三软煤层上保护层煤与瓦斯共采时空协同防突技术研究

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近年来,我国矿产资源储量的探明量逐年增高,在一次能源消费结构中,煤炭资源所占比重逐年下降。目前,煤炭能源在一次性能源消费比重中约占60%,是我国能源消费中最重要的组成部分,在很长的一段时期内,煤炭资源在我国能源中的主体格局将保持不变。随着煤矿开采深度的不断增加,煤与瓦斯突出成为威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,三软煤层因其自身及相邻顶底板普氏系数均偏小,煤与瓦斯突出问题尤为严重。为解决三软煤层煤与瓦斯突出问题,实现矿井安全生产工作,本文以朱集西矿为对象,通过构建煤岩瓦斯气固耦合动力学模型,利用COMSOL Multiphysics5.2数值模拟软件进行不同地质条件下上保护层开采的数值模拟及不同瓦斯抽采方式抽采效果的数值模拟,提出了不同地质条件下煤与瓦斯共采时空协同防突技术方案。(1)基于蠕变理论提出了煤岩瓦斯气固耦合模型,并构建了几何方程、平衡微分方程及本构方程,确定了瓦斯渗流与煤岩层的耦合关系;(2)通过构建上保护层开采数值模型,模拟研究了不同推进距离、不同煤层间距的上保护层开采过程中被保护煤层应力的变化规律及性变破坏规律,划分了上保护层开采的卸压范围;通过构建瓦斯抽采数值模型研究了不同瓦斯抽采方式的瓦斯卸压效果;(3)针对模拟所构建的不同地质条件设计了煤与瓦斯时空协同防突技术方案,并以朱集西矿11-2煤层及8煤层为对象进行工程应用,有效降低了煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量及钻孔钻屑量,消除了被保护煤层煤与瓦斯突出的风险。
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