工作面采动中水力割缝区矿压显现规律

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目前,我国高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井总数已逾6000座,占我国煤矿总数的一半左右。随着开采深度和强度的增加,瓦斯治理的难度也越来越大。又由于我国大部分矿区煤层瓦斯赋存明显存在“三高三低”(三高—煤层可塑性结构高、煤层吸附瓦斯能力高、煤层瓦斯贮存量高,三低—煤层瓦斯压力低、煤层瓦斯饱和度低、煤层瓦斯储层渗透率低)的性态,使得煤层采前瓦斯预抽效果与美国、澳大利亚等国家勘探利用瓦斯资源相比不很理想,我国矿井瓦斯平均抽采率仅有23%,而美国、澳大利亚等国家的抽采率均在50%以上。鉴于此,太原理工大学赵阳升团队从1998年开始研制以连续钢管为核心技术的专用高压水力割缝钻机及其配套设备,通过实验室试验和工业性试验,系统研究了水力割缝提高低渗透煤层瓦斯抽放的效果。尽管从20世纪70年代至今进行过多次水力割缝煤层卸压的工业性试验,但始终没有看到水力割缝后对工作面稳定性影响的相关报道。煤层经过水力割缝后,煤层的整体性被破坏,是否会影响采煤工作面围岩的稳定性一直是一个悬而未决的问题。本文以水力割缝试验在阳煤开元煤矿9804工作面的应用为基础,研究了水力割缝对工作面煤壁与顶板的稳定性的影响,其结论对煤与瓦斯安全高效共采具有重要的意义。本文主要从以下几个方面做了一些研究:(1)简述了高压水射流切割煤层会使得缝槽周围煤体卸压以及卸压瓦斯在短时间内大量涌出。尤其在工作面采动中,缝槽周围煤体进一步破坏,形成二次卸压,并分析了工作面采动中切割缝周围煤体二次卸压的瓦斯运移规律。(2)分析了工作面前方支承压力对瓦斯抽放的影响,以及当工作面推进到水力割缝区域时采场围岩的稳定性,主要从支架和围岩的耦合作用,煤壁的片帮情况进行了分析,并提出了应采取的相应措施。(3)利用FLAC3D进行数值模拟,分别模拟了在工作面未开采时水力割缝后煤层卸压程度、工作面推进时普通钻孔周边应力变化规律、工作面推进时水力割缝区域应力变化及其卸压范围以及采场围岩的破坏情况。(4)通过阳煤开元煤矿9804工作面实测瓦斯抽放、支架压力曲线和工作面煤壁片帮勘察与数值模拟图对比分析得出实测值与模拟情况基本相符,能够真实反映模拟对象。且割缝后瓦斯会得到迅速排放,但排放速度不会迅速衰减,这主要是由于水力割缝后会使钻孔周围煤体发生松动卸压,增大了割缝钻孔的瓦斯供给源。
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