方庄一矿二1煤层抽采钻孔封孔深度的确定.pdfVIP

煤矿 现代化 2 0 1 4 年第2 期 总第1 1 9 期 方庄一矿二 煤层抽采钻孑 L 封孑 L 深度的确定 刘飞龙 河南理工大学 安全科学与工程学院 河南 焦作 4 5 4 0 0 3 摘要 瓦斯抽采是 瓦斯治理的重要手段 其 中合理封孔深度 的确定对于提 高瓦斯抽采率具有重要 的影响 随着巷道的掘进 煤岩层的空隙和裂隙扩张发育 地应力重新分布 向深部转移 得 出瓦斯钻 孔封孔深度必须穿过巷帮煤层的泄压带 而又在应力峰值之 间 运 用 fla e 数值模拟软件模拟巷道开 挖 结合煤层 瓦斯含量测定法现场实测确定出巷道 的泄压带与应力集 中带的范围 最终确定出所在 埋 深 的煤 层合 理封 孔 深度 为 1 l 1 3 m 关键词封孔深度 fla c 瓦斯含量测定法 瓦斯抽采 中图分类号 T D 7 1 2 6 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 4 0 2 0 0 5 5 0 3 1 巷帮泄压带宽度测定 目的及理论研究 由于回采巷道开挖后 采掘作业破坏了煤层的 原始应力和瓦斯压力平衡 产生煤体流变破坏和瓦 斯流动 巷道围岩应力重新分布 巷道周边一定的范 围内就会产生应力集 中现象 其应力大于煤体极 限 应力时 巷道周边一定范围的煤体就会发生变形破 坏 此范围的应力就会有所降低 1 2 采掘空间附近的 集中应力使该部分煤体首先发生破裂变形 集中应 力向煤体深部转移 形成卸压带 集中应力带和原始 应力 区 俗称应力 三带 3 3 巷道掘成后 沿巷道两帮得 到卸压 卸压带 内煤 体透气性增加 同时其 内瓦斯压力平衡状态遭到破 坏 由于从煤体内部到沿巷道煤壁之间存在着瓦斯 压力梯度 卸压带内煤体中瓦斯 向巷道 涌出 形成瓦 斯排放带 测定煤层巷道卸压带宽度 即巷道对煤体 卸压排放瓦斯 的影响范围 对于抽采钻孔封孔深度 的确定提供依据 由于煤层瓦斯含量与瓦斯压力之间的函数关系服 从朗格缪尔方程 因此在采动卸压瓦斯排放带内 煤层 瓦斯含量和瓦斯压力的分布变化趋势具有一致I生 图 1 掘进巷道周 围煤体 瓦斯含量 压力 实测分布 曲线 图 1 所示为掘进巷道周围煤体瓦斯含量 压力分 布趋势实测结果 从 图中可 以看 出 瓦斯含量和瓦斯 压力的分布变化趋势较一致 但两者的递增率不同 前者大致呈指数伴随函数增长 后者则呈指数和直线 式增长 当趋近于应力集 中带时 瓦斯压力 出现极值 瓦斯含量趋于煤层原始瓦斯含量 低于极值 极值前 为卸压带 2 数值模 拟 2 1 用 fla c3 D 对巷道周围的垂直应力进行模型的建立 本次建模按照方庄煤矿山西组二 煤层所处的 实际地质情况建立模型 巷道沿煤层顶底板掘进 煤 层的平均厚度 为 4 4 6 m 近水平赋存 巷道断面尺寸 5 5 m 4 5 m 掘进断面为 2 4 7 m 根据研究 的内容和巷道 的特点 考虑到实际岩 体的非均质性以及岩体中含有大量的节理裂隙面 建立数值分析模型时 单个巷道的模型范围可根据 实际地质条件取 5 1 0 R 或以上 4 1 模型确定 为简化 的三维模型 模 型的宽为 5 0 m 高为 5 0 m 厚度为 2 0 m 模型坐标系采用 直角坐标 系 XO Y平 面取为水 平面 z轴取铅直方向 并且规定向上为正 取巷断 面中心为坐标原点 水平向右为 x轴正方向 沿巷道 方向垂直向内为 Y轴正方向 垂直 向上为 z轴正方 向 重力方向沿 z轴负方 向 依据 4 1 1 2 1 面地质说明书 该处煤层对应埋深取 最大值 6 0 5 5 m 初始垂直应力为自重应力 岩石的容 重取 2 5 k N m 对应垂 直应力 约为 1 5 1 3 MP a 施 加在 模型 的上部边界 据矿方地应力测试结果 侧压系数 为 1 1 1 计算得水平应力为 1 6 7 9 MP a 水平力取各向 等值 模拟巷道围岩应力分布 变形与塑性区范围 2 2 所用模型为本构模型 本模拟采用摩尔 一库仑 Mo h r C o u lo mb 屈服准 则如下 1 r 一 F s 广 一 2 c 旦 l s in V l s in 式中 盯 为最大和最小主应力 c b为粘聚力 和内摩擦角 当 F s 0时 材料将发生破坏 在通 常应力状态 5 5 断岩体是否产生拉伸破坏 一 2 3 拟 41 的结 1 2 1 挖后的围岩垂直应力分布女 口 模拟的 巷开挖后的围石墨且 图 2 进 3所示 力 如 网 了原岩应 墨 黧篡茹 u8 m 要 范 围 内 为 垂 直 集 中 应 力 带 垂 直 膻 刀 峰 网 墒 井 占 鬣 VIll i 4 袤 刺 多 耋 瑟 选 定 士 根 井 星 嫠 篷 淼 方 庄 一矿二 煤 层巷道卸压带 苋J 芟削 切 风 5 6 由表 司 为 8 m l8 m的两 个煤样 的粉碎前 1 l g 4 g 一暑 朋 端 蒜 苇 的影响 导致粉碎后脱气量偏1 氐 鼓舾寻玖 竹里 薏 由 于 煤 样 罐 微 漏 所 显 以导致数据作废 不予进行分析 对剩 r 蛛仟 里 图 5 方庄一矿 4 l1 2 1 沿倾向巷道排放半 9页 黧 L L L 8 2 0 d 茸 R 髓 煤矿 现代化 2 0 1 4 年第2 期 总第1 1 9 期 1 2 3 0 9 工作面进行数值模拟 解释了贵州响水煤矿雨 谷井田东坡面出现裂隙的原因 指出山区浅埋缓倾 斜煤层推进后 地表裂隙发育受煤层埋深 边坡倾角 及工作面推进距离等因素有关 得出了与常规开采 中 三带 所不同的结论 三带 中指出冒落带高度 一 般低于裂隙带高度 而本次对 1 2 3 0 9 采面的数值 模拟所得冒落带高度却远远高于裂隙带 2 给出的建议 在可能发生滑坡 的坡面应提早 做好防滑措施 无论是采取边坡支护还是布置防滑 网都应提前准备 确保井下安全开采 的同时 地面不 发生意外事故 冲沟处覆岩裂 隙发育贯通 工作面若 继续开采时应注意预防冲沟水灌入采空区 参考文献 1 王旭锋 冲沟发 育矿 区浅埋煤层 采动坡体 活动机 理及其控 制研究 D 北京 中国矿业大学 2 0 0 9 5 2 王 达胜 导水裂 隙带 高度确定方法 J 能源与环境 2 0 0 8 6 4 5 4 6 3 董洪生 山体赋存煤层原岩应力分布规律 J 能源技术与 管理 2 0 1 0 1 0 6 1 4 1 6 4 1张龙 张东健 邓雪杰等 近距离下位煤层面矿压显现规律 数值模拟研究 J 1 能源技术与管理 2 0 1 1 2 7 7 9 5 王东 曹兰柱 宋子岭 基于 R F P A S R M的露井联采边坡稳 定性研究 合肥工业大学学报 2 0 0 9 3 2 1 0 1 5 6 2 1 5 6 5 6 李连崇 唐春安 梁正召等 R F P A边坡稳定性分析方法及 其应用 J 应用基础与工程科学学报 2 0 0 7 1 5 4 5 0 1 5 0 8 7 荆现锋 李振顸 综采工作面上覆岩层运移规律研究 J 中 州煤炭 2 0 1 1 1 8 4 4 3 6 3 8 8 李忠建 魏久传 施龙青等 浅埋煤层开采数值模拟及顶板 突水危险 生 分析f J 煤矿安全 2 0 1 1 4 2 3 1 2 2 1 2 4 作者简介 余进江 1 9 8 8 一 男 贵州毕节人 贵州大学矿业学院硕士 研究生 主要从事矿业系统工程方面研究工作 现住贵州省贵 阳市花溪区贵州大学新校区矿业学院研究生科 收稿 日期 2 0 1 4 2 1 1 上接 第 5 6页 利用数据处理 o r ig i n 8 0软件得 出残存 瓦斯含量 趋势线为指数伴随函数 W 7 0 3 X 1 e A 7 t 由 图 5可 知 根 据 图 中所 示 曲线 在 距 煤 壁 1 2 1 3 m处 达到极值 根 据上文所述极 值前为卸压 区 即距巷道 1 3 m以内为卸压带 综上所述 4 1 1 2 1工作面沿倾 向巷道在排放 2年 的卸压带宽度为 1 3 m 4 结论 1 由图 2可知巷道开挖 以后 破坏 了原岩应力 状态 围岩应力重新分布 应力向深部转移 在巷道 两帮 出现较大范围的降低 区 2 数值模拟中 煤岩体力学参数的选取采用数 理统计 的方法 计算得 出的塑性 区的范 围为 0 8 m 在此范 围内 煤体可能会 出现裂隙和裂缝 所 以封孔 深度也应考虑超过此 区域 从 而避免钻孔吸人大量 空气而达不到抽采效果 通过数值模拟得出的塑性 区范围对封孑 L 深度的确定具有重要的参考价值 3 数值模拟得到的泄压带深度为 1 2 m 经过瓦 斯含 量测 定法 的验证 得 出巷 道 泄压带 的宽 度 为 1 3 m 分析为经过泄压和较长时 间的瓦斯排放增加 了 煤层的空隙与裂隙 反过来这有利于瓦斯的排放 从 而瓦斯含量降低带较宽 数值模拟对抽采钻孔封孔 深度的确定有指导意义 参考文献 1 陈炎光 陆士良 中国煤矿巷道 围岩控制 M 徐州 中国矿业 大学出版社 1 9 9 4 2 何虎军 孙利辉 杨本生 等 工作面回采巷道 围岩松动圈 测试与应用叽煤炭科学技术 2 0 0 9 9 1 1 1 3 3 李世平 岩石力学简明教程f M 徐州 中国矿业大学出版 社 1 9 8 6 4 谢 文兵 陈晓祥 郑 百生 采矿 工程 问题数值模 拟研 究与分 析 J 1 徐州 I 中国矿业大学出版社 2 0 0 5 5 张铁 岗 矿井瓦斯综合治理技术 M 北京煤炭x 2 k 出版社 2 0 0 3 6 林柏泉 周世宁 张仁贵 煤巷卸压带及其在煤和瓦斯突出 危险性预测中的应用f J 1 中国矿业大学学报 1 9 9