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高瓦斯厚煤层综采工作面推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合机理
裂隙结构具有复杂性和不规则性，对上覆岩层卸压瓦斯的运移和储集具有决定性影响。为了确定高瓦斯厚煤层综采工作面推进过程中瓦斯运移区和储集区交叉融合的动态变化对瓦斯赋存的影响以及在不同推进速度下上覆岩层中的瓦斯运储规律，本研究采用二维物理相似模拟实验分析覆岩裂隙分布特征和瓦斯运–储区的几何变化规律，探究不同推进速度下运–储区随周期来压交叉融合的变化特征，并以工作面推进速度为关键参数，建立瓦斯运–储区的推速效应量化表征模型，揭示推进速度影响下瓦斯运–储区的对称周期性构建机制。
结果表明，瓦斯的运–储区内外边界和运–储交界分别位于裂隙开合度和贯通度的突变区域，随着推进速度的增大，运–储区边界从采空区中部向两侧缩减；随着工作面推进，瓦斯储集区逐渐过渡成为运移区，两区域范围相互交叉融合，整个过程中运–储区在循环“构建—破坏—构建”，最终形成完整的对称椭圆抛物带状的覆岩裂隙场；裂隙熵的变化随工作面的推进先增大后减小，裂隙率的变化随工作面的推进分别经历了2次增大和减小，表明瓦斯运移区和储集区随工作面推进呈“初次形成—交叉融合—区域分离扩大”的动态变化；此外，在采动裂隙椭抛带理论的基础上，构建瓦斯运–储区推速效应量化表征模型，建立瓦斯运–储区边界及状态判定流程，揭示推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合演化机理和对称形态的周期性构建机制，为研究采空区卸压瓦斯分布和实现瓦斯富集区定向精准抽采提供指导。
图 1 煤岩层物理力学参数
图 2 不同推进速度下裂隙开合度分布特征
图 3 物理相似模拟结果
图 4 不同推进速度下贯通度分布曲线
图 5 采动覆岩“三带”横纵裂隙联动演化特征
图 6 不同推进速度下瓦斯运–储区的高度和宽度变化
图 8 瓦斯运–储区交叉融合物理相似模拟示意
图 9 瓦斯运–储区交叉融合示意
图 10 瓦斯运移区和储集区空间模型
图 11 瓦斯运–储区边界及状态判定流程
赵鹏翔，男，1987年3月31日生，甘肃兰州人，西安科技大学教授、博士生导师，西安科技大学安全学院安全工程系副主任，中国煤炭工业协会西部矿井瓦斯智能抽采工程中心副总工程师，先后主持及参与国家自然科学基金、企业合作项目等纵横向项目20余项，相关学术成果在国内外核心以上期刊发表论文110余篇，其中SCI、EI、CSCD检索60余篇，2篇EI论文入选F5000中国精品科技期刊顶尖学术论文，授权发明专利22项，4项成果评价等级为国际领先，5项成果评价等级为国际先进，获陕西省杰出青年科学基金、陕西省普通高校青年杰出人才、全国高校矿业石油与安全工程领域优秀青年科技人才提名奖、陕西省青年科技新星等荣誉。
研究方向
煤层开采多场耦合理论与瓦斯防治技术
主要成果
在煤层采动多场耦合理论与矿井瓦斯防治理论与技术方面取得多项创新性成果：提出了覆岩采动卸压瓦斯运移与储集裂隙网络联动演化理论，创新全方位综合裂隙演化特征研究方法，建立采动裂隙空间形态数学模型及其工程表征模型，为卸压瓦斯精准抽采奠定了理论基础。揭示了采动卸压瓦斯运移与储集分域动态变化机理，建立采动卸压瓦斯运移与储集全过程控制模型，实现了瓦斯运储与裂隙演化的分域联动表征。构建了采动卸压瓦斯分域联动导流抽采技术体系。建立以卸压瓦斯运移通道区域钻孔与管道抽采、储集区域钻孔与巷道抽采为核心的导流抽采技术体系，实现采动卸压瓦斯准确分域抽采。
来源：
赵鹏翔，张文进，李树刚，等. 高瓦斯厚煤层综采工作面推进速度影响下的瓦斯运–储区交叉融合机理[J].煤炭学报，2023，48(9):3405−3419.
