發(fā)布時間：2020-07-22 10:17

【摘要】：煤系地層中巖漿侵入現(xiàn)象在世界各主要產(chǎn)煤國普遍存在,巖漿侵入體的產(chǎn)狀、厚度和分布形式對煤礦安全開采具有極其重要的影響,我國煤礦災(zāi)害中因受巖漿侵入影響引發(fā)的事故非常多。巖漿侵入所營造的高溫、高壓環(huán)境促進了煤層熱演化,改變了煤體的變質(zhì)程度、孔隙結(jié)構(gòu)、吸附-解吸特性,從而對煤層瓦斯賦存和突出災(zāi)害起到控制作用。論文以巖漿侵入嚴重的淮北礦區(qū)海孜井田為研究對象,采用理論分析、實驗室試驗、相似模擬、數(shù)值模擬和現(xiàn)場工程實踐相結(jié)合的研究方法,系統(tǒng)地開展了巖漿侵入對下伏煤層的熱演化作用機制、巨厚巖漿巖床對煤層瓦斯圈閉效應(yīng)以及巨厚巖床下卸壓煤巖體裂隙演化與滲流特征等基礎(chǔ)研究,在此基礎(chǔ)上提出并實踐了巖漿侵入礦井分區(qū)分級瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù)。論文主要結(jié)論與創(chuàng)新工作體現(xiàn)在以下四個方面:(1)構(gòu)建了巖漿侵入煤系地層后熱傳導作用的數(shù)學模型,綜合考慮地溫梯度得到二維熱傳導模型的解。通過MATLAB、COMSOL數(shù)值解算和實驗室驗證方法分析了巖漿侵入對下伏煤層的熱演化作用機制,對影響巖漿巖冷卻過程圍巖溫度分布的主控因素(巖漿巖冷卻時間、巖漿巖的厚度和初始溫度等)進行對比分析。結(jié)果表明:隨著距巖漿巖距離的增加,煤層的最大有效溫度和持續(xù)高溫作用時間隨之減少,通過熱史模擬計算,分析可知海孜井田巖漿巖下8煤和10煤最大熱演化溫度分別為258℃和228℃,煤體演化最大熱演化溫度持續(xù)的時間分別為600a和500a。同時結(jié)合淮北含煤地層演化特征和巖漿侵入時空演化過程,獲得了淮北礦區(qū)巖漿侵入井田煤層的熱演化生烴特征,燕山期巖漿侵入后煤層二次生烴量最大約為340m3/t。(2)獲得了不同巖漿侵入體厚度對煤層瓦斯賦存的圈閉效應(yīng)。結(jié)果表明:隨著巖漿巖體厚度的增加,下伏10煤層變質(zhì)程度出現(xiàn)顯著提升,孔隙-裂隙發(fā)育程度不斷增加,使煤層生成、吸附和儲集瓦斯的能力得到增強。致密堅硬的巖漿巖侵入體滲透率較低,當以巖床蓋成形式賦存于煤層頂板時,形成了天然的“瓦斯封存箱”來圈閉下伏煤層瓦斯,且瓦斯圈閉效應(yīng)隨著巖體的厚度增加表現(xiàn)越為明顯,導致煤層賦存的原始瓦斯壓力和瓦斯含量超過了突出臨界值,在采掘作用影響下更容易發(fā)生突出事故。(3)系統(tǒng)分析了巨厚巖漿巖下遠程下保護層(10煤)開采后采場覆巖離層裂隙動態(tài)演化規(guī)律及卸壓瓦斯儲運特征。結(jié)果表明,在巨厚巖漿巖的支撐作用下,采場覆巖彎曲帶內(nèi)能夠形成大量不完全閉合的離層,離層區(qū)成為卸壓瓦斯(甚至地下水)的富集區(qū),為遠距離卸壓瓦斯高效抽采方法的選擇提供了理論基礎(chǔ)。同時由于巨厚巖漿巖體呈整體塊狀結(jié)構(gòu),力學強度等符合礦井主關(guān)鍵層條件,計算垮落步距可達332m。但隨著開采面積的增大,巖漿巖體垮落破斷后釋放大量的彈性能并形成沖擊效應(yīng)作用于離層空間和下伏各煤層,導致瓦斯突出、沖擊地壓、突水、地表沉陷等多元動力災(zāi)害。(4)針對巨厚巖漿巖熱演化和圈閉作用導致的礦井不同區(qū)域瓦斯賦存特征和突出災(zāi)害危險程度所呈現(xiàn)的差異性現(xiàn)象,依據(jù)井田內(nèi)巖漿巖體分布形式、煤系地層賦存特征和瓦斯動力災(zāi)害等級,提出了適合巖漿侵入礦井分區(qū)分級瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù),并在現(xiàn)場進行了成功應(yīng)用。同時基于巨厚巖漿巖破斷沖擊形成多元動力災(zāi)害的致因分析,提出了采空區(qū)合理充填高度的概念,實現(xiàn)了保護層開采卸壓瓦斯高效抽采與采空區(qū)充填技術(shù)在巨厚巖漿巖賦存條件下共存,為巨厚巖漿巖下多元動力災(zāi)害的防治提供了技術(shù)保障。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.2
【圖文】：

圖 1-1 巖漿作用及巖漿巖產(chǎn)狀Figure 1-1 Magmatism and occurrence of magmatic rock于地殼深處或上地幔中的巖漿，在地應(yīng)力的作用下，沿構(gòu)造脆弱帶上表，巖漿上升運移過程中，由于物理化學條件的改變，不斷地改變自成巖漿巖，巖漿形成、運移和冷凝成巖的整個活動過程稱為巖漿作用。巖漿作用包括侵入作用和噴出作用，并在冷卻后會形成巖蓋、巖基

圖 1-2 海孜礦巨厚巖漿巖下瓦斯突出事故圖Figure 1-2 Gas outburst accident under the extremely magmatic rock in the Haizi coalmine為了保障巨厚巖漿巖下突出煤層安全高效開采，本文以淮北礦區(qū)海孜井田為研深入研究巖漿侵入事件對煤層的熱演化機制、巖漿侵入對煤層多元物性參數(shù)和特征的控制作用、采場上覆煤巖體離層裂隙發(fā)育和卸壓瓦斯儲運規(guī)律，在此基巖漿巖侵入造成多元動力災(zāi)害發(fā)生的致因，從而構(gòu)建針對性的瓦斯災(zāi)害防治技

研究思路與技術(shù)路線

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 程遠平,俞啟香;煤層群煤與瓦斯安全高效共采體系及應(yīng)用[J];中國礦業(yè)大學學報;2003年05期

2 武昱東;琚宜文;侯泉林;胡圣標;倪善芹;范俊佳;;淮北煤田宿臨礦區(qū)構(gòu)造—熱演化對煤層氣生成的控制[J];自然科學進展;2009年10期

本文編號：2765684