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瓦斯抽采是防治工作面发生瓦斯超限及瓦斯灾害的重要技术措施,由于我国煤层瓦斯赋存条件存在明显的“三高两低”特征,对瓦斯抽采方式的选取及抽采效果产生较大的影响。为了改变高瓦斯矿井的低透煤层渗透特性,提高瓦斯灾害防治效果,煤矿已有多种改善煤层渗透特性的技术措施。开采保护层来增加煤层透气性是最有效的方法之一,上保护层开采的卸压效应直接影响被保护层的应力、变形特征及增透效果。进行上保护层卸压效应研究,对于制定合理的保护层开采方案及提高低透气煤层增透效果具有重要的意义。
论文综合应用理论分析、相似材料模拟实验、数值模拟、现场实测等方法,对上保护层开采卸压效应进行了研究。应用理论分析阐述了保护层开采的卸压效应及主要影响因素,得到了开采厚度、工作面布置长度、层间距等开采因素对保护层开采卸压效应的影响以及各影响因素间的相互作用关系,确定了对保护层开采卸压效应影响的主控因素为保护层开采厚度。应用相似材料模拟实验方法,对不同开采厚度工作面底板应力分布特征进行分析,确定了开采厚度与底板应力分布以及底板应力演化规律的相互关系。运用弹性地基梁理论、弹性力学等理论对底板应力分布特征及影响因素进行分析,揭示了开采厚度影响底板应力分布的机理,得到不同开采厚度条件下采空区压实稳定时期底板卸压值分布规律。基于采空区压实理论,运用FLAC3D数值模拟软件,对不同开采厚度保护层开采工作面进行模拟,分析工作面采动过程中底板应力、变形及破坏特征。提出开采厚度、层间距与保护层开采有效性的匹配关系,建立了不同开采厚度卸压有效层间距的确定方法。
基于论文研究成果划定了红阳三矿不同开采厚度与对应的有效层间距,当上保护层开采厚度为1m、1.5m、2.0m、2.5m与3.0m时,对应下被保护层卸压有效层间距为0~29m、0~38m、0~43m、0~48m与0~52m,3煤保护层与7煤层间距为48m,预计设计3煤上保护层最小开采厚度为2.5m。
论文综合应用理论分析、相似材料模拟实验、数值模拟、现场实测等方法,对上保护层开采卸压效应进行了研究。应用理论分析阐述了保护层开采的卸压效应及主要影响因素,得到了开采厚度、工作面布置长度、层间距等开采因素对保护层开采卸压效应的影响以及各影响因素间的相互作用关系,确定了对保护层开采卸压效应影响的主控因素为保护层开采厚度。应用相似材料模拟实验方法,对不同开采厚度工作面底板应力分布特征进行分析,确定了开采厚度与底板应力分布以及底板应力演化规律的相互关系。运用弹性地基梁理论、弹性力学等理论对底板应力分布特征及影响因素进行分析,揭示了开采厚度影响底板应力分布的机理,得到不同开采厚度条件下采空区压实稳定时期底板卸压值分布规律。基于采空区压实理论,运用FLAC3D数值模拟软件,对不同开采厚度保护层开采工作面进行模拟,分析工作面采动过程中底板应力、变形及破坏特征。提出开采厚度、层间距与保护层开采有效性的匹配关系,建立了不同开采厚度卸压有效层间距的确定方法。
基于论文研究成果划定了红阳三矿不同开采厚度与对应的有效层间距,当上保护层开采厚度为1m、1.5m、2.0m、2.5m与3.0m时,对应下被保护层卸压有效层间距为0~29m、0~38m、0~43m、0~48m与0~52m,3煤保护层与7煤层间距为48m,预计设计3煤上保护层最小开采厚度为2.5m。