō)（1928）和德國(guó)人施托克”假說(shuō)（1916）。這兩種假說(shuō)對(duì)于特定的開(kāi)采條件和采的解釋。技術(shù)的發(fā)展和采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)的測(cè)試及頂板支護(hù)技術(shù)技術(shù)條件下的覆巖移動(dòng)提出了更加合理的假說(shuō)，其中以巖塊”假說(shuō)(1954)和比利時(shí)學(xué)者拉巴斯于 20 世紀(jì) 50 年說(shuō)影響最廣。我國(guó)學(xué)者通過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐及巖層移動(dòng)變進(jìn)行發(fā)展，提出了“砌體梁理論”和“傳遞巖梁理論”。經(jīng)目前“砌體梁理論”和“傳遞巖梁理論”已成為中國(guó)煤礦生力假說(shuō)，其結(jié)構(gòu)力學(xué)關(guān)系如圖 1.4 和圖 1.5所示。

1 緒論積地層中，其圍巖主要是層狀巖層。層狀巖層有上覆巖層變形的主體�！捌鲶w梁”理論[28,29]認(rèn)為堅(jiān)硬著采空區(qū)的擴(kuò)大，堅(jiān)硬巖層將破壞形成砌塊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)作為圍巖運(yùn)動(dòng)的骨架，是采場(chǎng)圍巖整體結(jié)構(gòu)離采場(chǎng)工作面最近的兩個(gè)砌塊為砌體梁結(jié)構(gòu)中的的結(jié)構(gòu)，決定著砌體梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性可。說(shuō)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型如圖 1.5 所示。該假說(shuō)基于老頂相互咬合使得作用力始終能向煤壁前方及采空區(qū)的作用力無(wú)需由支架全部承擔(dān)，，支架所受支撐壓。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD712.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2653767