科技成果

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成果名称: 复杂松软突出煤层保护层开采时空演化及瓦斯抽采技术研究

成果登记号: 9612014Y0415

第一完成单位: 陕西陕煤韩城矿业有限公司

联 系 人: 赵武强

成果类型: 应用技术

技术领域: 地球空间与海洋

成果简介:

技术原理:开采保护层为效果最好的区域瓦斯治理措施,通过卸除被保护层地应力,增大煤岩透气性释放瓦斯,达到消除煤层突出危险性的目的。被保护层卸压瓦斯沿裂隙运移至保护层工作面,容易造成瓦斯超限。保护层开采过程中应力和位移随工作面移动在时间和空间上动态演化,影响卸压瓦斯运移,决定抽采瓦斯钻孔的布置。通过研究保护层开采过程中应力和位移的时空演化规律,把保护层下覆煤岩分为"三带五区",并提出了"四层空间"应力分布模型,为抽放钻孔布置提供了理论指导。研究得出了倾向卸压角的演化规律,为卸压角测试和工作面布置提供理论指导。最终根据保护层开采的时空演化规律,提出了"三位立体分源瓦斯治理技术",通过对不同位置瓦斯从源头上进行治理,从而避免了保护层开采过程中瓦斯超限。       本项目系统研究了保护层开采过程中的应力和位移时空演化规律,为卸压瓦斯治理提供理论上指导;开发的"三位立体分源瓦斯治理技术"能有效治理卸压瓦斯,防治保护层瓦斯超限,主要体现在:(1) 释放并抽放被保护层瓦斯,使得被保护层瓦斯含量降低70%以上;(2) 钻孔瓦斯抽采浓度可达80%以上;(3) 实现了保护层上隅角瓦斯零超限。       本项目研究的保护层开采过程中应力和位移时空演化规律为卸压瓦斯治理提供理论上的指导,开发的"三位立体分源瓦斯治理技术"实现了保护层开采过程中动态抽采卸压瓦斯,防止保护层瓦斯超限,较传统的研究成果更科学,更可靠。其主要技术特征和技术指标如下:(1)依据煤岩体破坏后强度弱化的规律,建立了基于"应变-软化"规律的大尺寸三维有限差分模型,获得了保护层开采下覆"应力-裂隙-瓦斯渗透"的时空演化规律。(2)提出了基于时空演化规律的极薄保护层"三位立体分源瓦斯治理技术",即:同时采用高位钻孔、低位钻孔和尾巷分别治理顶板裂隙带瓦斯、拦截下覆煤层解吸上浮瓦斯和排放采空区冒落带瓦斯,立体上实现全方位瓦斯治理。(3)确定了极薄保护层开采之后下覆围岩的"三带五区"分布规律,得到了应力卸除带内的膨胀区和恢复区为最佳瓦斯抽采位置。(4)研究了保护层开采过程中应力时空演化规律,将"回"形圈由平面发展到空间,提出了"卸压壳"概念,建立了应力分布的"四层空间"模型,为瓦斯抽采钻孔参数优选提供理论指导。(5)揭示了卸压角在保护层开采过程中的动态演化规律:倾向卸压角随工作面推进先增大后减小,随距保护层距离的增大减小。