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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
强突煤层群非连续开采应力叠加特征与瓦斯分区精准防治
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  • 作者

    王亮郑思文陆壮蒋长宝刘超

  • 单位

    中国矿业大学安全工程学院重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室中国矿业大学力学与土木工程学院

  • 摘要
    随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,导致后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。笔者以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近层非连续回采后遗留煤柱形成的工作面叠加应力分布状态,通过理论分析获得应力集中区渗透率分布特征,基于此提出了“灾害分区,精准防治”关键技术。研究结果表明:Ⅱ944工作面应力分布呈现非连续时空分区分布状态,上下邻近层先后回采留设煤柱的时空顺序发生变化时,会导致中间煤层的低应力集中区转变为强显现的应力集中区、卸压区转变为应力集中区,因此可将可划分为卸压区、局部卸压区和应力集中区。应力集中区的最大垂直应力达到102 MPa,渗透率大幅降低。瓦斯治理前最大煤层瓦斯压力3 MPa、最大瓦斯含量16.72 m3/t。依据应力分布、渗透率及瓦斯赋存特征,制定了针对性地分区精准瓦斯治理技术,形成保护层卸压-水力造穴-网格式预抽协同治理的工作面瓦斯精准治理模式;局部卸压区域通过网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.18 MPa,瓦斯含量降低至2.45 m3/t。应力集中区域通过水力造穴及网格式穿层钻孔预抽瓦斯压力降低至0.15 MPa,瓦斯含量降低至2.50 m3/t。整个回采期间未发生瓦斯超限事故,实现了非连续开采诱致叠加应力分布下的安全高效开采。上述研究对指导突出煤层群复杂工程条件的瓦斯精准治理工作具有重要意义。
  • 关键词

    煤层群应力集中瓦斯抽采瓦斯分区治理煤与瓦斯突出

  • 文章目录
    1 煤层群开采煤岩演化模型
    1.1 煤体应变软化力学模型
    1.2 被保护层渗透率演化模型
    2 模拟方案及模拟结果
    2.1 强突煤层群工程概况
    2.2 数值模型及基本参数
    2.2.1 几何模型
    2.2.2 实验室参数测试
    2.3 非连续开采煤层群应力叠加演化特征
    2.4 非连续开采煤层群渗透率分布特征
    3 非连续开采煤层群瓦斯分区治理理论基础与模式
    3.1 应力叠加工作面突出危险性分析
    3.1.1 应力对煤与瓦斯突出的作用
    3.1.2 采动应力扰动下煤层渗透率演化特征
    3.2 应力叠加工作面瓦斯分区综合治理措施
    3.2.1 不同瓦斯治理区域划分
    3.2.2 区域瓦斯治理措施
    4 非连续开采煤层群瓦斯治理效果分析
    4.1 瓦斯抽采情况
    4.2 瓦斯治理效果分析
    5 结论
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