【摘 要】
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针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙“O”型圈和“环形裂隙体”理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高
【机 构】
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西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西 西安 710054
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针对下石节煤矿222工作面开采过程中双重卸压造成工作面瓦斯涌出量高导致瓦斯超限的安全难题,结合采动裂隙“O”型圈和“环形裂隙体”理论,在分析厚煤层综放开采双重卸压采动覆岩破坏特征的基础上;采用相似模拟和数值模拟研究了双重卸压工作面开采采空区覆岩裂隙演化模型,确定了裂隙场和应力场演化反馈机制,依据裂隙密度,将覆岩裂隙场划分为贯通渗透区、纵向渗透区和水平渗透区;结合Fluent模拟瓦斯流场运移机理,将双重卸压采空区覆岩裂隙场+应力场+瓦斯渗流场相互耦合,进一步补充了采空区瓦斯流场规律:低位低浓度瓦斯流动带和高位高浓度瓦斯流动圈;提出了双重卸压采空区卸压瓦斯治理方式为复合采空区高位定向钻孔瓦斯抽采方案,并进行了工程应用.结果表明:确定卸压瓦斯抽采富集区域范围为回风侧偏向工作面宽度40 m,距离煤层顶板60.8 m以上150 m以下范围内;通过在复合采空区将高位定向钻孔瓦斯抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度低于0.8％,工作面及回风巷瓦斯浓度低于0.3％.
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为了提高瓦斯抽采效果,防治煤与瓦斯突出,探讨了煤孔隙内表面的结构特点,从表面自由能的角度揭示了煤-瓦斯之间的界面作用,构建了煤的表面自由能与瓦斯吸附量之间的表达式;利用OCG方法,测定沙曲煤矿煤样的表面自由能在实验室条件下为43.33 mJ/m2;利用瓦斯抽采流-固-热耦合控制方程,对沙曲煤矿的瓦斯抽采过程进行了数值模拟.研究表明:煤的孔隙内表面处于不均匀的力场之中,煤孔隙内表面相比煤体相内部具有附加的表面自由能,煤孔隙内表面的表面自由能愈大,其吸附能力愈强;煤的表面自由能随瓦斯抽采作业不断增加,且在抽采
为了考察冷冻取心技术在煤层瓦斯含量测定中的可靠性及优势,采用试验和理论分析相结合的方法,通过自主研发的含瓦斯煤冷冻取心模拟试验装置开展了系列取样深度(20、30、40、50 m)条件下的冷冻取心过程及常规取心过程的煤样瓦斯解吸试验,得到了常规取心和冷冻取心过程在各个条件下的瓦斯解吸参数(解吸量、解吸速度)随时间的变化数据,并对数据进行了深入分析.研究结果表明:在不同取样深度下,冷冻取心过程中煤心样瓦斯解吸量变化分为前期快速增加、短暂稳定、中期减少和后期稳定阶段;冷冻取心过程中煤心瓦斯解吸速度变化分为快速衰
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