余吾煤業(yè)N1101工作面為單一厚煤層高瓦斯綜放工作面,通風方式為“U+高抽巷”,上隅角瓦斯積聚與超限一直是威脅采面安全開采的重要因素。究其原因主要為:進、回風壓差大、高抽巷瓦斯抽采濃度低及抽采純量小、采空區(qū)埋管瓦斯抽采效率低等。本文以理論分析、現(xiàn)場實測、相似模擬及數(shù)值模擬為手段,揭示了采空區(qū)漏風及瓦斯運移規(guī)律,明確了采空區(qū)漏風流場、高抽巷抽采流場及埋管抽采流場的耦合疊加機理,并對原有上隅角瓦斯治理技術(shù)措施進行了優(yōu)化。具體研究成果如下:(1)利用單元法及采空區(qū)埋管采氣法,實測得出了采空區(qū)進風側(cè)30m范圍內(nèi)為采空區(qū)風流集中漏入?yún)^(qū),采空區(qū)回風側(cè)上隅角10m范圍內(nèi)為采空區(qū)風流集中漏出區(qū),高抽巷抽采瓦斯使采空區(qū)漏入工作面風量及瓦斯涌出量減少,其有效作用范圍為高抽巷下方兩側(cè)20m。分析確定了采空區(qū)深部方向上“瓦斯三帶”分布范圍,并結(jié)合采空區(qū)“O”型圈理論,分析確定了適合于進行采空區(qū)埋管抽采的區(qū)域為瓦斯快速積聚區(qū)(采空區(qū)深部20~70m)。(2)以相似理論為基礎(chǔ),建立了采空區(qū)三維瓦斯流場試驗臺,并進行了“U+高抽巷”通風方式瓦斯流場相似模擬實驗,實驗得出:高抽巷水平方向遠離回風順槽時,采空區(qū)漏風范圍擴大風排瓦斯能力減弱;高抽巷豎直方向升高時,進風側(cè)漏風范圍變化較小,回風測漏風范圍略有增加,高抽巷在采空區(qū)深部形成的負壓匯流點后移;高抽巷抽采負壓增大時,采空區(qū)漏風范圍變化不大、漏風強度增大,耦合負壓匯流點后移。(3)建立了真實反映N1101工作面的物理模型,通過FLUENT數(shù)值模擬軟件,研究有關(guān)流場、瓦斯?jié)舛葓�、氧氣濃度場及復合災害區(qū)分布范圍等變化規(guī)律,確定了高抽巷布置的最優(yōu)層位為:距煤層底板20m、距回風順槽內(nèi)錯20m;確定了采空區(qū)埋管最佳抽采范圍為30~40m、抽采量為50m~3/min;研究得出,提高采場各瓦斯抽采方式抽采效率、減少采空區(qū)瓦斯涌出量的配套措施為:利用泡沫水泥對采空區(qū)上下隅角進行封堵,減少進、回風巷壓差。通過上述研究,形成了單一厚煤層高瓦斯綜放面上隅角瓦斯積聚與超限治理技術(shù)優(yōu)化體系,這對于保障礦井安全高效開采具有重要意義。
【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】：

1 緒論雙埋管法： 即在工作面的采空區(qū)回風側(cè)位置鋪設(shè)第 1 條瓦斯抽放埋入采空區(qū)一定長度后開始抽放，同時埋入第 2 條抽放管路，當放管口進入采空區(qū)瓦斯涌出帶和過渡帶的交界部位時停止抽放，路抽放，并重新鋪設(shè)新的管路，如此循環(huán)交替，直至工作面回采完-3 所示。隨著工作面的推進抽放口位置將會不斷改變并偏離原有設(shè)放效果有可能無法達到要求，同時這種埋管方法需要每隔一定的現(xiàn)場情況確定）重新鋪設(shè)一趟抽放管路，需要大量的人力、物力的加工、運輸、安裝，同時瓦斯抽放管路不能回收，造成極大的此，有必要對傳統(tǒng)埋管抽采工藝進行技術(shù)革新。

圖 1-4 裂隙帶鉆孔法抽放上隅角瓦斯平面圖Figure 1-4 Plane graph of gas drainage from upper cornerin cracked zone using hole drilling method3）在頂板高位水平定向鉆孔由于裂隙帶處于相對穩(wěn)定的高度，為了延長鉆孔服務年限，提高抽放在工作面回風巷道往頂板上方一定高度布置鉆場，并在鉆場內(nèi)往工作面水平鉆孔，這種布置方法避免了從煤層位置往上打鉆的困難，同時由于位置處于頂板相對穩(wěn)定的位置，整個鉆孔都處于裂隙帶瓦斯有效抽放范解決了裂隙帶鉆孔服務時間短的問題，這種抽放方式可以取得較好的抽能抽放出高濃度瓦斯，抽放量穩(wěn)定。但是由于掘斜巷和鉆場施工量大在老頂內(nèi)，打鉆費用高。4）頂板專門巷道抽放煤層群回采的綜采或回采工作面，在采空區(qū)瓦斯涌出量較大時，可采用或傾向巷道抽放采空區(qū)瓦斯[59]。該方法是在煤層頂板上方一定高度（其察確定）靠近工作面回風側(cè)掘設(shè)一條巖巷，可以實現(xiàn)對采空區(qū)上部裂隙

圖 1-5 采空區(qū)瓦斯尾巷抽放示意圖Figure 1-5 Schematic diagram of gas drainage from tail roadway in go研究內(nèi)容（Research Content of This Paper）前人研究成果的基礎(chǔ)上，針對單一厚煤層高瓦斯綜放工作斯?jié)舛阮l繁積聚與超限問題，以余吾煤業(yè) N1101 工作面為析、現(xiàn)場實測、相似實驗及數(shù)值模擬的手段，研究單一厚+高抽巷+采空區(qū)埋管”瓦斯治理模式下，采空區(qū)漏風及瓦斯隙發(fā)育規(guī)律、采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律、采空區(qū)氧氣濃度災害區(qū)域分布規(guī)律等，從而確定最佳的高抽巷抽采層位、埋管的最佳作用深度、抽采流量等技術(shù)參數(shù)；提出一種治限的新型封堵采空區(qū)漏風技術(shù)體系，有效治理單一厚煤層積聚與超限問題，本文的研究內(nèi)容包括：利用單元法測定 N1101 工作面漏風規(guī)律及瓦斯?jié)舛确植家?guī)及工作面瓦斯運移規(guī)律進行分析研究，明確現(xiàn)有“U+高抽
【參考文獻】

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1 陳沖沖;張學博;閆潮;;采空區(qū)瓦斯涌出源位置對瓦斯分布影響的數(shù)值模擬[J];安全與環(huán)境學報;2015年05期

2 周愛桃;李志磊;杜鋒;魏高舉;;采空區(qū)埋管抽放治理上隅角瓦斯技術(shù)研究[J];煤炭技術(shù);2015年02期

3 宋高峰;潘衛(wèi)東;楊敬虎;孟浩;;基于模糊層次分析法的厚煤層采煤方法選擇研究[J];采礦與安全工程學報;2015年01期

4 單廣軍;秦金輝;;采空區(qū)埋管抽采瓦斯治理效果研究[J];中州煤炭;2014年01期

5 胡方坤;時國慶;王德明;常緒華;曹凱;;高瓦斯采空區(qū)多組分氣體場分布數(shù)值模擬[J];煤礦安全;2013年12期

6 趙晉強;;綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及影響因素分析[J];煤礦現(xiàn)代化;2013年02期

7 李東印;許燦榮;熊祖強;;采煤工作面瓦斯流動模型及COMSOL數(shù)值解算[J];煤炭學報;2012年06期

8 張志鵬;程遠平;劉海波;王亮;李浩然;;崔廟煤礦瓦斯賦存主要影響因素及突出危險性分析[J];煤礦安全;2012年03期

9 董海波;童敏明;張麗蘋;吳志超;;基于實測數(shù)據(jù)的工作面瓦斯分布場重建[J];采礦與安全工程學報;2012年01期

10 林海飛;李樹剛;成連華;王紅勝;;覆巖采動裂隙帶動態(tài)演化模型的實驗分析[J];采礦與安全工程學報;2011年02期

本文編號：2840344