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下保护层开采覆岩结构演化及卸压瓦斯抽放技术研究

作　者: 魏磊
导　师: 石必明
学　校: 安徽理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 保护层开采 覆岩结构 卸压瓦斯 透气性系数 抽放
分类号: TD712.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 490次
引　用: 7次
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内容摘要


根据保护层理论、瓦斯赋存与流动理论,结合砌体梁、关键层理论以及煤与瓦斯突出理论等对下保护层开采覆岩结构演化进行力学性质分析,同时,运用数值模拟和相似材料模拟技术,对覆岩采动结构应力和应变进行分析;对保护层开采卸压瓦斯运移规律进行研究。结合淮南煤矿下保护层开采的具体实践,建立瓦斯抽放系统,优化瓦斯抽放参数,减少被保护层瓦斯含量,降低瓦斯压力,提高瓦斯抽放率,实现消除被保护层瓦斯突出的目的;现场实践表明:通过保护层(B10煤)开采,利用被保护层(B11b煤)底板抽放巷道打上向式穿层网格式钻孔,并开掘瓦斯专用抽放巷道对被保护层进行卸压瓦斯抽放,成功地消除了被保护层的煤与瓦斯突出危险,降低了煤层瓦斯含量,减少了工作面开采过程中瓦斯涌出,使B11 b煤层达到了综采放顶煤开采技术条件,实现了该主采煤层安全快速掘进和高效回采。将下保护层开采覆岩结构演化与卸压瓦斯抽放进行综合研究,为实现煤矿采抽一体化和绿色开采研究提供参考。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-15
1 绪论  15-23
  1.1 背景  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-20
    1.2.1 保护层开采应用现状  16
    1.2.2 保护层开采机理研究  16-19
    1.2.3 卸压瓦斯抽放技术  19-20
  1.3 存在的问题  20
  1.4 论文研究的主要内容  20-21
  1.5 研究方法及技术路线  21
  1.6 论文研究的意义  21-23
2 覆岩采动结构演化规律  23-33
  2.1 覆岩采动结构演化规律的研究理论  23-25
    2.1.1 掩护拱理论  23
    2.1.2 掩护梁理论  23
    2.1.3 薄岩板理论  23-24
    2.1.4 关键层理论  24-25
  2.2 覆岩结构的形成与演化规律  25-31
    2.2.1 覆岩结构的形成与演化时间过程  26-27
    2.2.2 覆岩采动结构演化失稳条件  27-28
    2.2.3 覆岩关键层破断演化规律  28-29
    2.2.4 覆岩采动离层演化规律  29-30
    2.2.5 三带高度计算  30-31
  2.3 本章小结  31-33
3 采动卸压瓦斯运移规律  33-46
  3.1 煤层瓦斯赋存状态  33
  3.2 瓦斯在煤层中的流动规律  33-36
    3.2.1 瓦斯渗透运动与达西定律  33-34
    3.2.2 菲克定律与煤层瓦斯扩散理论  34-35
    3.2.3 瓦斯扩散—渗透理论  35-36
  3.3 煤层卸压瓦斯流动规律  36-41
    3.3.1 卸压瓦斯流动理论  36-37
    3.3.2 卸压瓦斯流动方程的建立  37-41
  3.4 瓦斯在煤层中流动的基本参数  41-44
    3.4.1 煤层瓦斯含量的计算  41-42
    3.4.2 煤层瓦斯压力  42
    3.4.3 煤层透气系数  42-43
    3.4.4 煤层透气性系数测定  43-44
  3.5 本章小结  44-46
4 覆岩结构演化规律数值模拟  46-64
  4.1 数值模拟方法  46-47
  4.2 数值模型的建立  47-50
    4.2.1 矿井及实验区概况  47
    4.2.2 保护层顶、底板状况  47-48
    4.2.3 模型设计原则  48-50
    4.2.4 几何模型的设计  50
    4.2.5 网格的划分及网格离散化  50
  4.3 煤岩物理参数的选取  50-53
    4.3.1 煤岩体物理参数的选取  50-51
    4.3.2 节理材料参数的选取  51-52
    4.3.3 模型初始条件与边界条件  52-53
  4.4 计算结果分析  53-63
    4.4.1 覆岩结构演化网格分析  53-55
    4.4.2 覆岩垂直应力数值模拟  55-56
    4.4.3 覆岩垂直位移数值模拟  56-57
    4.4.4 覆岩垂直应力分析  57-60
    4.4.5 覆岩垂直应变分析  60-63
  4.5 本章小结  63-64
5 下保护层开采覆岩结构演化相似材料模拟  64-79
  5.1 相似材料模拟试验方案  64-68
    5.1.1 相似原理  64-65
    5.1.2 原型条件  65
    5.1.3 相似条件  65-66
    5.1.4 相似材料及相似配比  66
    5.1.5 相似模型设计  66-68
  5.2 测试方案  68
    5.2.1 测试的主要内容  68
    5.2.2 测试方法及测点布置  68
  5.3 实验过程  68-70
  5.4 推进过程中覆岩垮落过程及特征分析  70-72
  5.5 采场推进过程中上覆岩移动变形数据分析  72-74
  5.6 覆岩及煤体应力分析  74-77
  5.7 本章小结  77-79
6 卸压瓦斯抽放工程应用实践  79-93
  6.1 试验矿井条件及工作面概况  79-82
    6.1.1 矿井瓦斯及突出情况  79
    6.1.2 保护层开采情况  79-81
    6.1.3 保护层开采对被保护层瓦斯作用分析  81-82
  6.2 卸压瓦斯抽放方案  82-84
    6.2.1 瓦斯抽放的必要性  82
    6.2.2 卸压瓦斯抽采方法  82-84
  6.3 瓦斯抽放及消突效果考察  84-92
    6.3.1 52110工作面瓦斯涌出情况考察  84-86
    6.3.2 B11煤层瓦斯压力变化  86-89
    6.3.3 被保护层保护范围考察  89-91
    6.3.4 煤层瓦斯抽排率的确定  91-92
  6.4 本章小结  92-93
7 论文主要研究结论  93-95
参考文献  95-98
致谢  98-99
附录  99
  作者简介及读研期间主要科研成果  99

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿井瓦斯 > 瓦斯抽放
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