我國西北煤炭資源具有埋藏淺、基巖薄、煤層群間距近的特點,煤層開采時,極易形成貫通工作面、采空區(qū)和地表之間的漏風通道,容易造成采空區(qū)內(nèi)的遺煤自燃。因此,研究淺埋煤層采空區(qū)的漏風規(guī)律具有重要意義。本論文采用理論分析、現(xiàn)場實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對活雞兔礦12_下206工作面采空區(qū)地表漏風規(guī)律進行研究。首先,分析了地表裂縫的形成機理和影響地表漏風的因素,采用井上、下坐標對照、地面坐標確定、無人機巡航拍攝、地表裂縫參數(shù)實測等一套綜合測定的方法,對地表裂縫進行實地觀測。然后利用雙示蹤氣體技術(shù)測定了地表漏風范圍,采用動壓法和直接風速法相結(jié)合的方法測得工作面向采空區(qū)的漏風量,獲得模擬所需要的一系列參數(shù)。基于采空區(qū)“O”型冒落壓實和Bachmat提出的非線性滲流理論,結(jié)合采空區(qū)“豎三帶”分布,建立了采空區(qū)三維碎脹系數(shù)分布模型。在采空區(qū)三維碎脹系數(shù)分布模型基礎(chǔ)上,推導出三維滲透率分布模型。利用專業(yè)的流體力學軟件Fluent對12_下206工作面采空區(qū)流場進行了數(shù)值模擬,得到工作面采空區(qū)漏風流場分布圖。對三維滲透率分布模型和工作面采空區(qū)漏風流場分布圖進行分析,得出:滲透率在水平方向上近似呈“O”型圈分布,越靠近采空區(qū)邊界,滲透率越大,沿工作面傾向,滲透率先減小后增大,變化趨勢呈對稱分布;在豎直面上,同一水平位置的滲透率隨著高度增加逐漸變小;在壓入式通風方式下,由于該工作面能位大于地面,使得工作面風量經(jīng)采空區(qū)漏至地表,采空區(qū)內(nèi)漏風流場在水平方向上近似呈“O”型分布,在垂直方向上近似呈“浴盆”狀分布。在上述模擬基礎(chǔ)上,模擬分析地表裂隙封堵后對采空區(qū)漏風流場的影響,結(jié)果表明,地表裂縫封堵后,采空區(qū)內(nèi)的漏風流速變小,漏風影響范圍也變小。從空氣能位角度模擬分析了工作面與地面之間的能位差對采空區(qū)漏風的影響,結(jié)果表明,工作面與地面之間的能位差越大,采空區(qū)與地面之間的漏風量也越大,并擬合得到他們之間呈二次函數(shù)關(guān)系。該研究結(jié)果對淺埋煤層采空區(qū)漏風分析及治理具有一定的指導作用。圖[27]表[19]參[84]。
【學位單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TD728
【部分圖文】：

2 12下206 工作面地表裂縫觀測2.1 活雞兔礦井及工作面概況2.1.1 礦井概況神東礦區(qū)處于陜西省榆林市神木縣境內(nèi)，東臨府谷縣，北臨鄂爾多斯市伊金霍洛旗。礦區(qū)東西長約 35~55km，南北寬約 38~90km，煤田實際面積達 31172km2，已探明儲量有 2236 億噸，預(yù)計為儲量 1 萬億噸現(xiàn)有補連塔礦、大柳塔礦(包括活雞兔)、柳塔礦、石圪臺礦、哈拉溝礦、布爾臺煤礦、烏蘭木倫礦、寸草塔二礦、上灣礦、馬家塔礦、寸草塔煤礦、榆家梁礦、昌漢溝煤礦等主要生產(chǎn)礦井。礦井分布情況如圖 2 所示。

4）采煤工藝12下206 綜放工作面采用放頂煤工藝開采，煤層層間距為直接頂，距上覆采空區(qū)層間距為 0.8～3.8m，平均層間距 2.5m。按平均煤厚 6m考慮正�；夭善陂g工作面煤機采動采高設(shè)計 3.7m（±0.2m），放煤高度 2.4m整體工作面采煤高度 6m。5）月設(shè)計推進度：循環(huán)進尺取 0.865m/刀，12下206-1 平均 13~15 刀/天；月生產(chǎn)天數(shù)取 2天/月，可得月推進速度為：309.2~356.8m/月。根據(jù)工作面總長為 4167m計算得 12下206 面總服務(wù)期限約為 13 個月。12下206 綜放工作面按正常采從 2017 年 9 月 24 日開始回采至 2018 年 10 月結(jié)束，目前已回采 11006）通風情況活雞兔為壓入式通風，通風系統(tǒng)圖見附圖，12下206 工作面通風路線如圖 2-1-2 所示。

圖 4 采動覆巖內(nèi)應(yīng)力分布情況Fig.4 Stress distribution of overlying strata under mining煤層不斷開采，地面采空空間體積增升，煤層上覆巖層拉應(yīng)力向上傳遞，迫使上覆抗剪能力差的松散質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)破壞，其松散質(zhì)巖層特有結(jié)構(gòu)松散、孔隙率大等屬性不僅使拉應(yīng)力較充分消弱，而且使得拉應(yīng)力變形作用程度減緩。此應(yīng)力作用條件下，工作面上覆斷裂巖體無法形成較大錯動滑移，表現(xiàn)在地表裂縫特征為分布密度大，寬度較小。地面裂縫隨時間會漸漸愈合，是由于風積沙自身具有流動特性，在自重、風力作用下不斷慢慢將地表裂縫充填愈合。2.3 地表漏風影響因素根據(jù)淺埋深近距離煤層群開采地表裂縫發(fā)育規(guī)律，可以看出：地表裂縫是工作面與地面之間的主要漏風通道，影響采空區(qū)漏風大小的因素主要
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本文編號：2891492