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上保护层开采卸压范围及保护效果研究

作　者: 陈思
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: 保护层开采下被保护层应力分和规律煤层透气性系数优化算法
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

通过理论分析、数值模拟和结合现场试验的研究方法,对上保护层开采条件下下被保护煤层周围岩体的应力分布、煤层膨胀变形特征和裂隙发育、煤层透气性变化规律及煤层透气性系数的优化算法进行系统的研究,同时对煤层底板岩体受力进行分析,建立底板岩层沿煤层走向的力学模型,为了更好地定性和定量地分析底板支承力的分布特征,将模型做相应的简化,推算出底板应力分布的计算公式,总结出煤层底板岩层所受应力分布规律。在保护层开采与瓦斯抽采中煤层透气性系数是关键因素,钻孔径向流量法是求取该系数的最常用的方式,结合有关的原理与图文辨析的方式,详细研究了煤层透气性,时间以及与流量三者的联系,在此基础上进行研究,针对科研工作和现场管理的实际情况,提出了求解透气性系数的两种新算法及其计算流程,并对时间准数F0与参数AB函数关系中的间断点问题进行讨论和分析,解决了此区间内求解透气性系数相应计算公式等问题。通过现场实测得到下被保护煤层的卸压效果、膨胀变形特征与煤层透气性变化规律。7a煤层原始瓦斯压力为1.9MPa,原始瓦斯含量为8.03m3/t；8煤层回采后,7a煤层最大残余瓦斯压力为0.3MPa,其最大残余瓦斯含量为2.64m3/t。当保护层54208工作面推过钻孔40m左右的范围内,7a煤层的变形量是最大的,为18.2mm；与其对应的最大拉伸变形率为4.8%0,配合的底板岩巷网格式上向穿层抽采钻孔此时煤层钻孔抽采瓦斯纯量最大为2.9m3/min。经统计卸压区域的7a煤层瓦斯抽采率为75.6%。同时通过煤层透气性系数的优化算法计算得出卸压后7a煤透气性系数为4.1057m2/MPa·d,较原始透气性系数0.0284m2/MPa2·d,扩大了216倍。工作面走向方向对被保护层卸压角为60。；沿倾向方向下卸压角为75。,上卸边界为采空区,因此不需要测试。在8煤的保护范围内,7a煤已经消除突出危险性,为下一步的安全开采奠定了基础。现场试验结果与理论分析和数值模拟结果一致。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
1 绪论  14-20
  1.1 问题的提出  14-15
    1.1.1 课题研究的背景  14
    1.1.2 课题研究的意义  14-15
  1.2 保护层开采国内外研究现状  15-17
    1.2.1 保护层开采应用状况  15
    1.2.2 保护层开采研究现状  15-17
    1.2.3 存在的主要问题  17
  1.3 主要研究内容和技术路线  17-20
2 采场覆岩破坏理论  20-43
  2.1 概述  20-21
  2.2 保护层覆岩破坏特征及分布形态  21-26
    2.2.1 采场煤岩体应力状态分析  21-23
    2.2.2 煤层下伏岩体破裂规律及裂隙产生机理分析  23-26
  2.3 上保护层开采下伏煤岩体应力分布理论分析  26-30
    2.3.1 底板力学模型  26-27
    2.3.2 应力计算公式推导  27-30
  2.4 下被保护层透气性变化规律  30-31
    2.4.1 煤层透气性的影响因素  30
    2.4.2 被保护层透气性变化规律  30-31
  2.5 煤层透气性系数的简化和优化计算方法  31-41
    2.5.1 钻孔径向流量法及透气性系数的标准计算方法  31-35
    2.5.2 现有煤层透气性系数的优化算法  35
    2.5.3 一种新的透气性系数的精确优化算法  35-39
    2.5.4 一种新的透气性系数的较精确的简化算法  39-41
  2.6 小结  41-43
3 采场下伏煤岩体卸压变形数值模拟试验  43-56
  3.1 数值模拟目的  43
  3.2 UDEC~(2D)数值模拟软件用途  43
  3.3 模型建立  43-46
    3.3.1 模拟试验的原型地质条件  43-44
    3.3.2 模型的基本参数  44-46
  3.4 数值模拟结果分析  46-55
    3.4.1 覆岩裂隙场发育规律  46-48
    3.4.2 覆岩应力场分布规律  48-51
    3.4.3 各煤层膨胀变形特征  51-53
    3.4.4 保护层卸压范围的界定  53-55
  3.5 本章小结  55-56
4 工业现场试验研究  56-68
  4.1 试验区概况  56-57
    4.1.1 试验区地质特征  56
    4.1.2 煤层及顶底板特征  56-57
  4.2 试验区布置  57-60
    4.2.1 沿工作面回采方向的保护范围  57-58
    4.2.2 倾斜方向的卸压范围  58-59
    4.2.3 卸压范围考察  59-60
  4.3 保护层开采效果考察  60-65
    4.3.1 被保护层瓦斯压力变化  60-61
    4.3.2 被保护层膨胀变形规律  61-64
    4.3.3 被保护层透气性的变化  64-65
  4.4 瓦斯抽采效果分析  65-67
    4.4.1 瓦斯抽采方案设计  65
    4.4.2 瓦斯抽采统计分析  65-66
    4.4.3 被保护层瓦斯抽采率分析  66-67
  4.5 被保护层消除突出危险性评价  67
  4.6 小结  67-68
5 结论与展望  68-70
  5.1 结论  68-69
  5.2 展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
作者简介及读研期间主要科研成果  76

上保护层开采卸压范围及保护效果研究

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