《煤与瓦斯共采理论与实践[1]课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤与瓦斯共采理论与实践[1]课件（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验研应用多孔介质流体力学、矿山岩石力学、数值模拟和相似材料试验手段，找到了煤层顶板环形裂隙发育区，即瓦斯富集区。弯曲下沉带环型裂隙环型裂隙圈圈裂隙带冒落带l实验室及现场试验研究实验室及现场试验研究煤与瓦斯共采理论与实践1裂隙演化规律裂隙演化规律在在裂裂隙隙区区内内采采用用预预先先布布置置顶顶板板巷巷道道或或钻钻孔孔抽抽采采卸卸压压瓦瓦斯斯，浓浓度度为为151545%45%，流量达，流量达121225m25m3 3/min/min，抽采率达，抽采率达65%65%以上。以上。瓦斯抽采量、抽采瓦斯浓度、工作面瓦斯抽采量、抽采瓦斯浓度、工作面瓦斯涌出量与抽采时间关系瓦斯涌出量与抽采时间关系l现场试验
2、效果现场试验效果煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践120150m煤与瓦斯共采理论与实践1左侧顶板断裂角为50，采动边界影响角为110；右侧顶板断裂角为45，采动边界影响角为106；楔形区内顶板岩层产生卸压膨胀变形；左、右侧底板卸压区发育范围以55、 60偏向采空区内。l数值模拟数值模拟煤与瓦斯共采理论与实践1瓦斯压力由46
3、MPa下降到0.20.5MPa；瓦斯含量由13m3/t降为5m3/t，煤层膨胀变形达到26.33，抽采瓦斯后被卸压煤层安全保护卸压角，与传统保护层相比扩大了1720度。2.01.51.00.5pq 2020151510105 5透透气气性性 m m2 2M MP Pa a- -2 2d d- -1 1 瓦瓦斯斯压压力力M MP Pa ap4 43 32 21 1q q瓦瓦斯斯流流量量m m3 3/ /m mi in n-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160卸压开采抽采瓦斯效果卸压开采抽采瓦斯效果距工作面距离 /ml现场试验效果现场试验效果煤与瓦斯共采理论与实践1透气
4、性系数大大提高：煤层透气性系数由0.01135m2/（MPa.d）增加到32.687 m2/（MPa.d），增加了2880倍。l现场试验效果现场试验效果煤与瓦斯共采理论与实践1采动卸压瓦斯流动活跃期采动卸压瓦斯流动活跃期发现上向卸压流动存在一个活跃期，为80天左右。煤层硬度f值由0.5提高到了2.5。l现场试验效果现场试验效果煤与瓦斯共采理论与实践1煤与瓦斯共采理论与实践1煤与瓦斯共采理论与实践1煤与瓦斯共采理论与实践1煤与瓦斯共采理论与实践1煤与瓦斯共采理论与实践1煤层回采后沿走向围岩应力变化规律煤层回采后沿走向围岩应力变化规律煤层回采后沿倾向围岩应力变化规律煤层回采后沿倾向围岩应力变化规律
5、底板卸压底板卸压区区顶板卸压顶板卸压区区底板卸压底板卸压区区应力集中应力集中区区应力集中应力集中区区应力集中应力集中区区原岩应力原岩应力区区原岩应力原岩应力区区应力集中应力集中区区增压区位于采面前方540m，卸压区位于采面后方40120m；应力恢复区300500m以远。l实验室模拟实验室模拟煤与瓦斯共采理论与实践1s051015202530354045020406080层间距(m)钻孔单孔瓦斯流量增大倍数首采层卸压开采后，下向卸压效果明显，被卸压煤层膨胀变形达79mm，煤层膨胀变形达到27.1，钻孔瓦斯抽采量达到0.442m3/min，是卸压前的40倍，抽采率达到50%。l现场试验效果现场试验
6、效果煤与瓦斯共采理论与实践1多重卸压开采被卸压煤层瓦斯压力由3.6MPa降至0.2MPa，煤 层 透 气 性 系 数 由 0.0411m2/（ MPa.d） 增 加 到23.543m2/（MPa.d），透气性增加570倍；l现场试验效果现场试验效果煤与瓦斯共采理论与实践1首采层首采层回风巷回风巷进风巷进风巷被卸压煤层被卸压煤层煤与瓦斯共采理论与实践1首采层首采层回风巷回风巷进风巷进风巷被卸压煤层被卸压煤层煤与瓦斯共采理论与实践1首采层首采层回风巷回风巷进风巷进风巷被卸压煤层被卸压煤层煤与瓦斯共采理论与实践1首采层首采层回风巷回风巷进风巷进风巷被卸压煤层被卸压煤层瓦斯瓦斯瓦斯瓦斯煤与瓦斯共采理论
7、与实践1首采层首采层回风巷回风巷进风巷进风巷卸压距离卸压距离2020150m150m被卸压煤层被卸压煤层瓦斯瓦斯瓦斯瓦斯钻孔抽采半径钻孔抽采半径500500800800米米煤与瓦斯共采理论与实践1地面钻井示意图地面钻井示意图地面瓦斯抽采效果地面瓦斯抽采效果单井年瓦斯抽采量3001100万m3，抽采半径229810m。l现场试验效果现场试验效果煤与瓦斯共采理论与实践1工工作作面面回采区段煤柱回采区段煤柱上隅角上隅角采采空空区区上区段采空区上区段采空区采空区空气流场进风进风回风回风上区段采空区上区段采空区沿空护巷工工作作面面采空区空气流场采空区采空区进风进风进风进风回回风风传统留煤柱U型通风无煤柱
8、沿空护巷Y型通风l鉴于首采保护层工作面的瓦斯只能采用风排为主的方法，随着开采深度增加和保护层瓦斯升级，面临瓦斯抽采工程量大、成本高，U型通风上隅角瓦斯难治理等问题，必须优化煤与瓦斯共采技术，确保首采保护层工作面安全开采是关键；l研究发现改变通风流场，将空气压力场能位和瓦斯场流动运移向采空区后方挪移，可以消除上隅角瓦斯的安全威胁。提出了采用Y型通风、采空区护巷、在留巷内布置钻孔连续抽采采空区卸压解吸瓦斯的新思路。（二）无煤柱沿空护巷（二）无煤柱沿空护巷Y Y型通风、煤与瓦斯共采技术型通风、煤与瓦斯共采技术三、煤与瓦斯共采关键技术成果三、煤与瓦斯共采关键技术成果煤与瓦斯共采理论与实践1l首采层采场
9、内应力场、裂隙场及瓦斯场分布和演化规律；l采空区护巷围岩控制技术；l留巷钻孔连续抽采采空区瓦斯技术。n 获得的新认识及工程技术新方法获得的新认识及工程技术新方法n 需要研究解决的关键技术需要研究解决的关键技术l首次提出了在煤层群中选择瓦斯含量低、安全可靠的薄煤层(0.41.0m)首先开采，采用Y型通风改变通风流场，形成首采保护层工作面前部采煤、后部在采空区护巷并抽采卸压解吸瓦斯的煤与瓦斯共采工程技术新方法。煤与瓦斯共采理论与实践1增压区位于首采保护层工作面前方030m，应力集中系数为23倍；采空区300500m以外为卸压稳定区；裂隙发展期为首采保护层工作面后方050m；活跃期位于50500m；
10、衰减期为500m以后且呈楔形偏向采空区发展。留巷采空侧走向裂隙发育演化竖向楔形裂隙发育区范围1 1、研究实现了、研究实现了4 4个方面的重大进展个方面的重大进展l第第一一：研研究究并并揭揭示示了了首首采采保保护护层层采采场场内内应应力力场场、裂裂隙隙场场分分布布及演化规律，为布置抽采瓦斯钻孔提供了依据及演化规律，为布置抽采瓦斯钻孔提供了依据煤与瓦斯共采理论与实践1Y型通风采空区瓦斯浓度分布规律：采空区顶板540m，首采保护层工作面开采后50m超过10%、100m超过20%、300m达到40%。进风进风进风进风回风回风首首采采工工作作面面采空区高浓采空区高浓瓦斯富集区瓦斯富集区出煤出煤沿空留巷沿
11、空留巷瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采钻孔回回风风Y型通风型通风进风巷进风巷填充墙体填充墙体首采层首采层1#1#钻孔钻孔2#2#钻孔钻孔3#3#钻孔钻孔4#4#钻孔钻孔5#5#钻孔钻孔Y型通风首采工作面平面图l第第二二：发发现现了了首首采采层层开开采采后后顶顶底底板板不不同同层层位位存存在在4个个瓦瓦斯斯富富集集区区，揭示了，揭示了Y型通风采空区顶板瓦斯浓度及瓦斯场分布规律型通风采空区顶板瓦斯浓度及瓦斯场分布规律顶板环形瓦斯富集区上向被卸压煤层解吸瓦斯富集区下向被卸压煤层解吸瓦斯富集区竖向楔形瓦斯富集区卸压瓦斯富集区Y型通风首采工作面剖面图煤与瓦斯共采理论与实践1研制出高承载性能机械化施工的巷旁充填支护技
12、术，满足了综采工作面日进10m、日产2万吨的快速开采要求；实现900m深井护巷断面810m2，长度达2900m的世界纪录，是国外的23倍，成本仅为欧洲的1/3。l第第三三：开开发发了了适适合合国国情情及及淮淮南南矿矿区区煤煤岩岩特特点点的的无无煤煤柱柱护护巷巷围围岩岩控控制制关关键键技技术术，并并获获得得2 2项项国国家家发发明明专专利利( (ZL20071002609ZL200710026096.96.9、ZL200710026095.4)ZL200710026095.4)“三位一体三位一体”围岩控制技围岩控制技术术P P1 1充填墙体充填墙体巷旁充填侧模板支架9 900m00m深度护深度护
13、巷效果巷效果煤与瓦斯共采理论与实践1l第第四四：开开发发成成功功无无煤煤柱柱(护护巷巷)Y型型通通风风留留巷巷钻钻孔孔法法抽抽采采瓦瓦斯斯关关键技术，并获得国家发明专利键技术，并获得国家发明专利(ZL200710024859.6)现场试验效果：抽采瓦斯浓度1040%，首采层采空区瓦斯抽采率70%以上，连续抽采最高达90%。13-1煤煤11-2煤煤-800m -869m表土层表土层砂岩组砂岩组泥岩组泥岩组泥岩组泥岩组砂岩组砂岩组砂岩组砂岩组砂岩组砂岩组-718m 瓦斯富集区瓦斯富集区瓦斯富集区瓦斯富集区首采层首采层首采层首采层1#1#钻孔钻孔填充墙体填充墙体首采层采空区留巷钻孔法抽采瓦斯技术首采层采空区留巷钻孔法抽采瓦斯技术煤与瓦斯共采理论与实践1
