研究了考虑小断层影响条件下采空区上覆岩层动态破坏过程,确定了小断层影响下采空区上覆岩层的三维空隙率分布,揭示了工作面动态开采过程中考虑小断层影响的采空区瓦斯运移规律。
小断层影响下的采空区瓦斯运移规律研究
在煤矿开采过程中,小断层会导致采空区瓦斯聚集形成瓦斯富集区,对生产安全具有很大威胁,因此有必要研究小断层影响下的采空区瓦斯运移规律。通过 UDEC 数值模拟采空区上覆岩层破坏过程,从而计算小断层影响下采空区上覆岩层的空隙率,并利用 FLUENT 软件数值模拟开采过程中考虑小断层影响的采空区瓦斯运移规律。研究表明:①工作面距离小断层 20 m 远处,小断层从顶部首先出现滑移现象,采空区上覆岩层的位移开始受到断层的影响;工作面到达断层时, 由于断层滑移,上盘岩体在断层面滑移产生回转现象,支撑着采空区岩层,覆岩垮落位移量出现大幅度减小,并且岩层垮落出现滞后现象;小断层的影响范围有限,工作面过小断层 60 m 之后,采空区上覆岩层位移规律逐渐恢复正常。②通过分析含小断层采空区上覆岩层位移特征,得到了采空区上覆岩层位移及其拟合公式, 计算得到了三维空隙率分布规律:垮落带范围内, 覆岩空隙率在 4 个隅角位置最大,并且断层靠近进回风巷的位置也出现了空隙率增高;裂隙带范围内,除断层靠近进回风巷的位置空隙率较大,其他位置空隙率相对较低且变化不明显。③获得了小断层影响下的采空区瓦斯运移规律:在工作面距离断层 50 m 远处, 采空区瓦斯运移几乎不受断层的影响;在工作面推进至断层时,瓦斯沿着断层及其附近的高空隙率覆岩产生的优势逃逸通道向采空区深部运移,同时上盘的瓦斯也向深部转移导致大量瓦斯积聚在断层下盘,可能导致瓦斯随漏风流入工作面及回风巷;在工作面过断层 50 m 时,采空区瓦斯继续向上隅角附近转移;工作面过断层 100 m 时, 采空区上覆岩层瓦斯运移出现回转现象,上隅角和下盘垮落带瓦斯体积分数高。
张学博,男,1981年11月生,河南民权人,博士(后),副教授,硕士生导师,安全工程国家级实验示范中心教学办公室主任,《煤炭科学技术》青年专家学术委员会委员、中国职业安全健康协会通风安全与健康专业委员会会员、郑州市煤炭管理专家。
长期从事矿井通风、矿井瓦斯灾害防治等教研工作,承担国家重点研发计划子课题、河南省科技公关项目、河南省高校重点项目等课题5项,参与国家自然基金、国家973计划、教育部创新团队项目、十一五国家重大专项子任务、高校博士学科点专项科研基金10项;获得河南省科技进步奖一等奖、三等奖各1项、中国煤炭工业协会科技进步二等奖2项、三等奖1项;获得发明专利6项;在《煤炭学报》、《Rock Mechanics and Rock Engineering》、《煤炭科学技术》等杂志发表学术论文50余篇,EI/SCI收录15篇。
提出的基于钻孔抽采负压分布测试的抽采钻孔失稳坍塌区域及坍塌程度判定技术、基于SF6示踪气体测漏技术的工作面采空区漏风分布及漏风量定量测试方法等研究成果在多个煤矿现场成功应用。
张学博,王 攀,王 豪. 小断层影响下的采空区瓦斯运移规律研究[J]. 煤炭科学技术,2024,52(4):214−230.
ZHANG Xuebo,WANG Pan,WANG Hao. Study on gas migration law in goaf under the influence of small faults[J]. Coal Science and Technology,2024,52(4):214−230.