大黄山煤矿综放面瓦斯钻孔抽采技术及评判研究

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瓦斯灾害是煤矿五大灾害之一,其长期制约着我国煤矿的安全生产,尤其在煤层较厚的高瓦斯矿井,瓦斯的防治工作更是尤为重要。放顶煤是是厚煤层开采的一种重要方法,其开采工艺决定了采空区遗煤较多,遗煤所释放瓦斯就会急剧增加,更加容易导致综采工作面瓦斯超限问题的发生。国内主要通过钻孔抽采对高瓦斯厚煤层瓦斯超限进行治理,所以,对综放面瓦斯钻孔抽采技术的研究,具有十分重要的实际意义。本文以高瓦斯矿井——新疆豫新煤业大黄山矿,为实际工程背景,以该矿主采工作面+735综放面为具体研究对象,对其瓦斯抽采治理技术措施进行研究,以期解决工作面瓦斯超限的问题。本文的主要研究内容如下:一、通过对八尺槽和中大槽煤样岩样进行了采集,进行了相关实验。研究了其瓦斯赋存的基础参数,得到了煤层原始的瓦斯含量、瓦斯压力以及瓦斯吸附常数a、b值;并得到钻孔的自然瓦斯涌出的衰减系数和对应煤层的透气性系数等,为进一步研究大黄山矿瓦斯运移规律和瓦斯抽采治理技术,提供了基础理论支撑。二、研究了综放工作面顶板覆岩的采动运移规律,对顶板“三带”的分布做了定性与定量分析研究,计算出顶板的冒落带高度为9.8~14.2m之间,运用数值模拟得到顶板的裂隙带的高度为30m左右,对瓦斯抽采和钻孔参数的确定具有重要意义。三、通过对综放工作面的瓦斯来源进行了分析,对各瓦斯源项的涌出量和贡献程度进行了分析计算,得出采空区瓦斯涌出量占到61%,煤壁瓦斯涌出量占39%,确定了对735工作面的瓦斯治理应主要进行采空区瓦斯治理,为抽采方案的选择和确定提供了基本依据。四、对钻孔抽采瓦斯所适用的数学理论模型进行研究探讨。运用了数值模拟软件COMSOL Multiphysics,以穿层钻孔为例,模拟了不同抽采时间和不同孔径钻孔抽采下,钻孔附近的瓦斯流态,得到了瓦斯流速和瓦斯压力分布云图以及压力等值线图。模拟结果显示:距穿层钻孔较远处,瓦斯流速稳定,瓦斯压力分布均匀,符合达西定律;靠近钻孔中心处,瓦斯流速最大。随着抽采的进行,钻孔周围煤层中瓦斯压力逐步降低,在靠近钻孔中心处的煤层中瓦斯压力变化梯度较大,降低速度很快,在较远处瓦斯压力梯度相对较小,瓦斯压力降低缓慢。通过对模拟结果的分析,确定了抽采钻孔应采用的合理孔径。五、对综采工作面瓦斯抽采治理的效果进行了评判,分别从抽放后瓦斯剩余含量、瓦斯残余压力、瓦斯解析量、采面瓦斯抽采率、矿井总瓦斯抽采率等指标进行了计算分析,并结合现场实测的数据,与规定允许的达标数据进行比对,判定得出+735综采面瓦斯抽采治理达到了规定的要求,抽采效果良好。
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