综放面覆岩移动与裂隙带瓦斯运移规律及瓦斯抽采工程实践
工作面上覆岩层移动对瓦斯涌出的影响分析
工作面上覆岩层移动对瓦斯涌出的影响分析王红【摘要】上覆岩层移动和采动裂隙的动态发展是引起煤体中瓦斯赋存状态变化和瓦斯运移的主要原因.采用现场实测方法分析保德煤矿81304综放工作面矿压显现规律对工作面瓦斯卸压运移的影响,得出工作面风排瓦斯量与顶板初次来压、周期性来压步距的关系,以及回采过程中工作面瓦斯涌出量的变化规律,为工作面瓦斯治理提供参考.【期刊名称】《江西煤炭科技》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P112-114,118)【关键词】岩层移动;采动裂隙;综放面;瓦斯运移【作者】王红【作者单位】山西焦煤汾西矿业集团公司贺西煤矿,山西吕梁033000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.5目前，国内外学者对于采场矿山压力规律及矿井瓦斯涌出方面的研究已取得丰富成果〔1-9〕，李树刚等〔10〕通过矿压显现及瓦斯涌出规律的现场实测，得出本煤层瓦斯涌出量受综放面前方支承压力影响，综放面的瓦斯大量涌出是矿压显现的一种，李化敏等〔11〕通过对采动过程与瓦斯涌出关系的分析，得出工作面来压时，瓦斯涌出量增大。
孔建伟〔12〕认为采动引起的工作面周期来压使煤层孔裂隙发生变化，使得瓦斯运移加速，工作面瓦斯涌出量增大，王岩森等〔13〕通过研究矿压显现对采空区瓦斯分布的影响，得出矿压显现使采空区深部高浓度的瓦斯外移，使顶底板的裂隙增加，围岩及邻近层的瓦斯加速涌入采空区。
本文结合保德煤矿81304工作面工程实际，基于现场实测，研究高瓦斯厚煤层综放面煤岩的破坏规律及矿压显现对瓦斯涌出规律的影响。
保德煤矿81304综放工作面走向长2600 m，切眼长224 m，煤层厚度 5.65～16.93 m，平均 6.29 m，煤层倾角3°～9°。
井田内的可采煤层共 4 层，分别为 8、10、11、13 号煤层。
该工作面开采8#煤层，绝对瓦斯涌出量12 m3/min，相对瓦斯涌出量6.20 m3/t，采用U型通风方式。
《采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律》范文
《采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律》篇一一、引言随着煤炭开采的深入，采动区瓦斯问题逐渐成为影响矿井安全和生产的重要因素。
其中，卸压瓦斯现象及覆岩裂隙的形成和演化规律对于矿井瓦斯的运移、积聚和排放具有重要影响。
本文旨在研究采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律，为矿井瓦斯治理提供理论依据和技术支持。
二、研究背景采动区卸压瓦斯现象是煤炭开采过程中，由于采动应力的作用，导致煤层瓦斯压力升高，进而引发瓦斯从煤层中释放并运移至采空区或地面。
而覆岩裂隙则是由于采动应力的作用，使上覆岩层产生裂隙，为瓦斯的运移提供了通道。
因此，研究采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律，对于掌握瓦斯运移规律、预防瓦斯事故具有重要意义。
三、研究方法本研究采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法，对采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律进行研究。
首先，通过理论分析，建立卸压瓦斯运移和覆岩裂隙形成的物理模型和数学模型；其次，利用数值模拟软件，对采动区应力场、瓦斯运移场和覆岩裂隙场进行模拟分析；最后，结合现场试验，验证理论分析和数值模拟结果的正确性。
四、研究结果1. 卸压瓦斯运移规律采动区卸压瓦斯运移受多种因素影响，包括煤层透气性、围岩性质、采动应力等。
在采动过程中，煤层瓦斯压力升高，瓦斯通过煤层裂隙和覆岩裂隙向采空区运移。
在运移过程中，瓦斯的流速和流向受多种因素影响，形成优势通道。
2. 覆岩裂隙形成与演化采动区上覆岩层在采动应力的作用下产生裂隙。
随着开采的进行，裂隙逐渐扩展、连通，形成覆岩裂隙网络。
其中，某些裂隙因连通性好、尺寸大等因素成为优势通道，为瓦斯的运移提供了主要通道。
3. 优势通道演化规律通过理论分析、数值模拟和现场试验，发现采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化受多种因素影响。
在开采初期，优势通道主要受煤层透气性和围岩性质的影响；随着开采的进行，优势通道逐渐受采动应力的影响更大。
同时，优势通道的形态和位置也会随时间和空间的变化而发生变化。
综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用
综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用我国大部分矿区煤层瓦斯赋存具有“三高三低”特征,使得煤层瓦斯采前预抽效果不甚理想,而利用采动覆岩移动影响及裂隙动态演化特征抽采卸压瓦斯,应是我国煤矿瓦斯治理的重要方向。
论文系统评述了采动覆岩移动与结构演化、煤层瓦斯运移及瓦斯抽采方法的诸多成果,认为覆岩裂隙分布形态及其中瓦斯运移规律是实现煤与瓦斯安全共采的理论基础,也是今后研究重点之一。
论文选择典型高瓦斯矿井煤样,用扫描电镜观察了煤样的微观结构,分析了其影响因素,基于MTS数控电液伺服渗流试验,分析了全应力应变过程中煤样的渗透特性,得到矿山压力是影响煤层瓦斯渗透性的主导因素。
应用弹性薄板理论推导了覆岩破断时的初次及周期来压步距,得到基于薄板理论的关键层判别方法,并编写了相应的计算机自动判别程序。
通过物理相似模拟实验及FLAC3D数值模拟,分析了煤层开采后覆岩裂隙产生、发展的时空规律和分布形态以及充分卸压范围与特征。
基于前人研究成果,结合岩层控制的关键层理论,提出了采动裂隙带的工程简化模型,即采动覆岩中的穿层破断裂隙和层面离层裂隙贯通后,空间分布形状是一个动态变化的采动裂隙圆矩梯台带,分析了采动裂隙带动态演化特征、力学机理及影响因素,并得到切眼侧带宽大约为初次来压步距,工作面侧带宽在2~3倍周期来压步距间变化,进风巷及回风巷附近带宽约为0.7~0.8倍初次来压步距,内外梯台面的高度受制于关键层层位及所形成砌体梁结构的变形、破断和失稳形态。
在分析采动裂隙带中卸压瓦斯来源及流态的基础上,运用多孔介质流体动力学、渗流力学等理论建立了瓦斯运移数学模型,并分析了卸压瓦斯运移与采动裂隙动态演化关系。
通过FLUENT软件对U型、U+L型、U型+走向高抽巷及U+L型+走向高抽巷等通风条件下采动裂隙带中的瓦斯运移规律进行了数值模拟,得到联络巷间距约1.35倍工作面侧裂隙带带宽时尾巷排放瓦斯效果最好,高抽巷在回风巷附近与倾向断裂线边界0.46倍回风巷侧裂隙带带宽且与垮落带边界垂高2.8倍采高位置时,瓦斯抽采效果最好。
《切顶留巷条件下采动覆岩裂隙发育及瓦斯运移规律研究》范文
《切顶留巷条件下采动覆岩裂隙发育及瓦斯运移规律研究》篇一一、引言随着煤炭资源的不断开采，采矿工程中的安全问题日益突出，尤其是瓦斯灾害的预防与控制已成为煤炭工业的重要课题。
在切顶留巷的采矿条件下，覆岩的裂隙发育及瓦斯运移规律的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨切顶留巷条件下采动覆岩裂隙的发育特征，以及瓦斯在其中的运移规律，为煤矿的安全生产和瓦斯灾害的预防提供理论依据。
二、研究背景与意义煤炭开采过程中，由于岩层的采动影响，覆岩会产生裂隙。
这些裂隙不仅影响岩层的稳定性，同时也对瓦斯的运移产生重要影响。
切顶留巷是一种常见的采矿方法，其特点是开采过程中保留一定的巷道空间，以支撑上覆岩层。
然而，这种采矿方法会导致覆岩裂隙的发育和瓦斯的运移变得更加复杂。
因此，研究切顶留巷条件下采动覆岩裂隙的发育及瓦斯运移规律，对于预防瓦斯灾害、保障煤矿安全生产具有重要意义。
三、研究内容与方法（一）研究内容1. 切顶留巷条件下覆岩裂隙发育特征的研究；2. 瓦斯在切顶留巷条件下的运移规律研究；3. 覆岩裂隙发育与瓦斯运移的相互影响研究。
（二）研究方法1. 理论分析：通过查阅相关文献，分析切顶留巷条件下覆岩裂隙发育及瓦斯运移的机理；2. 现场观测：在煤矿现场进行观测，记录覆岩裂隙的发育情况和瓦斯的运移情况；3. 数值模拟：利用数值模拟软件，模拟切顶留巷条件下的采动过程，分析覆岩裂隙的发育和瓦斯的运移；4. 实验室研究：在实验室进行相关实验，研究瓦斯在覆岩裂隙中的运移规律。
四、研究结果与分析（一）覆岩裂隙发育特征在切顶留巷条件下，覆岩裂隙的发育受到多种因素的影响，包括开采方法、岩性、地质构造等。
研究表明，切顶留巷条件下覆岩裂隙的发育呈现出一定的规律性，主要表现为裂隙的数量和宽度随着开采深度的增加而增加。
同时，裂隙的分布也受到地质条件和采矿方法的影响，呈现出一定的空间分布特征。
（二）瓦斯运移规律在切顶留巷条件下，瓦斯的运移受到覆岩裂隙的影响。
高瓦斯厚煤层覆岩裂隙瓦斯分布规律及抽放研究
１ 矿井概况
某矿井年产煤 ３００万 ｔ，随着该矿井开采深度的 逐年增加，瓦斯涌出量逐年增大，目前该矿井开采 ３ 号煤层，煤层瓦斯含量 ４．４～２３．３ｍ３／ｔ。煤层厚度 为 ６ｍ，为近水平煤层，工作面采用长壁综采法开 采，工作面设计高度为 ３ｍ，采用全部垮落法控制顶 板。工作面采用 Ｕ型通风方式，工作面直接顶为泥 岩，基本顶为石英砂岩。煤层顶板覆岩物理性质见 表 １。
·１４·
２０１９年第 ５期
王明中：高瓦斯厚煤层覆岩裂隙瓦斯分布规律及抽放研究
第 ４１卷
因，会被移动的覆岩压实，并在采空区周围形成了一 个不规则闭合“圆柱形横卧体”裂隙区；姚晓旭等［２］ 研究了近距离煤层群上行开采条件下高位被保护层 工作面瓦斯的治理，对高位被保护层工作面瓦斯运 移规律及覆岩裂隙演化进行分析，为高位被保护层 工作面瓦斯抽采方案的选择提供了理论支持。
中图分类号：ＴＤ７１２．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－０５０６（２０１９）０５－００１４－０４
Ｓｔｕｄｙｏｎｇａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｒａｉｎａｇｅｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｒｏｃｋｆｒａｃｔｕｒｅｉｎ ｈｉｇｈｇａｓｓｙｔｈｉｃｋｃｏａｌｓｅａｍ
ＷａｎｇＭｉｎｇｚｈｏｎｇ
０ 引言
煤炭是我国工业的“粮食”，我国煤炭资源储量 可观，给国民经济带来了巨大的贡献，但是煤矿事故 造成人员的伤亡和财产损失也应引起重视，其中，瓦 斯事故一直位于煤矿事故之首。根据历年来瓦斯事
王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究
王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究论文标题：研究王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律摘要：本文旨在分析王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律，以期为工程实践提供参考。
首先，完成了对煤矿的地质分布和覆岩特征的研究，包括岩性、物性和结构特征等。
其次，利用试验研究对覆岩运移规律进行了模拟，并观测到了覆岩运移的规律性及其动力学特征。
然后，根据覆岩运移机理，提出了能够更好地控制覆岩运移的相关技术措施，以保障煤矿安全生产。
最后，总结了相关矿山经验，以及煤矿安全开采工作的总体要求。
关键词：王庄煤矿；大采高工作面；覆岩运移；规律性正文：一、研究背景王庄煤矿位于某省的东南部，呈片状分布，其煤储量丰富，具有良好的开发前景。
2002年，该煤矿进行了大采高工作，以优化煤的采出率和产量。
在此过程中，由于覆岩层的特殊性和结构特征，其运移规律受到了极大影响。
因此，王庄煤矿大采高工作面覆岩运移规律研究显得尤为重要。
二、地质和覆岩特征1. 煤矿地质分布：王庄煤矿位于东南部，属新近系沉积，其主要构造是断裂-构造-充填构造体，分布规律具有规则性。
2. 覆岩层特征：煤矿覆岩厚度均匀，主要由砂岩和灰岩组成，岩性结构特征差异性较大，以硬度较大的砂岩、泥岩、泥质灰岩为主，具有较大的抗压强度，综合稳定性较好。
三、覆岩运移机理1. 模型试验：针对特定岩性结构特征，采用基于Stribeck参数的FEM弹性模型，进行模拟试验。
结果表明，块状覆岩的运移规律是先运动小块，再小块与小块组合，再组合成大块，最后是大块的运动。
2. 动力学特征：通过模型试验，发现覆岩的运动受多种因素的影响，特别是重力、末端接触力等因素的共同作用，使覆岩在不同深度有不同的动力学特征。
四、技术措施1. 抗剪支护技术：采用抗剪支护技术，可以有效地改变覆岩层应力状态，改善其稳定性，以期控制覆岩的运移。
2. 充填料填筑技术：采用充填料填筑技术，可以有效地增强覆岩层的稳定性，有利于改善覆岩运移规律。
双突煤层综放工作面瓦斯开采技术研究
２ １１ Ｒ Ｐ ． ． Ｆ Ａ分 析覆 岩垮 落特 征
６ ＿７ 代 ， Ｏ ０年 进行 瓦斯 抽采 的 矿井 逐 渐 增 多 。７ ０年 代 末 期开 始 了矿 井 地 面 瓦 斯 抽 采 工 作 ， 是 效 果 不 但 佳 。８ ０年代 初期 ， 内开 始 进 行 煤 层气 相 关 资源 研 国 究 。到 目前 为止 ， 全 国 范 围 内 的煤 层 气 资 源 、 对 分
放提 供 了有利 条件 。
两 极厚 度 为 ０ ３ ．０～１．５ｍ。煤 层 结构 复杂 ， ７７ 上部 含 １ ２层 夹 矸 ， 度 为 ０ １ — 厚 ． ０～２ ５ 下 部 局 部 含 ． ０ ｍ，
１层 夹矸 ， 均 厚 度 ０ ３ 平 ． ５ ｍ。８ 煤 层 顶板 主要 为 泥
图 １ 数值计算模型
关 参数 ， 以此 指 导工程 实践 。
收 稿 日期 ：００—０ ２１ ８—３ ；０ １ ０ ０ ２ １ — ４—１ 订 ９修
作者简 介 ： 李华炜 （９ ８ ） 男 ， １６ 一 ， 工学博 士 ， 授 ， 教 现任 华 北 科技学院安全培训处处 长 ， 同时在， 如俄 罗 斯 、 兰 等 国仅 限于 为解 决 煤 矿安 波 全 问题而 进行 井下 抽采 ｊ 。我 国 的煤 层 瓦 斯研 究
开始 于 ２ ０世 纪 ５ ０年 代 煤 矿井 下 的 瓦斯 抽 采 试 验 。
２ 综 放 工 作 面 上 覆岩 层 移 动 规 律 分 析
２ １ 覆岩 移 动规律 的数值分 析 ．
２１ 年 ６ ０ １ 月
矿 业 安 全 与 环 保
第 ３ 卷第 ３ ８ 期
双 突 煤 层 综 放 工 作 面 瓦 斯 开 采 技 术 研 究
李华炜 ， 刘玉德 雍 涛 ，
特厚煤层综放开采工作面覆岩运动规律研究
在 工作 面开采 前计算 的顶煤 初 次垮 落步距 分别 为
１． ３５ ｍ、１． ｎ、１．７ｍ，平均 为 １． ５ ６６ ｌ ９１ ６４ ｍ，而 现场 ４
实 际顶煤垮落步距在 １ ｍ一 １ ５ｍ，平均 １． １ ２． ７ ６ ８ｍ； ３ 第 一 、第 二 、第 三垮 落层 的初 次垮 落步 距分 别为
平线。
岩梁的依据 ，按式 （ 、式 （）进行判断。 ８ ） ９ 相邻岩层同时运动 （ 组成同一岩梁） ，
则
Ｅ ≥ （．５ １ ５ Ｅ Ｍ ｓ １１－ ． ）４ｃ ｃ ２ ．
（） ８
１ 工作 面覆岩运动发展规律 ． ２
１ ． 垮 落岩层 运 动规律 ．１ ２ 则
相邻岩层分别运动 （ 构成不同岩梁），
强度；Ｍｃ Ｅ 和 。分别为上位岩层厚度和抗压强度。 １ 塔山矿 ８ ０ 工作 面顶板活动规律的理论分析 ． ３ １２ 塔 山煤矿 ８０ 工作面位于塔山矿的一盘区。工 １２ 作面上覆开采侏罗纪煤层的小煤窑 ４ ，煤层底板标 座 高为 ｌ ３ １０２ｍ，相应 地 面标 高 １４ ０ｍ～ ２ｍ一 ６ ０ ５ １ ８ 。所采煤层为石炭二叠系 ３ ～＃合并层 ，煤 ４ｍ ５ ＃５
采场上方 “ 破坏拱”在工作面前方和工作面上方两个
方 向上逐渐扩展的阶段 。当第一次运动阶段结束时 ， “ 破坏拱”在工作面垂直方 向上不再扩展 ，然后进入
相邻岩层是否同时运动，是判别它们是否构成同
一
正常运动阶段 ， “ 破坏拱”将只在工作面前方方 向上
跳跃式 向前扩展 。此时， “ 破坏拱”拱顶为一近似水
Ｍ。 （． ￣ ．５ Ｅ ｃ ９ ｓ １１ １ ）４ｃ ．（） ＜ ５ ２ Ｍ
各岩层垮落步距的计算 ： 由工作面长度 （ 所决定的进人裂断运动的岩
采动条件下覆岩裂隙发育规律及其对瓦斯抽采的影响研究
采动冬件下着岩型陰发育规律及其对瓦霸抽采的影响研究刘阳（永煤集团股份有限公司顺和煤矿，河南商丘476600）摘要:根据某煤矿工作面地层条件，采用数值计算方法分析开采过程中上覆岩层的裂隙发育规律、采动影响下裂隙发育密度与瓦斯运移的关系，利用分析结果,设计瓦斯抽放钻孔位置及各项参数,进而有效控制瓦斯超限问题。
经试验场验证,高水平钻孔布置参数合理。
关键词:裂隙发育;上覆岩层;瓦斯抽放;数值模拟中图分类号:F406.3；TD712.6文献标志码：B文章编号：1008-0155（2019）07-0130-01在顶板破碎带施工高水平钻孔，不仅可以回收大量瓦斯资源,而且可以改变采空区的气流，解决瓦斯浓度超标的问题。
而确定上覆地层的垂直三带，对高水平钻孔的设计具有重要的指导意义。
但大多数煤矿上覆岩层三带区域不清楚,很难直接确定。
1数值模拟计算及结果分析1.1数值计算模型建立某矿开采煤层厚度2.93m,走向长1250m,倾向150m,埋深550m~615m。
根据工作面地层条件,建立了UDEC计算模型，模型长度500m,高度241m,左右两侧各有150m煤柱，采煤工作面长度200m。
将左右边界设置为零位移边界条件，将模型底部边界设置为整个约束边界。
模型的上边界设置为自由边界，上边界到表面的重力荷载作用于上边界，与形式应力荷载相同。
用莫尔-库仑模型解释数值模型的岩石本构关系。
1.2上覆岩层裂隙发育规律根据UDEC的模拟结果，分析工作面推进30m、40m、50m、80m和100m时上覆岩层裂隙发育规律。
随着工作面推进30m,采空区上覆岩层悬跨增大，伪顶完全垮落;推进至40m时，工作面第一次顶板来压，煤层直接顶破坏，并出现多条垂直裂隙和离层裂隙;推进至50m时，直接顶完全垮落，基本顶破裂，采空区中部裂隙逐渐重新充填;推进至80m时，工作面第二次周期性来压，采空区中部裂隙完全重新压实;推进至100m时，出现第三次周期来压。
《采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律》范文
《采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道演化规律》篇一一、引言随着煤炭开采的深入，采动区卸压瓦斯问题逐渐凸显。
瓦斯作为煤炭开采过程中的一种重要资源，其安全、高效地开采与利用对于煤矿生产具有重要意义。
而采动区卸压瓦斯与覆岩裂隙的演化关系密切，研究其优势通道的演化规律，对于优化瓦斯抽采、预防瓦斯灾害具有重要价值。
本文旨在探讨采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律，为煤矿安全生产提供理论支持。
二、研究背景及意义随着煤炭资源的开采，采动区卸压瓦斯问题日益严重。
瓦斯灾害不仅威胁着矿工的生命安全，还严重影响着煤矿生产的顺利进行。
覆岩裂隙是瓦斯运移的主要通道，其演化规律直接关系到瓦斯的运移和聚集。
因此，研究采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律，对于优化瓦斯抽采、预防瓦斯灾害具有重要意义。
三、研究方法及内容本研究采用理论分析、实验室模拟和现场观测相结合的方法，对采动区卸压瓦斯覆岩裂隙优势通道的演化规律进行研究。
具体研究内容包括：1. 理论分析：通过分析采动区卸压瓦斯的运移机制和覆岩裂隙的形成机理，探讨其优势通道的演化规律。
2. 实验室模拟：利用相似材料模拟采动过程，观察覆岩裂隙的形成和演化过程，分析优势通道的分布和特点。
3. 现场观测：在煤矿现场进行瓦斯抽采和地质观测，收集相关数据，验证理论分析和实验室模拟结果的正确性。
四、研究结果与分析1. 优势通道的形成机制采动区卸压瓦斯的运移受到多种因素的影响，其中覆岩裂隙是其主要运移通道。
在采动过程中，由于煤层开采引起的应力变化，导致覆岩产生裂隙。
随着开采的进行，裂隙逐渐发育、扩展，形成优势通道。
这些优势通道具有连通性好、运移速度快等特点，是瓦斯运移的主要途径。
2. 优势通道的演化规律在采动过程中，优势通道的演化受到多种因素的影响，包括地质条件、开采方法、瓦斯压力等。
通过对实验室模拟和现场观测数据的分析，发现优势通道的演化具有以下规律：（1）优势通道的分布具有不均匀性。
在煤层开采过程中，某些区域的裂隙发育较快，形成优势通道；而其他区域的裂隙发育较慢或难以形成通道。
采动覆岩裂隙发育及周期性瓦斯涌出规律研究
采动覆岩裂隙发育及周期性瓦斯涌出规律研究
任启寒
【期刊名称】《能源与环保》
【年(卷),期】2024(46)2
【摘要】为获得采场覆岩裂隙发育与瓦斯涌出变化之间关系,基于淮南矿区某矿220112工作面瓦斯地质概况,综合数值模拟、理论分析及工程实践等方法,对采场应力分布、覆岩裂隙发育及瓦斯涌出周期规律进行了研究。
结果表明,工作面覆岩裂隙带发育区位于顶板上方17.2~40 m内,布置在该范围的顶板大直径定向钻孔抽采效果较好,验证了理论计算及模拟结果的准确性;瓦斯涌出呈现周期性变化,2~3次顶板周期来压后工作面出现一次较大的瓦斯涌出现象,是正常回采期间瓦斯涌出量的1.5倍左右;根据工作面瓦斯涌出周期性规律,补充实施顶板走向抽采钻孔后,工作面回采期间瓦斯涌出总体平稳。
【总页数】5页(P45-49)
【作者】任启寒
【作者单位】煤矿灾害防控全国重点实验室;中煤科工集团重庆研究院有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TD713
【相关文献】
1.采动条件下覆岩裂隙\r发育规律及其对瓦斯抽采的影响研究
2.采动覆岩裂隙发育变化规律研究
3.煤层群覆岩采动裂隙演化规律及瓦斯抽采技术
4.基于采动覆岩三维裂隙场演化规律的地面L型钻井瓦斯抽采技术
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综采工作面上覆岩层稿动破坏规律研究
煤为研究对象进行相似模拟实验研究。 模型从 开切眼开始推进 ， 在距煤层底 板 １ 、 ｍ 煤层 中以及距煤 层顶 板分别为 ５ １ｍ、５ 、５ ４ ｍ ５ ｍ、５ 、５ ８ ｍ和 ｌＯ ｍ、５ ２ ｍ ３ ｍ、５ 、５ ６ ｍ ７ｍ、５ Ｏ ｍ的水平 位置分别布置 ｌ ～ｌ 号十 二条 监测线 ， 号 ２ 在每条监测线上每 隔 ４ ｍ布 ０ 置一个测点 。 利用应变仪监 测岩层 的变形特征 。 开采过程 中应变的变化 是 由计算机控制的 Ｙ Ｄ ７ Ｊ 一２ 静动态 电阻应变仪数控 自动巡回监测系统 采集应变信息。 首先在模 型左边开设切 眼 ， 眼宽度 ８ ｒ 工 作面在 推进过程 中 ， 切 ｅ， ａ 推进到 ４ ｍ时 ，直接顶出现很微弱 的裂隙现象 ；当工作 面推进 到 ７ ｒ ｅ ｅ ａ 时， 裂隙现象 明显 ， 并开始 出现 部分垮落 ； 当工 作面推进 １ｅ ２ｍ时 ， 直接 顶垮落完 全 ； 随着工作 面的继续推进 ， 直接顶垮落 面积增大 ， 老顶 岩层 呈 现微弱弯曲下沉趋势 ， 在岩层 内产生微纵 向裂隙 ； 并且 暴露 顶板 的面 积增大 ， 当工作面推进 ３ｅ 时 ， ４ｒ ａ 老顶岩层 出现初 次垮落 ， 初次垮 落步 距为 ３ ｅ 。随着 工作 面的继续推进 ， ４ｒ ａ 顶板呈现周期性垮落 ， 周期来压步
沉量较大 。
停采线 附近 ： 在停采线 附近 ， 经过宏观测试整个 冒落带 的发展高度 为 １． ｅ 约为采高 的 ４ 倍左右。 ３ ５ ｍ， ． ５ 通过测试 岩层 断裂 角为 ５ 。而裂 隙 ３； 带 的发育高度达 到 ５ ｅ ０ｍ，约为采 高的 ｌ ．倍 左右 。裂 隙发 育高度 为 ６ ７ ５ ｅ ，在 距煤层顶板 ０ ０ｃ ０ｍ ～５ ｍ范 围内裂 隙互相 沟通 ，在距煤 层顶板 ５ｅ ０ ｍ以上虽有裂 隙发育但互相不沟通 。 （） ２ 覆岩垂直移动规律 煤层被采 出之后 ，其顶板及上覆岩层 的原 始应 力平衡状态遭到破 坏 ，从而使岩层发生运动和变形 。由于沿走 向方向布置三条位移观测 图 ３Ｉ测线上测点下沉曲线 ｌ ｌ 由图 １ ３ 以上数据可 以得 出： 一图 及 上覆岩层移 动过程 随区域和时
低瓦斯高强度开采综放工作面卸压瓦斯抽采关键技术
８１６
西 安 科 技 大 学 学 报 ２０２１年第 ４１卷
众多学者对覆岩裂隙带的分布特征进行了研 究，提出了“Ｏ”型圈分布、椭抛带分布、环形裂隙圈 等理论或模型［８－１１］。杨科等研究了不同采厚下的 采动裂隙 分 布 特 征，得 出 采 动 裂 隙 呈 阶 段 性 变 化 特征［１２］；李树刚等采用微震监测系统，得到了覆岩 裂隙带的高 度 及 分 布 特 征 ［１３］，吴 仁 伦、刘 洪 永、刘 桂丽等研 究 了 不 同 采 高、推 进 速 度 下 采 动 裂 隙 带 内卸压 瓦 斯 的 运 移 规 律，指 导 了 现 场 的 瓦 斯 抽 采［１４－１６］；李生舟、王彪分别研究了 Ｕ型、Ｕ型 ＋走 向高抽巷、Ｙ型通风系统下的采空区卸压瓦斯的分 布及运移规律［１７－１８］；王伟等研究了近距离煤层上 保护层开 采 的 裂 隙 演 化 规 律，指 导 了 被 保 护 层 的
卸压瓦斯抽 采 ［１９］，张 东 明 等 对 采 动 裂 隙、应 力、瓦 斯渗流特 性 进 行 了 研 究，构 建 了 裂 隙 煤 岩 体 采 动 应力和瓦斯渗 透 的 力 学 模 型 ［２０］；王 亮 等 研 究 了 下 保护层开采覆岩采动裂隙场与瓦斯流动场的耦合 规律，发现 瓦 斯 运 移 和 煤 岩 变 形 是 一 个 非 常 复 杂 的动态平衡过程［２１］。
Ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｉｎｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇｆａｃｅｗｉｔｈｌｏｗ ｇａｓａｎｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｍｉｎｉｎｇ
U型综放工作面风流流动及瓦斯运移规律研究
U型综放工作面风流流动及瓦斯运移规律研究张倩;陈开岩;栗磊磊;陈辉;蒋中承【摘要】针对五阳煤矿7802工作面综放开采过程中存在的瓦斯超限问题,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,对工作面风流流场及瓦斯分布进行深入研究,揭示了U型综放工作面风流的流动规律和瓦斯运移规律,同时找出了工作面回风上隅角瓦斯积聚的主要原因,并针对该主因提出了相应的防治措施.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2010(037)006【总页数】4页(P47-50)【关键词】风流流动;瓦斯运移;上隅角瓦斯;数值模拟【作者】张倩;陈开岩;栗磊磊;陈辉;蒋中承【作者单位】中国矿业大学,安全工程学院,江苏,徐州,221008;潞安集团安全技术培训中心潞安职业技术学院,山西,长治,046204;中国矿业大学,安全工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,安全工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,安全工程学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,安全工程学院,江苏,徐州,221008【正文语种】中文【中图分类】TD712五阳煤矿7802工作面位于78胶带巷以东,十字道煤矿以西,崔家庄3#断层与十字道背斜轴之间,属78采区首采工作面,其地面标高为+865～+885 m,井下标高+481～+613 m。
该工作面开采3#煤层,煤种为瘦煤,煤层厚度约5.96 m,煤层结构简单,煤层倾角平均11°。
工作面走向长1760 m,倾斜长235 m,设计采高3 m,放全部顶煤,采用U型通风方式,运输巷进风,回风巷回风。
采用走向长壁后退式,沿底开采低位放顶煤综合机械化开采方法,全部垮落法控制顶板。
工作面回风巷瓦斯浓度较高,上隅角瓦斯经常超限,严重影响了工作面的安全生产与高产高效。
流体的流动要遵循物理守恒定律,而控制方程是这些守恒定律的数学描述。
数值模拟研究就是对这些工程问题的控制方程进行联合迭代求解,然后通过数值及图形图像输出将计算结果直观形象地展现出来[1-2]。
回采工作面采空区瓦斯运移规律及抽采方法
通风与安全回采工作面采空区瓦斯运移规律及抽采方法大兴矿李继民摘要通过分析瓦斯解析、运移、积聚规律,采用地面钻井、顶板瓦斯道、顶板走向长钻孔、斜交钻孔、上隅角埋管等5种抽采瓦斯方法,取得了很好的效果。
关键词采空区瓦斯涌出规律抽采方法效果瓦斯灾害防治一直是煤矿安全工作的重点。
开采富含瓦斯煤层，采用自然垮落法管理顶板的回采工作面，采后由于岩体冒落会形成采空区，在采空区碎裂岩石裂隙中积存大量瓦斯一空区瓦斯。
由于通风、抽采不利，采空区瓦斯外溢，一是造成工作面瓦斯时常超限,影响正常回采;二是在工作面上隅角、煤壁片帮等风速低地点瓦斯积聚达到燃烧爆炸浓度,极易引起瓦斯事故。
因此，在煤矿生产过程中，探索和掌握瓦斯解析、运移、积聚规律，遵循规律治理采空区瓦斯尤为重要。
1采空区瓦斯运移规律1.1采空区“三带”发育规律回采工作面矿山压力规律研究显示，煤层随工作面回采,在工作面周围将形成一个采动应力场，采动应力场及其影响范围在垂直方向上形成竖三带，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。
在水平方向上形成横三区，即煤壁支撑影响区,离层区和重新压实区（图Do冒落带大多为不规则堆积的碎块状岩石,存在较大空隙（通常为采厚的3〜5倍）;裂隙带发生岩石破裂，可导水导气（采厚的6~10倍）;弯曲下沉带岩层不再破裂，裂隙发育程度低。
图1回采工作面上覆岩层沿工作面推进方向的分区分带不意图A-----壁支撑影响区（a-b）;B----离层区（b-c）; C—重新压实区（c-d）;I——冒落带；H—裂隙带;m——曲下沉带；a—支撑影响角1.2采空区瓦斯运移规律1.2.1采空区瓦斯来源煤层既是瓦斯的生成层,又是瓦斯的储集层。
普遍认为,瓦斯是在成煤过程中伴生，赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中的气体。
因此被埋入地下的煤层中富含大量瓦斯，未采动或未受应力影响时，瓦斯在煤体中以吸附和游离状态存在，原岩应力下基本不流动。
综采工作面覆岩移动和破坏规律研究
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综采工作面覆岩移动和破坏规律研究
高&宏
大同煤业集团有限责任公司 煤峪口矿 山西 大同 ")>"$#
摘&要为了研究试验矿井综采工作面上覆岩层的移动和破坏规律通过现场钻孔全厚覆岩层取样方法进行覆岩力学性 质室内测试在试验矿井工作面上方地表布置岩移观测站基岩中布置钻孔深基点 并通过钻孔冲洗液法 理论分析等方 法分析了试验矿井特定地层条件下的地表岩移规律确定了覆岩性质运动发育特征及分带特征 关键词 岩层移动 破坏规律 钻孔取样 理论分析 分带特征 *+ , #")%'% . / , 0 0 1#""' 2 3(($!"#$"%"#% &煤层现状及研究意义 某煤矿某工作面所开采煤层赋存稳定! 煤层层理较发育! 整体性较好!但强度低! 加上局部裂隙发育! 易于垮落! 煤层结 ! 构简单!煤层的变化不大!倾角较小!工作面走向长度 ! ")3 4 倾向长度 )"" 4 !平均采高 $>4 !平均埋深约 ##! 4属于浅埋 深大采厚煤层" 为了系统了解和总结该煤矿在综采快速推进 条件下的上覆岩层运动和破坏特征!采用现场钻孔全厚覆岩层 取样方法!进行了覆岩力学性质室内测试! 了解了岩层基本力 学参数!通过对该煤矿某工作面上方地表布置岩移观测站! 实 测开采过程中地表岩移数据! 经理论分析# 掌握该煤矿所在矿 区特定地层条件下地表岩移规律" 通过钻孔深基点观测及钻 孔冲洗液的方法确定覆岩性质# 运动发育特征及分带特征! 其 研究成果可以为矿井所在地区同类型矿井的开采设计及 + 三 下, 开采等提供理论依据!具有重要的指导意义" 从理论上分析!本研究对象属于快速推进综采工作面覆岩 移动和破坏变形研究!工作面开采一定程度后! 顶板垮落! 上方 地表将达到超充分采动状态! 产生很大的地表变形! 由于该采 煤地区对覆岩移动和变形规律研究较少!导致矿方对该地区覆 岩移动和变形规律的认识极度缺乏! 生产过程中经常出现冒 顶#偏帮#围岩变形严重等难题! 为了掌握该地区覆岩性质! 以 及由采矿活动引起的覆岩移动和破坏规律! 本研究选择该地区 某煤矿某综采工作面进行实测研究! 通过实测结果! 系统分析 并掌握该地区覆岩移动和破坏规律!掌握该矿快速推进条件下 综采工作面上方地表移动情况!为该煤矿科学生产提供重要的 理论依据" &测定方法 通过对该煤矿某工作面上方地表布置岩移观测站! 实测开 采过程中地表岩移数据! 经理论分析# 掌握该煤矿所在矿区特 定地层条件下地表岩移规律$通过钻孔深基点观测及钻孔冲洗 液的方法确定覆岩性质#运动发育特征及分带特征" 主要研究 内容如下" # ) 采用现场钻孔全厚覆岩层取样方法!进行覆岩力学性质 室内测试!了解岩层基本力学参数" ! ) 通过对该煤矿某工作面上方地表布置岩移观测站! 实测 开采过程中地表岩移数据! 经理论分析# 掌握该煤矿所在矿区 特定地层条件下地表岩移规律" ) ) 通过钻孔深基点观测及钻孔冲洗液的方法确定覆岩性 质#运动发育特征及分带特征" 该煤矿所采煤层赋存稳定!煤层层理较发育! 整体性较好! 但强度低!加上局部裂隙发育! 易于垮落! 煤层结构简单! 煤层 的变化 不 大! 倾 角 较 小" 本 论 文 所 研 究 的 工 作 面 走 向 长 度 ! ")3 4 !倾向长度 )"" 4 ! 平均采高 $> 4 ! 平均埋深约 ##! 4 属于浅埋深大采厚煤层!基岩厚度 >" 6 #!" 4 ! 松散层厚度 "( 6 !( 4 !变化较大" 该矿地面高程为 # )3' 6 # $!! 4 !煤层底板 # !3> 4 !比较稳定" 煤层顶部为中细粒砂岩" 工 高程 # !3# 6 作面采煤工艺为综采工艺!顶板管理方式采取全部垮落法" !9 #&现场钻孔取样 采取现场钻孔取样的方法!对本论文所研究煤矿工作面上 方覆岩岩层岩石进行了单轴压缩等试验!获得了各岩层的单轴 压缩强度#弹性模量#泊松比等参数" # ) 在自然状态下试验研究工作面覆岩单轴抗压强度 !3 6 (%%I V T !最大平均抗压强度为 (%% I V T ! 最小平均抗压强 !I V T !总体平均抗压强度为 #'%I V T " 属典型的强度 度为 )较小的岩层!强度较大的岩石为细砂岩!粗砂岩! 粉砂岩和钙质 (%%I V T " 细砂岩!强度 )' 6 ! ) 上 覆 岩 层 岩 样 弹 性 模 量 )$$ A#") I V T 6#> A #"$ I V T !内摩擦角 )$Y 6 $"Y ! 覆岩抗拉强度 "!# 6 $(# I V T ! 平均抗拉强度 #)( I V T " ) ) 煤层强度为 %(# 6 !!#% . #'!% I V T ! 冒落顶板为灰色 粉砂岩和 细 砂岩! 强 度 #>"3 6 !()' . !#)% I V T !底板强度 #%%# 6 !!(! . !#)% I V " !9 !&地表移动观测 !!#&地表移动观测的方法 地表移动观测的基本内容%在采动过程中! 定期地# 重复地 测定观测线上各测点在不同时期内空间位置变化" 地表移动 观测工作可分为%观测站地连接测量!全面观测! 单独进行水准 测量!地表破坏的测定和编录" 对试验研究工作面的岩移观测站进行布设! 利用实际数据 处理和理论分析相结合的研究方法对试验研究工作面地表岩 移进行量化!主要内容如下" # ) 地表岩移观测共布置测线 ! 条! 其中走向线 # 条! 倾向 线 # 条!走向观测线布置的长度为 ! ("" 4 !倾向观测线布置长
综放开采覆岩破坏规律与裂隙动态演化特征
综放开采覆岩破坏规律与裂隙动态演化特征王硕【摘要】以大佛寺煤矿为试验矿井,采用钻孔电视系统和钻孔简易水文观测法,对深埋特厚煤层综放开采覆岩导水裂隙带发育规律进行探测,并对采动覆岩裂隙动态演化特征进行数字化分析、相似模拟研究.研究结果表明:大佛寺煤矿深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育高度为170.80 ～192.12 m;钻孔顶板砂岩区域受拉伸作用,形成了纵横交错的裂隙,裂隙尺寸、角度较大;采动覆岩裂隙以高角度、低宽度、小长度的特点为主,裂隙数量与埋深呈二次方关系;采动覆岩裂隙聚集区主要在近煤壁区域,裂隙密度曲线呈现“蛇”形.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P56-60)【关键词】采矿工程;覆岩破坏;综放开采;可视化;裂隙【作者】王硕【作者单位】煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司,河南郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】TD823.49地下煤炭资源采出后，受采动影响的上覆岩层，称为采动覆岩[1]。
煤炭资源开采后引起覆岩移动、变形、破断，且在岩层中形成采动裂隙。
按采动裂隙性质可分为垂直破断裂隙、离层裂隙、采动断层活化。
垂直破断裂隙是水与瓦斯流向采煤工作面与采空区的通道。
水与瓦斯气体的聚集、运移和覆岩破断、应力场、裂隙场的演化特征相关[2]。
而采动覆岩破坏规律十分复杂，不但与顶板岩层分布特征有关，而且与采煤方法、采厚、采深等因素有关。
对于覆岩破坏高度的确定主要有经验公式、物探、钻探等方法[3]。
目前文献[4]中对于覆岩破坏高度计算的公式仅适用于薄、中厚煤层的分层开采的情况，不适用于综放开采的特厚煤层。
对于采动覆岩裂隙演化特征，众多学者经过多年的分析、试验、总结，提出覆岩破坏“三带”划分方法，并给出了相应的预计公式[1，4]；钱鸣高等[5-6]对长壁工作面采动覆岩裂隙进行了研究，揭示了采动覆岩裂隙的发展规律以及“O”形圈分布特征；范钢伟等[7]以神东矿区3类典型煤层赋存条件为对象，采用相似模拟和数值模拟试验分析了长壁开采覆岩移动与覆岩在水平、垂直方向的扩展与演化特征，揭示了工作面推进与裂隙扩展、闭合关系；窦林名等[8]利用SOS微震监测系统，选取单一、双、孤岛工作面为研究对象，分析了工作面开采过程中的震源分布特征，并提出相应的防治措施。
综采工作面上覆岩层运移规律研究
规 律 ， 瓦 斯抽 采 技 术 的 实施 及 工作 面 合 理 布 置 提 供 了理 论 基 础 。 为
关键词 ： 综采 ； Ｐ ＵＤＥ 数值 分 析 ＲＦ Ａ； Ｃ；
２ １ 年第 ４期 ０１
中州 煤 炭
总第 １４ ８ 期
综 采 工 作 面 上 覆 岩 层 运 移 规 律 研 究
荆 现 锋 ， 振 顶 李
（ 煤 股份 五矿 ， 南 平 项 山 平 河 ４７９ ） ６ ０ １
摘 要 ： 分 析 综 采 工 作 面 开 采过 程 中 顶板 离层 、 为 冒落 、 落 、 隙发 育 贯 通 情 况 ， 垮 裂 以平 煤 股 份 五 矿 地 质 条 件 为
总第 １４期 ８
（ ） 丁 作 面推进 至 ７ 图 ２ ） 顶 板 冒落 高 ５ 当＿ ０ｍ（ ｅ ， 度基 本稳 定在 １． 裂 隙发育 ‘ 至 ４ 左 右 ； ７ ５ｍ， 展 ２ｍ
但 是 冒落 带 上 方 岩 层 发 育 的 裂 隙 主 要 为 水 平 离 层 裂
（） ６ 当工 作 面推进 至 ８ 图 ２ ） 顶板 冒落 高 ０ ｍ（ ｆ， 度依 然稳 定 在 ｌ ． Ｉ裂 隙发 育 高度 在 ４ ７ ５１， Ｔ ２Ｉ 右 ， ｎ左 裂 隙发 育基 本稳 定 ， 空 区 的 中 部裂 隙开 始 压 实 闭 采
在 数值计 算 过程 中对性 质相 近 的岩 层作 合并处 理 ， 岩层 间加人 强度很 小 的薄弱 层作 为层理 ， 在 采用 平 面应 变模 型 ， 边界 以上覆 岩层 等效 载荷 约束 ， 上 两 端 和底 边 固定 约束 … ， 学模 型如 图 １ 力 ａ所示 。模 型
U型综放工作面风流流动及瓦斯运移规律研究
矿 业 安 全 与 环 保
第３ 卷第 ６ ７ 期
Ｕ 型 综 放 工 作 面 风 流 流 动 及 瓦 斯 运 稆 规 律 研 究
张 倩 ， 开 岩 ， 陈 栗磊 磊 陈 辉 蒋 中承 ， ，
（． １ 中国矿业 大学 安全 工程 学院， 江苏 徐 州 ２ １０ ； ． ２ ０ ８ ２ 潞安集 团安全技术培训 中心潞安职 业技 术学院 ， 山西 长 治 ０ ６ ０ ） ４ ２ ４
程 为
＋
毒 ＝ （簧＋ ｃ ｃ 毒寺 ）ｒ ３ ｓ
式 中 ： 为温 度 ； 为流 体 的传热 系 数 ；。 定 压 比热 ｃ为 容 ； 为 流体 的 内热 源及 由 于黏 性 作用 流体 机 械 能
转换 为热 能 的部分 ， 时简称 黏性 耗散 项 。 有
４ ）组分 质量 守恒 方程 的张量 形式 为
措施。
关键 词 ： 流流 动 ； 风 瓦斯运 移 ； 隅角 瓦斯 ； 上 数值模 拟 中图分 类号 ：Ｄ １ Ｔ ７２ 文献标 志码 ： Ｂ 文章 编号 ：０ ８— ４ ５ ２ １ ） ６— ０ ７一 ４ １０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ ４ Ｏ
五 阳煤 矿 ７ ０ ８２工 作 面 位 于 ７ ８胶 带 巷 以东 ， 十 字 道煤矿 以西 ， 家庄 ３断层 与十 字道背 斜 轴之 间 ， 崔
术学院教 师， 中国矿业大学安全工程学 院在读硕 士研 究 生， 主
要 从 事 矿 井 通 风 、 井 瓦 斯 防 治 及 矿 山测 量 方 面 的 教 学 与 研 矿
究 工 作 。Ｅ— ｉ： ａ ｇ ｉｎ ２ ＠ １ ６ ｃ ｒ。 ｍａ ｚ ｎ ｑａ ８ ９ ２ ． ｏ ｌｈ ｎ
湍流 。 在标 准 后 ｓ湍流模 型 中 ， 一 和 是 ２个 基本 的
采空区上覆围岩裂隙带瓦斯抽采利用技术研究
采空区上覆围岩裂隙带瓦斯抽采利用技术研究刘庆军【摘要】针对回采工作面采空区瓦斯涌出量大,严重制约工作面安全高效生产的不利影响,通过研究分析回风流瓦斯涌出来源,确定利用高位抽放巷抽采采空区上覆围岩裂隙带瓦斯,改变了采空区瓦斯运移路径,有效控制了回风流瓦斯.并对抽采瓦斯利用,减少了"温室气体"排放,变废为宝,取得了良好的效果.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2018(040)007【总页数】3页(P93-95)【关键词】上隅角;瓦斯抽采;瓦斯涌出量;裂隙带;温室气体【作者】刘庆军【作者单位】河南平宝煤业有限公司,河南许昌 461716【正文语种】中文【中图分类】P631.810 引言平宝公司设计生产能力240万t/a，己组煤层1个采区双翼开采。
矿井为煤与瓦斯高突出矿井，己组煤层为松软低透气性突出煤层(透气性系数0.871m2/(MPa2·d))，煤层瓦斯含量高(最大值19.50 m3/t)、瓦斯压力大(最大值3.60 MPa)。
矿井瓦斯为制约矿井高效发展的瓶颈，特别是回采工作面采空区瓦斯涌出量大、回风流瓦斯浓度高，严重制约工作面安全高效生产，给安全生产带来了不利的影响。
瓦斯通过回风流排空不仅增加“温室气体”排放［1］，而且极大浪费了洁净能源。
为此，平宝公司通过研究突出回采工作面回风流瓦斯来源构成、瓦斯涌出规律，确定合理的回采工作面采空区瓦斯治理方案，利用高位抽放巷抽采采空区上覆围岩裂隙带瓦斯，治理工作面采空区瓦斯，并采用先进的瓦斯抽采利用系统对瓦斯进行高效抽采，变废为宝，取得了良好的效果［2］。
1 高抽巷布置技术研究矿井在采用高抽巷前，回采工作面在生产过程中采空区瓦斯涌入采面进入回风流，使得回风流瓦斯浓度较高，一度制约着工作面的生产，造成采面被迫停产，使得采面安全生产得不到完全有效的控制。
为此，采面回采期间在回风流巷道内沿回风巷走向方向煤层顶板施工大孔径(110 mm)岩石钻孔，抽采突出煤层上覆围岩裂隙带内的高浓度瓦斯［3］。
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综放面覆岩移动与裂隙带瓦斯运移规律 及瓦斯抽采工程实践
２ 李华炜１， 刘玉德２ 张莉聪３
（ 北京大学地球与空间学院 ， 北京市海淀区 ，１ １． ０ ０ ８ ７ １； 华北科技学院安全工程学院 ， 河北省三河市 ，０ ２． ６ ５ ２ ０ １； ， ， ） 华北科技学院安全培训处 河北省三河市 ０ ３． ６ ５ ２ ０ １ 摘 要 基 于 芦 岭 煤 矿 的 地 质 条 件 ， 通 过 建 立 综 放 工 作 面 开 采 的 岩 层 力 学 模 型 ， 运 用 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ、ＵＤ Ｅ Ｃ 计算软件 ， 对上覆岩层移动规律进行数值模拟计算 ； 结合岩层移动特征 ， 研 究了综放工作面覆岩高位裂隙瓦斯运移规律和机理 ， 由此确定出瓦斯运移的关键层位 ， 找出 适合煤与瓦斯共采的基本条件 。 关键词 综放工作面 覆岩移动规律 瓦斯运移规律 瓦斯抽采 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 软件 ＵＤ Ｅ Ｃ 软件 芦岭煤矿 中图分类号 Ｔ Ｄ ３ ２ ５ Ｔ Ｄ ７ １ ２ 文献标识码 Ｂ
１２ ２ ３ ， ， Ｌ ｉ Ｈ ｕ ａ ｗ ｅ ｉ Ｌ ｉ ｕ Ｙ ｕ ｄ ｅ Ｚ ｈ ａ ｎ Ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｇ ｇ ，
（ ， ， ； １． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｃ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ Ｐ ｅ ｋ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａ ｉ ｄ ｉ ａ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ １ ０ ０ ８ ７ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｐ ｇ ｙ，Ｈ ｊ ｇ ， ， ， ； ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ２． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｓ ａ ｎ ｈ ｅ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ５ ２ ０ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｐ ｙ ｇ ｇ ｇ ｙ ， ， ， ， ） ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ３． Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ Ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ Ｄ ｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｈ ｅ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ５ ２ ０ １ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｐ ｙ ｇ ｇ ｙ Ｓ ， ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｏ ｌ ｏ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｌ ｕ ｌ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｍ ｅ ｎ ｔ Ａ Ｂ ｇ ｇ ｇ ｇ ， ｒ ｏ ｃ ｋ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｏ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ａ ｖ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｗ ａ ｌ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｍ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｏ ｆ ｐ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ ｙ ｏ ｆ ｔ ｏ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ａ ｖ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｗ ａ ｌ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｓ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ａ ｎ ｄ ＵＤ Ｅ Ｃ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ． Ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｍ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｒ ｏ ｃ ｋ， ｍ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｕ ｌ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｙ ｇ ｇ ｇ ｇ ｈ ｉ ｈ ｃ ｒ ａ ｎ ｎ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ｆ ｕ ｌ ｌ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ａ ｖ ｉ ｎ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ．Ｇ ａ ｓ ｍ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ －ｍ ｇ ｙ ｇ ｇ ｐ ｙ ｇ ， ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｉ ｎ ｈ ｉ ｈ ｆ ｉ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｕ ｓ ｋ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ａ ｓ ｍ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｇ ｙ ｙ ｇ ｇ ／ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｏ ｓ ｕ ｉ ｔ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｅ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｏ ｕ ｔ ． ａ ｓ ｇ ｇ ， ， Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ｏ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ａ ｖ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｗ ａ ｌ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｍ ｏ ｖ ｉ ｎ ｒ ｅ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ａ ｓ ｍ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ ｙ ， ， ， ， ｒ ｅ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ＵＤ Ｅ Ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｌ ｕ ｌ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｅ ａ ｓ ｇ ｙ ｇ ｇ 为了研 究 综 放 开 采 后 顶 板 离 层 、 冒 落 、 垮 落 、 裂隙发育贯通情况 ， 本文基于芦岭煤矿实际地质条 件 ， 采用 东 北 大 学 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ Ｄ、 ＵＤ Ｅ Ｃ 软件进行数 值分析 ， 模拟采动裂隙发育过程 ， 研究采动应力分 布规律及高位岩层中瓦斯运移规律 ， 为开发煤与瓦 斯共采技术提供理论基础 。 １ 矿井概况 芦岭煤矿为立井多水平开拓 ， 采用中央边界通 风方式通 风 ， 采 煤 方 法 为 走 向 长 壁 低 位 放 顶 煤 开 采 。 主要煤层均具有煤尘爆炸危险性 、 自燃倾向性 （ 。 发火期为 ２～４ 个月 ） 井田可采及局部可采煤 层 （ 组 ）８ 层 ， 总 厚 度 ５ ６
８＃ 煤层综放开采时覆岩垮落状况如图 ２ 所示 。 工作面推 进 至 ４ ０ ｍ， 直 接 顶 冒 落 ， 基 本 顶 下 部开始有离层发 育 。 推 进 至 ５ ０ ｍ 的 过 程 中， 老 顶 出现初次来压现象 ， 基本顶岩层逐步分层垮落 ， 裂 隙发育扩展至 ３ ０ｍ 左右 。 工作面推进 ６ ０ ｍ 时，冒 落 带 高 度 约 为 ３ ０ ｍ， 裂隙发育扩展至 ４ ５ ｍ 左 右，冒 落 带 上 方 裂 隙 主 要 为水平裂隙 ， 垂直裂隙主要发生在工作面上方 ， 上 方裂隙与工作面导通 。 工作面推进至 ７ ０ ｍ 时，顶 板 冒 落 高 度 基 本 稳 定在 ３ ０～３ ５ｍ 之间 ， 裂隙发 育 扩 展 至 ６ ０ ｍ 左 右； 但是冒落带上方岩层发育的裂隙主要为水平离层裂 隙 ， 裂隙带两端垂直裂隙与工作面并未导通 。 工作面推进 至 ８ ０ ｍ， 顶 板 冒 落 高 度 依 然 稳 定 在３ ０～３ ５ ｍ 之 间， 裂 隙 发 育 高 度 至 ６ ０ ｍ 左 右， 裂隙发育基本 稳 定 ； 工 作 面 推 进 至 ９ ０ ｍ， 顶 板 冒
图 ３ ＵＤ Ｅ Ｃ 数值分析整体模型
工作面推进过程中上覆岩层裂隙的演化过程如 图 ４ 所示 。 当工作面推进至 ４ ０ ｍ 时， 直 接 顶 冒 落， 基 本 顶岩层开始出现水平离层裂 。
图 １ 数值力学计算模型
推进至 ６ ０ｍ 时 ， 基 本 顶 岩 层 进 入 冒 落 带 ， 冒 落带高度约为 ３ ０ ｍ， 裂 隙 发 育 高 度 为 ４ ５ ｍ 左 右， 冒落带上方裂隙主要为水平裂隙 ， 垂直裂隙主要发 生在工作面上方 ， 上方裂隙与工作面导通 ， 贯通裂 隙主要分布在冒落带内 。
为１ ． １ ４～５ ８ ． ４ ８ｍ， 总平 均 厚 度 ２ ０ ． ６ ０ ｍ。 主 采 煤 层为 ８ 煤 层 ， 平 均 厚 为 １ ０ ． ５ ８ ｍ。 顶 板 主 要 为 泥
＃
落高度与裂隙发育高度基本保持不变 ， 采空区中部 裂隙开始压实闭合 。
岩 ， 细砂岩次之 ， 局部为粉砂岩或中砂岩 ， 部分地 段有炭质 泥 岩 伪 顶 ； 底 板 为 薄 层 状 砂 质 泥 岩 或 泥 岩 ， 局部为细砂岩 ； 层理和裂隙发育 ， 岩石破碎 。 ２ 综放面上覆岩层移动规律实验研究 ２ ． １ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 数值分析覆岩移动规律 ，即岩 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ－Ｒ ｏ ｃ ｋ Ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ 石破裂过程分析方法 ， 是由东北大学岩石破裂与失 稳研究中心开发的岩石破裂全过程分析系统 ， 可以 计算并动态演示材料从受载到破裂的完整过程 ， 整 个系统具有较强的开放性 、 可扩展性 ， 且具有较好 的后处理功能 。 ２ ． ２ 模型建立 根据该矿的地质条件和柱状图建立的模型如图 １ 所示 。 沿走向方向取 ３ ０ ０ｍ， 垂直方向取 １ ５ ０ｍ。 ＃ 两侧各留 ５ 含 ９ 煤 层） ０ｍ 煤 柱 ， 煤 层 底 板 厚 度 （ ２ ０ｍ。
综放面覆岩移动与裂隙带瓦斯运移规律及瓦斯抽采工程实践
ａ ｓ Ａ ｎ ａ ｌ ｉ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ａ ｍ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｍ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｐ ｐ ｙ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ／ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｕ ｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｏ ｃ ｏ ａ ｌ ｃ ａ ｖ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｗ ａ ｌ ｌ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ － ｇ ｇ ｐ ｇ ｇ