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1、实验研应用多孔介质流体力学、矿山岩石力学、数值模拟和相似材料试验手段,找到了煤层顶板环形裂隙发育区,即瓦斯富集区。,实验室及现场试验研究,裂隙演化规律,在裂隙区内采用预先布置顶板巷道或钻孔抽采卸压瓦斯,浓度为1545%,流量达1225m3/min,抽采率达65%以上。,瓦斯抽采量、抽采瓦斯浓度、工作面 瓦斯涌出量与抽采时间关系,现场试验效果,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,卸压煤层,20150m,抽采
2、钻孔,卸压煤层,卸压煤层,20150m,抽采钻孔,左侧顶板断裂角为50,采动边界影响角为110;右侧顶板断裂角为45,采动边界影响角为106; 楔形区内顶板岩层产生卸压膨胀变形; 左、右侧底板卸压区发育范围以55、 60偏向采空区内。,数值模拟,瓦斯压力由46MPa下降到0.20.5MPa;瓦斯含量由13m3/t降为5m3/t,煤层膨胀变形达到26.33,抽采瓦斯后被卸压煤层安全保护卸压角,与传统保护层相比扩大了1720度。,p,q,透气性 m2MPa-2d-1,瓦斯压力MPa,p,q,瓦斯流量m3/min,-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160,卸压开采抽采瓦斯效
3、果,距工作面距离 /m,现场试验效果,透气性系数大大提高:煤层透气性系数由0.01135m2/(MPa.d)增加到32.687 m2/(MPa.d),增加了2880倍。,现场试验效果,采动卸压瓦斯流动活跃期,发现上向卸压流动存在一个活跃期,为80天左右。煤层硬度f值由0.5提高到了2.5。,现场试验效果,进风巷,下卸压层B7,下卸压层B6,开采层B8,回风巷,进风巷,下卸压层B7,下卸压层B6,开采层B8,回风巷,进风巷,下卸压层B7,下卸压层B6,开采层B8,回风巷,进风巷,下卸压层B7,下卸压层B6,开采层B8,回风巷,进风巷,下卸压层B7,下卸压层B6,开采层B8,回风巷,煤层回采后沿走
4、向围岩应力变化规律,煤层回采后沿倾向围岩应力变化规律,底板卸压区,顶板卸压区,底板卸压区,应力集中区,应力集中区,应力集中区,原岩应力区,原岩应力区,应力集中区,增压区位于采面前方540m,卸压区位于采面后方40120m;应力恢复区300500m以远。,实验室模拟,s,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,0,20,40,60,80,层间距(m),钻孔单孔瓦斯流量增大倍数,首采层卸压开采后,下向卸压效果明显,被卸压煤层膨胀变形达79mm,煤层膨胀变形达到27.1,钻孔瓦斯抽采量达到0.442m3/min,是卸压前的40倍,抽采率达到50%。,现场试验效果,多重卸压开采被卸压煤
5、层瓦斯压力由3.6MPa降至0.2MPa,煤层透气性系数由0.0411m2/(MPa.d)增加到23.543m2/(MPa.d),透气性增加570倍;,现场试验效果,首采层,回风巷,进风巷,卸压距离20150m,被卸压煤层,瓦斯,瓦斯,钻孔抽采半径500800米,地面钻井示意图,地面瓦斯抽采效果,单井年瓦斯抽采量3001100万m3,抽采半径229810m。,现场试验效果,工作面,回采区段煤柱,上隅角,采空区,上区段采空区,采空区空气流场,进风,回风,上区段采空区,沿空护巷,工作面,采空区空气流场,采空区,进风,进风,回风,传统留煤柱U型通风,无煤柱沿空护巷Y型通风,鉴于首采保护层工作面的瓦斯
6、只能采用风排为主的方法,随着开采深度增加和保护层瓦斯升级,面临瓦斯抽采工程量大、成本高,U型通风上隅角瓦斯难治理等问题,必须优化煤与瓦斯共采技术,确保首采保护层工作面安全开采是关键; 研究发现改变通风流场,将空气压力场能位和瓦斯场流动运移向采空区后方挪移,可以消除上隅角瓦斯的安全威胁。提出了采用Y型通风、采空区护巷、在留巷内布置钻孔连续抽采采空区卸压解吸瓦斯的新思路。,(二)无煤柱沿空护巷Y型通风、煤与瓦斯共采技术,三、煤与瓦斯共采关键技术成果,首采层采场内应力场、裂隙场及瓦斯场分布和演化规律; 采空区护巷围岩控制技术; 留巷钻孔连续抽采采空区瓦斯技术。,获得的新认识及工程技术新方法,需要研究
7、解决的关键技术,首次提出了在煤层群中选择瓦斯含量低、安全可靠的薄煤层(0.41.0m)首先开采,采用Y型通风改变通风流场,形成首采保护层工作面前部采煤、后部在采空区护巷并抽采卸压解吸瓦斯的煤与瓦斯共采工程技术新方法。,增压区位于首采保护层工作面前方030m,应力集中系数为23倍;采空区300500m以外为卸压稳定区; 裂隙发展期为首采保护层工作面后方050m;活跃期位于50500m;衰减期为500m以后且呈楔形偏向采空区发展。,留巷采空侧走向裂隙发育演化,竖向楔形裂隙发育区范围,1、研究实现了4个方面的重大进展,第一:研究并揭示了首采保护层采场内应力场、裂隙场分布及演化规律,为布置抽采瓦斯钻孔
8、提供了依据,Y型通风采空区瓦斯浓度分布规律:采空区顶板540m,首采保护层工作面开采后50m超过10%、100m超过20%、300m达到40%。,进风,进风,回风,首采工作面,采空区高浓瓦斯富集区,出煤,沿空留巷,瓦斯抽采钻孔,回 风,Y型通风 进风巷,填充墙体,首采层,1#钻孔,2#钻孔,3#钻孔,4#钻孔,5#钻孔,Y型通风首采工作面平面图,第二:发现了首采层开采后顶底板不同层位存在4个瓦斯富集区,揭示了Y型通风采空区顶板瓦斯浓度及瓦斯场分布规律,顶板环形瓦斯富集区,上向被卸压煤层解吸瓦斯富集区,下向被卸压煤层解吸瓦斯富集区,竖向楔形瓦斯富集区,卸压瓦斯富集区,Y型通风首采工作面剖面图,研
9、制出高承载性能机械化施工的巷旁充填支护技术,满足了综采工作面日进10m、日产2万吨的快速开采要求; 实现900m深井护巷断面810m2,长度达2900m的世界纪录,是国外的23倍,成本仅为欧洲的1/3。,第三:开发了适合国情及淮南矿区煤岩特点的无煤柱护巷围岩控制关键技术,并获得2项国家发明专利(ZL20071002609 6.9、ZL200710026095.4),“三位一体”围岩控制技术,充填墙体,巷旁充填侧模板支架,900m深度护巷效果,第四:开发成功无煤柱(护巷)Y型通风留巷钻孔法抽采瓦斯关键技术,并获得国家发明专利(ZL200710024859.6),现场试验效果:抽采瓦斯浓度1040%,首采层采空区瓦斯抽采率70%以上,连续抽采最高达90%。,13-1煤,11-2煤,-800m,-869m,表土层,砂岩组,泥岩组,泥岩组,砂岩组,砂岩组,砂岩组,-718m,瓦斯富集区,瓦斯富集区,首采层,首采层,填充墙体,首采层采空区留巷钻孔法抽采瓦斯技术,
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