基于采动裂隙区域分布特征的定向钻孔空间位置研究

作者

郭明杰郭文兵袁瑞甫赵高博白二虎李国富
单位

河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心煤与煤层气共采国家重点实验室
摘要

采用定向钻孔抽采采空区卸压瓦斯是矿井工作面瓦斯治理的一种重要方法，其在覆岩布置层位区域的准确确定是实现稳定高效抽采的关键。以焦煤古汉山矿16031工作面为工程背景，采用物理相似模拟、理论分析和现场试验的方法分析了覆岩采动裂隙分区演化特征及不同层位定向钻孔的稳定性，在对覆岩裂隙分布进行区域划分的基础上，确定了结构裂隙区（上山侧）为布置瓦斯抽采定向钻孔的最佳区域，进而给出了区域内的核心布置范围，并推导了结构裂隙区空间位置边界理论计算公式。通过现场工程试验测试，结果表明：从各定向钻孔抽采数据判定的相应区域边界与理论计算公式相符，布置于结构裂隙区核心位置范围内的定向钻孔对采空区卸压瓦斯进行了有效抽采，其单孔瓦斯抽采纯量最高可达5.5 m~3/min,验证了理论界定结构裂隙区空间位置边界及确定定向钻孔布置核心范围的实用性与合理性。研究成果对矿井预防瓦斯灾害事故、实现瓦斯高效抽采具有重要实际意义。
关键词

采动裂隙区域分布瓦斯抽采定向钻孔空间位置
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金面上项目（51774111,51974105）;国家自然科学基金重点项目（U1704131,U1810203）；
文章目录

1 采动裂隙特征及钻孔稳定性模拟试验
1.1 试验设计
1.2 采动裂隙分区演化特征
1.2.1 “竖三带”裂隙演化特征
1.2.2 “横四区”裂隙演化特征
1) 原岩裂隙区：
2) 拉伸裂隙区：
3) 结构裂隙区：
4) 压实裂隙区：
1.3 定向钻孔稳定性分析
2 定向钻孔空间布置区域理论分析
2.1 定向钻孔布置区域
2.2 结构裂隙区空间位置界定
2.2.1 结构裂隙区下界面
2.2.2 结构裂隙区上界面
1) 岩层极限破断距
2) 岩层破断自由空间
2.2.3 结构裂隙区外界面
2.2.4 结构裂隙区内界面
3 工程实例应用
3.1 定向钻孔布置区域计算
3.2 定向钻孔布置
3.3 定向钻孔瓦斯抽采分析
4 结论
引用格式

郭明杰,郭文兵,袁瑞甫,赵高博,白二虎,李国富.基于采动裂隙区域分布特征的定向钻孔空间位置研究[J].采矿与安全工程学报,2022,39(04):817-826.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2020.0614.