隨著我國煤礦開采深度的不斷延伸,煤層瓦斯含量及瓦斯壓力逐漸增大,加之綜合機械化煤巷掘進和放頂煤開采方法的使用,使得上隅角及回采巷道掘進面等區(qū)域瓦斯頻繁超限,瓦斯制約生產(chǎn)的“瓶頸”問題也越來越突出。本文針對常村煤礦回采巷道生產(chǎn)期間掘進面和綜放面回采期間部分區(qū)域瓦斯超限問題,綜合運用現(xiàn)場調(diào)研、理論分析、數(shù)值模擬和工業(yè)性試驗等方法,通過應(yīng)用穿層鉆孔抽采煤層瓦斯能夠解決煤層瓦斯含量較高問題,高抽巷能夠解決綜放工作面回采期間采空區(qū)及上隅角瓦斯超限問題;進行常村礦高抽巷合理層位布置及鉆孔抽采技術(shù)研究,主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)通過擬合地質(zhì)勘查監(jiān)測數(shù)據(jù)得到了常村煤礦3#煤層瓦斯含量與埋深之間的關(guān)系式為:W=0.042H 10.96,把23采區(qū)煤層埋深(491~533m)代入擬合方程關(guān)系式中,得到該采區(qū)內(nèi)煤層瓦斯含量范圍為9.71~11.43m~3/t,通過測定2301運輸巷不同區(qū)域煤層瓦斯含量驗證了該公式的準確性。(2)通過理論計算得到垮落帶范圍約為0~21.4m,裂隙帶發(fā)育高度約為80m;給出了五種不同的高抽巷布置模擬方案,得到高抽巷處于方案二(S=29m、H=30m)位置時巷內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_到26-28%,上隅角瓦斯?jié)舛戎挥?.6-0.7%,瓦斯抽放效果較好,給出了高抽巷支護方案。(3)通過分析有效抽采半徑理論計算結(jié)果和COMSOL模擬結(jié)果,確定有效抽采半徑為2.5m;分析抽采負壓和鉆孔直徑對有效抽采半徑的影響,得到最佳抽采負壓為15KPa、鉆孔直徑為94mm;對回采巷道附近區(qū)域65m寬的煤層條帶進行瓦斯抽采模擬,煤層瓦斯壓力降低至0.74MPa以下,瓦斯抽采效果較好。(4)給出了高抽巷內(nèi)鉆孔布置方案,確定了每個鉆孔的長度、傾角等參數(shù),終孔間排距均為5000mm,在常村煤礦2301綜放面進行了高抽巷內(nèi)布置穿層鉆孔抽采煤層瓦斯工業(yè)性試驗,現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明:煤層殘余瓦斯含量降低至4.7m~3/t,穿層鉆孔抽采瓦斯應(yīng)用效果較好;回采期間上隅角最高瓦斯?jié)舛葹?.76%、回風巷最高瓦斯?jié)舛葹?.7%,高抽巷在四個階段的應(yīng)用效果較好,保證了該綜放面的安全高效生產(chǎn)。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD712.6
【部分圖文】：

圖 2-1 3#煤層瓦斯分布圖Figure 2-1 Gas distribution drawing of 3# coal seam層瓦斯含量與埋深之間規(guī)律分析(Regular analysis ont and depth of coal seam)為常村煤礦井田內(nèi)沒有較大斷層，小斷層對瓦斯分布影響較很小，煤層瓦斯賦存的整體性將小斷層忽略，同時把常村煤礦井田當做過地質(zhì)勘探所得的煤層瓦斯含量數(shù)據(jù)及相應(yīng)的煤層埋藏深度數(shù)據(jù)對-1 所示。表 2-1 煤層瓦斯含量與埋深的對應(yīng)關(guān)系Table 2-1 Relationship between coal seam gas content and depth342 405 434 467 489 496 595 590 625 640 5.24 5.38 9.84 7.8 8.41 8.21 14.91 13.13 17.88 17.6 析表 2-1 中有關(guān)瓦斯含量與煤層埋藏深度數(shù)據(jù)能夠得到兩者之間 2-2 所示。由圖可知煤層瓦斯含量與埋深之間呈正相關(guān)；瓦斯含量

碩士學位論文W=0.042H 10.96(其中 R2=0.922) ：W—常村煤礦 3#煤層瓦斯含量，m3/t；H—煤層埋藏深度，m�！冻４迕旱V 23 采區(qū)低位放頂煤綜采工作面作業(yè)規(guī)程》可知， 491～533m。把煤層埋藏深度范圍代入到擬合方程關(guān)系式中，采區(qū)內(nèi)煤層瓦斯含量范圍為 9.71～11.43m3/t。在 2301 運輸巷掘選取了 4 個不同位置對煤層瓦斯含量進行測定，測定的結(jié)、9.14m3/t、10.26m3/t、11.38m3/t，實測的 4 個煤層瓦斯含量數(shù)含量與埋深之間關(guān)系式計算結(jié)果區(qū)間范圍內(nèi)，通過分析實測結(jié)斯賦存規(guī)律得到的結(jié)果可知：通過擬合關(guān)系得到的煤層瓦斯含瓦斯賦存規(guī)律一致。

裂隙帶內(nèi)聚集大量瓦斯，瓦斯上浮運動規(guī)律及集聚儲存狀態(tài)為高抽巷的合理空間層位布置提供了科學依據(jù)；建模時把采空區(qū)覆巖視為多孔介質(zhì)，依據(jù)常村煤礦瓦斯及煤巖相關(guān)參數(shù)實際情況對賦予介質(zhì)相應(yīng)屬性；對不同層位方案下高抽巷抽放效果進行模擬分析，得到高抽巷的最優(yōu)層位；為下文穿層鉆孔布置提供空間。3.1 采空區(qū)豎三帶分布特征(Distribution characteristics of threevertical zones in goaf)3.1.1 工作面概況常村煤礦地處長治煤田西部，該區(qū)域地勢相對平緩，西北相對稍高，東南區(qū)域相對稍低局部地區(qū)雨水沖蝕黃土形成的溝壑相對較為發(fā)育。常村煤礦目前主要開采的 3#煤層，該煤層賦存比較穩(wěn)定，煤層厚度變化相對較小，在煤層上方 50m范圍內(nèi)沒有含水層，7#弱含水層距離 3#煤層較遠，因此，常村煤礦 3#煤層上覆各含水層對高抽巷掘進以及高抽巷內(nèi)穿層鉆孔的施工不會產(chǎn)生影響，也不會對各回采巷道掘進以及瓦斯防治產(chǎn)生影響。常村煤礦 3#煤層 CO2絕對涌出量大約為21.14m3/min，煤層 CO2相對涌出量大約為 1.37m3/t。

【參考文獻】

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本文編號：2809560