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谢一矿5121(S)B9b工作面保护层开采瓦斯治理技术研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究意义与背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 煤与瓦斯突出研究现状

1.2.2 煤层卸压增透研究现状

1.2.3 开采保护层研究现状

1.3 拟订研究的主要内容与技术路线

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 技术路线

2 上保护层开采煤岩体卸压理论及瓦斯渗流规律分析

2.1 保护层开采防治煤与瓦斯突出

2.1.1 保护层开采技术原理

2.1.2 保护层的分类

2.2 采场覆岩应力变化及裂隙产生的理论分析

2.2.1 岩体原始应力状态

2.2.2 采动影响下覆岩移动的基本规律

2.2.3 覆岩移动中的离层与裂隙分布

2.3 下伏煤岩体裂隙发育规律及分带研究

2.4 采场下伏煤岩体渗透系数及透气性系数变化规律

2.5 煤层中瓦斯赋存与渗流的基本理论分析

2.5.1 煤层孔隙结构与瓦斯赋存状态

2.5.2 煤层瓦斯渗流的基本机理

2.6 本章小结

3 采场下伏煤岩体卸压及移动数值模拟试验研究

3.1 FLAC3D数值分析软件及理论基础

3.1.1 FLAC3D数值分析软件简介

3.1.2 FLAC3D数值分析软件特点

3.1.3 FLAC数值模拟的理论基础

3.2 模型建立

3.2.1 数值模拟实验原型地质条件

3.2.2 模型基本参数确定

3.3 数值模拟垂直应力分布结果分析

3.4 上保护层开采底板应力变化规律

3.5 下被保护层B8煤层卸压变化分析

3.6 本章小结

4 保护层开采及卸压瓦斯抽采试验研究

4.1 工作面概况

4.1.1 5121(S)B9b工作面概况

4.1.2 512188工作面概况

4.2 5121(S)B9b工作面开采卸压范围考察

4.2.1 沿工作面回采方向的保护范围

4.2.2 沿工作面倾斜方向保护范围

4.3 B8煤层被保护区域瓦斯基本参数测定

4.3.1 煤层瓦斯压力测定

4.3.2 煤样瓦斯基本参数实验室测定及结果分析

4.4 B8煤层区域防突措施效果考察

4.4.1 B8煤层变形量

4.4.2 被保护层残余瓦斯含量测定

4.4.3 残余瓦斯含量综合分析

4.5 B8煤层卸压瓦斯抽采效果分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 今后的工作与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

采取保护层开采技术并进行卸压瓦斯抽采,是防治煤与瓦斯突出最有效的措施之一。本文以5121(S)B9b煤层为研究背景,针对该煤层的煤与瓦斯赋存特点,选择5121(S)B9b煤层作为上保护层开采并进行卸压瓦斯的抽采,研究下被保护层B8煤层的瓦斯治理技术。
  本文以开采5121(S)B9b煤层进行卸压瓦斯治理为工程背景,利用岩石力学,弹性力学理论对煤岩体的卸压理论进行分析,得到保护层开采之后上覆岩移动的基本规律、覆岩移动中的离层与裂隙与下伏煤岩体裂隙发育规律,进而分析下伏煤岩体的渗透性与卸压瓦斯的渗流规律。利用FLAC3D数值模拟软件,分析保护层开采之后周围煤岩体的应力分布与被保护层的移动和变形规律。在理论分析与数值模拟结果的指导下,首先进行5121(S)B9b保护层开采及B8煤层卸压瓦斯抽采试验的方案设计;分析被保护层B8煤层的主要参数变化规律以及卸压瓦斯抽采效果;对开采上保护层5121(S)B9b煤层防治煤与瓦斯突出效果进行评价。
  本文对保护层之后的卸压范围进行了考察,并测定被保护层的煤层变形量、瓦斯抽采量、残余瓦斯含量以及钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量。通过现场实测数据得到:2016年1月累计抽采被保护层B8煤层瓦斯233.86万m3,抽采率为55.1%,其中卸压瓦斯约占85.8%,被保护层B8煤层测残余瓦斯含量为3.76~4.35m3/t,最大残余瓦斯含量为4.35m3/t,B8工作面(北段)准备过程共进行的43次煤巷掘进预测,钻屑瓦斯解吸指标K1max为0.19ml/(g·min1/2)、钻屑量Sax为4.9kg/m,以上均小于《防突规定》规定的工作面突出危险性预测参考临界值。表明,通过5121(S)B9b工作面的开采与卸压瓦斯的抽采,被保护层B8煤层区域防突效果较好。

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