【摘要】采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究了極薄保護(hù)層鉆采過程中上覆被保護(hù)煤層地應(yīng)力及煤層變形的變化規(guī)律和煤層卸壓瓦斯流動(dòng)及瓦斯抽采規(guī)律。極薄保護(hù)層鉆采后,被保護(hù)煤層彎曲下沉、卸壓膨脹變形,煤層透氣性提高了403倍,通過向被保護(hù)煤層施工網(wǎng)格式上向穿層鉆孔進(jìn)行卸壓瓦斯抽采,被保護(hù)煤層瓦斯壓力和瓦斯含量降低,消除了煤與瓦斯突出危險(xiǎn),成功實(shí)現(xiàn)了礦井安全高效生產(chǎn)。
1、被保護(hù)煤層地應(yīng)力變化曲線
被保護(hù)煤層地應(yīng)力變化規(guī)律被保護(hù)煤層地應(yīng)力隨極薄保護(hù)層鉆采的變化關(guān)系曲線如圖 2 所示。分析圖 2 可以得到以下結(jié)論：（1）當(dāng)極薄保護(hù)層鉆采 18 m時(shí)，煤層在一定區(qū)域出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，煤層透氣性增加，但是煤層的卸壓范圍小，卸壓程度低。同時(shí)被保護(hù)煤層在一定區(qū)域形成 圖1 試驗(yàn)式鉆采示意圖
2、試驗(yàn)式鉆采示意圖
覆二1煤層的卸壓保護(hù)效果。鉆采示意圖如圖 1 所示。文中數(shù)值模擬采用 UDEC數(shù)值模擬軟件，數(shù)值模型采用二維平面應(yīng)變模型。針對(duì)數(shù)值模擬主要研究鉆采一9煤層對(duì)上覆二1煤層的卸壓保護(hù)效果，且層間 3.5 m 厚堅(jiān)硬 L9灰?guī)r和 5.5 m 厚細(xì)砂巖是影響二1煤層卸壓效果的關(guān)鍵巖層，所以模型上邊界取至二1煤層以上 19.8 m，模型下邊界取至一9煤層以下 31.5 m即可。數(shù)值模型的尺寸為：水平方向取 200m，垂直方向取 78 m。模型上部的巖層重量采用荷載代替。根據(jù)模型幾何尺寸的劃分，相應(yīng)層位煤巖體的物理力學(xué)參數(shù)如表 1 所示。模型采用分步開挖的開采方式，每步開挖 1.5 m
3、被保護(hù)煤層變形變化曲線
被保護(hù)煤層變形變化規(guī)律被保護(hù)煤層變形隨極薄保護(hù)層鉆采的變化關(guān)系曲線如圖 3 所示。分析圖 3 可以得出以下結(jié)論：（1）隨著工作面繼續(xù)向前鉆采，煤層膨脹變形逐漸增大，當(dāng)極薄保護(hù)層鉆采 54 m 時(shí)，被保護(hù)煤層****膨脹變形量為 16 mm，相對(duì)變形為 2‰。隨著工作面鉆采距離的進(jìn)一步增大，由于上覆煤巖體產(chǎn)生緩慢彎曲下沉，被保護(hù)煤層逐漸被壓實(shí)，煤層膨脹變形也逐漸減小，達(dá)到一定值后便趨于穩(wěn)定，當(dāng)極薄保護(hù)層鉆采81 m 時(shí)
4、深部基點(diǎn)法測(cè)二
卸壓瓦斯抽采方法及瓦斯抽采效果研究表明，被保護(hù)層中的卸壓瓦斯不會(huì)涌入保護(hù)層工作面，只是在被保護(hù)煤層的順層張裂隙中流動(dòng)。針對(duì)被保護(hù)煤層采動(dòng)裂隙分布特征和卸壓瓦斯具有較好順層流動(dòng)條件的特點(diǎn)，采用在極薄保護(hù)層工作面底抽巷施工穿層鉆孔的瓦斯抽采方法，底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法如圖 4 所示
5、底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法
具有較好順層流動(dòng)條件的特點(diǎn)，采用在極薄保護(hù)層工作面底抽巷施工穿層鉆孔的瓦斯抽采方法，底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法如圖 5 所示[7]。在極薄保護(hù)層一9煤層工作面施工 2 條底抽巷，即 11011 底抽巷和 11031 底抽巷，巷道方向與煤層走向一致。在底抽巷每隔 10 m 布置一個(gè)長(zhǎng)度為 5m 的鉆場(chǎng)，在每個(gè)鉆場(chǎng)沿工作面傾向向二1煤層施工 9 個(gè)穿層鉆孔，鉆孔直徑為 75 mm，鉆孔間距為 7m（相鄰鉆孔與二1煤層中厚面交點(diǎn)的距離），鉆孔穿過二1煤層頂板 0.5 m 以上，這樣在二1煤層卸壓?
6、瓦斯抽采量隨時(shí)間的變化
順層張裂隙向抽采鉆孔匯集，經(jīng)瓦斯抽采管路抽到地面。圖 6 為試驗(yàn)區(qū)卸壓瓦斯抽采量隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線。在極薄保護(hù)層鉆采初期瓦斯抽采量****為1 m3/min，平均為 0.49 m3/min，隨著極薄保護(hù)層不斷向前鉆采，瓦斯抽采量急劇增大，瓦斯抽采量****為3.5 m3/min，平均為 1.5 m3/min，高效瓦斯抽采期為 2個(gè)月，當(dāng)連續(xù)抽采時(shí)間超過 9 個(gè)月以后，煤層瓦斯抽采率達(dá)到 64％。礦井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明
|
