本文關(guān)鍵詞：新元煤礦綜采面瓦斯超限治理技術(shù)研究

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【摘要】：近些年來,綜采放頂煤以高產(chǎn)高效、安全穩(wěn)定的優(yōu)點,倍受各大礦區(qū)青睞。但在一些高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井,瓦斯賦存含量高、涌出量大且不穩(wěn)定,工作面通風系統(tǒng)和瓦斯抽采措施跟不上,導致工作面尤其是上隅角瓦斯超限頻繁,成為綜采面瓦斯治理的關(guān)鍵難點。治理工作面瓦斯,優(yōu)化工作面通風系統(tǒng)最直接最便捷,但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)通風系統(tǒng)雖能抑制瓦斯超限,采空區(qū)卻存在高濃度瓦斯難以消除、治標不治本；因此綜合考量高抽巷等抽采措施,進一步提出頂板千米超長鉆孔來抽采瓦斯,從根本上減少采空區(qū)瓦斯涌出、減少超限,對于高效抽采、保障綜采面瓦斯安全意義重大。根據(jù)采空區(qū)上覆巖層破壞沉降規(guī)律、裂隙發(fā)育演化規(guī)律,結(jié)合煤層地質(zhì)情況,在經(jīng)典礦壓理論和O型圈理論基礎(chǔ)上,充分考慮采空區(qū)四周煤壁的支撐作用,提出更精細的采空區(qū)區(qū)帶劃分方法：采空區(qū)邊緣部分20-30m范圍屬煤壁支撐區(qū),形成O型的裂隙發(fā)育區(qū)域。公式計算及仰孔注水探測法得到采空區(qū)冒落帶0-18m,裂隙帶18-50m。陽泉煤業(yè)集團新元煤礦屬煤與瓦斯突出礦井,3103綜采面所在的3號煤層原煤瓦斯含量為14.89 m3/t,透氣性系數(shù)低。綜采面改造成“U+L型”通風系統(tǒng),仍然出現(xiàn)瓦斯超限�？偨Y(jié)工作面通風系統(tǒng)的優(yōu)缺點,細致研究“U+L型”和“Y型”通風系統(tǒng),優(yōu)選新Y型通風系統(tǒng)。根據(jù)CFD數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),綜合分析發(fā)現(xiàn)：供風相同時,最優(yōu)風量配比為5：2,新Y型通風下上隅角瓦斯?jié)舛葹?.45%-0.68%之間,回風巷瓦斯?jié)舛?.55%-0.71%之間,明顯優(yōu)于“U+L”型。且”U+L”通風下專用排瓦斯尾巷瓦斯?jié)舛燃s為3-4%,超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的2.5%。新Y型通風系統(tǒng)相比“U+L型”更好地保障工作面安全。但新Y型通風時,采空區(qū)內(nèi)仍存在高濃度瓦斯云團,是安全隱患,此時抽采和治理采空區(qū)瓦斯的勢在必行。結(jié)合采空區(qū)最常用的傾斜鉆孔和高抽巷瓦斯抽采,取長補短,提出頂板千米超長鉆孔瓦斯抽采措施。從一采區(qū)總回風巷掘傾斜巷道至頂板35m處穩(wěn)定巖層,設置高位鉆場打近水平千米大直徑超長鉆孔進行采空區(qū)瓦斯抽采,超長鉆孔布置在25-45m。數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明：千米超長鉆孔瓦斯抽采濃度高達74%,抽采純量約為29.4m3/min,采空區(qū)瓦斯抽采率高達65.8%；工作面安全狀況也明顯優(yōu)于高抽巷和傾斜鉆孔,工作面上隅角0.38%-0.62%之間,回風巷0.449%-0.65%之間。千米工作面,相比傾斜鉆孔和高抽巷節(jié)省資金4.475萬元和7.2萬元。施工安全快速、抽采時間長、一次鉆孔、回采全程使用,甚至能在回采結(jié)束、封閉采空區(qū)后能夠?qū)峡諈^(qū)抽采。本文綜合運用理論分析、現(xiàn)場試驗、現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和CFD數(shù)值模擬,論證新Y型通風和頂板千米超長鉆孔對綜采面瓦斯超限的治理效果。效果分析：新Y型通風系統(tǒng)一定程度上治理工作面瓦斯超限,但不能徹底處理采空區(qū)的高濃度瓦斯云團；頂板千米超長鉆孔高效抽取采空區(qū)瓦斯,也能夠間接保障工作面的瓦斯安全。最終結(jié)論：綜合運用頂板千米超長鉆孔能夠治理綜采面瓦斯超限,輔以優(yōu)良的新Y型通風系統(tǒng),瓦斯治理效果最佳。不僅能夠減少工作面瓦斯超限,而且從根本上減少瓦斯涌出、徹底實現(xiàn)瓦斯控制。對于高瓦斯礦井或煤與瓦斯突出礦井工作面瓦斯防治具有重大的現(xiàn)實意義,值得推廣應用。
【關(guān)鍵詞】：綜采面上隅角 瓦斯超限治理 新Y型通風 千米超長鉆孔瓦斯抽采 CFD數(shù)值模擬
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.6
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 瓦斯涌出運移理論現(xiàn)狀研究13-15
• 1.2.2 礦井工作面通風系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3 CFD數(shù)值模擬在煤礦方面的應用發(fā)展現(xiàn)狀20-21
• 1.4 主要研究內(nèi)容、科學研究方法和簡要技術(shù)路線21-24
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容21
• 1.4.2 科學研究方法21-23
• 1.4.3 簡要技術(shù)路線23-24
• 第二章 回采煤層上覆巖破壞規(guī)律及采動裂隙演化規(guī)律24-34
• 2.1 陽泉煤業(yè)集團新元煤礦現(xiàn)場情況簡介24-26
• 2.1.1 礦井瓦斯賦存情況24-25
• 2.1.2 礦井開拓開采基本情況25
• 2.1.3 煤層地質(zhì)特征25-26
• 2.2 采空區(qū)上覆巖層采動破壞特征研究26-30
• 2.2.1 采空區(qū)各區(qū)帶劃分的簡要介紹27-28
• 2.2.2 O型圈理論28-29
• 2.2.3 提出采空區(qū)各區(qū)帶的精細化劃分29-30
• 2.3 采動裂隙演化規(guī)律30
• 2.4 采空區(qū)各區(qū)帶基礎(chǔ)參數(shù)30-32
• 2.4.1 確定采空區(qū)冒落帶和裂隙帶高度31-32
• 2.4.2 采空區(qū)各區(qū)帶裂隙參數(shù)采空區(qū)的基本性質(zhì)32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第三章 采空區(qū)瓦斯涌出情況及瓦斯運移規(guī)律34-50
• 3.1 綜采放頂煤瓦斯涌出來源分析34-37
• 3.1.1 煤炭開采影響瓦斯在煤層中的賦存狀態(tài)34-35
• 3.1.2 綜放工作面瓦斯來源分析35-36
• 3.1.3 綜放工作面采空區(qū)瓦斯涌出來源分析36-37
• 3.1.4 隨采煤推進采空區(qū)瓦斯涌出情況37
• 3.2 采空區(qū)瓦斯運移及流動基本規(guī)律37-41
• 3.2.1 采空區(qū)瓦斯運移特征37-38
• 3.2.2 泄壓瓦斯流動與匯集規(guī)律38-41
• 3.3 新元煤礦3103采煤工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量計算41-48
• 3.3.1 傳統(tǒng)方法無法精確推算采煤工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量41-42
• 3.3.2 綜合計算法來精確得出采煤面及采空區(qū)瓦斯涌出量42-45
• 3.3.3 采空區(qū)瓦斯流動數(shù)學方程45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 采空多空介質(zhì)模型及數(shù)值模擬前期準備50-62
• 4.1 采空區(qū)的多孔介質(zhì)模型設定50-52
• 4.1.1 采空區(qū)多孔介質(zhì)的參數(shù)50-52
• 4.2 數(shù)值模擬過程簡介52-54
• 4.2.1 采用數(shù)值模擬的原因52
• 4.2.2 數(shù)值模擬采用的模擬軟件簡介52-54
• 4.3 數(shù)值模擬的前期準備54-57
• 4.3.1 新元煤礦3103回采工作面概況54
• 4.3.2 采場及工作面物理模型的構(gòu)建54-56
• 4.3.3 設定物理模型內(nèi)各部分的基礎(chǔ)參數(shù)和邊界條件56-57
• 4.4 數(shù)值模擬過程的詳細步驟57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 “新Y型”工作面通風系統(tǒng)的優(yōu)勢62-72
• 5.1 新Y型與其他工作面通風系統(tǒng)對比62-67
• 5.1.1 不同通風模式理論特性對比62
• 5.1.2 新Y型通風系統(tǒng)的布置62-63
• 5.1.3 新Y型通風模式下流場分析63-65
• 5.1.4 U+L型通風數(shù)值模擬分析65-66
• 5.1.5 新Y型通風綜合分析66-67
• 5.2 新Y型通風模式下的進風風量配比67-69
• 5.3 現(xiàn)場實踐及應用69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 第六章 頂板千米超長鉆孔治理采空區(qū)瓦斯72-88
• 6.1 新Y型通風模式下常用的采空區(qū)瓦斯治理方法72-74
• 6.2 頂板千米超長鉆孔抽采瓦斯的原理、理論及優(yōu)勢分析74-76
• 6.2.1 鉆孔抽采的平面徑向流動74-75
• 6.2.2 鉆孔瓦斯抽采效果的主要影響因素75-76
• 6.3 新元礦綜放工作面鉆孔和鉆場布置76-81
• 6.3.1 頂板千米超長鉆孔層位理論分析77-78
• 6.3.2 上覆巖層高位鉆場合理位置及具體施工參數(shù)78
• 6.3.3 千米超長鉆孔的具體布置情況78-80
• 6.3.4 雙排交叉布孔的優(yōu)勢80
• 6.3.5 鉆孔的封孔深度80-81
• 6.4 頂板千米超長鉆孔與高抽巷、傾斜鉆孔的瓦斯抽采效果對比81-83
• 6.5 頂板千米超長鉆孔與高抽巷、傾斜鉆孔的工作面安全狀況對比83-84
• 6.6 頂板千米超長鉆孔的數(shù)值模擬84-85
• 6.7 頂板千米超長鉆孔的社會經(jīng)濟效益分析85-86
• 6.8 頂板千米超長鉆孔治理瓦斯超限的優(yōu)勢86
• 6.9 本章小結(jié)86-88
• 第七章 結(jié)論88-92
• 7.1 本文主要結(jié)論88-89
• 7.2 不足及展望89-92
• 參考文獻92-98
• 致謝98-100
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文100

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張東明,劉見中;煤礦采空區(qū)瓦斯流動分布規(guī)律分析[J];中國地質(zhì)災害與防治學報;2003年01期

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本文編號：799065