倾斜厚煤层开采卸压瓦斯运储区能量耗散结构时变机理研究

摘要

为了确定倾斜厚煤层开采过程中覆岩能量耗散结构影响下的卸压瓦斯运储区产生和演化规律，针对新疆昌吉市菏泽腾达矿业B5#煤层主采工作面，采用理论研究和物理相似模拟试验探究覆岩裂隙时变规律，明确卸压瓦斯运储区区域范围，定义卸压瓦斯运储区覆岩中的能量耗散结构，确定能量耗散结构种类、形成判据及演化规律，揭示倾斜厚煤层开采卸压瓦斯运储区能量耗散结构时变机理.结果表明：采动过程中上覆岩层破断裂隙密度突变点5.5条/m和贯通度突变点0.57可将裂隙场划分为瓦斯储集区、瓦斯运移区和压实区；依据能量积聚形式将覆岩能量耗散结构分为点能量耗散结构和线能量耗散结构，能量耗散结构形态呈现出“半月”状，能量耗散结构失稳破坏能量判据计算值和现场微震监测测量值误差小于9.58%;现场将钻孔终孔布置在瓦斯运储区中，平均单孔瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采体积分数相较于调控前提升1.56倍和1.96倍，上隅角、工作面和回风巷的平均瓦斯体积分数降低至0.31%,0.12%和0.22%,瓦斯抽采效果良好.研究结果进一步为倾斜厚煤层卸压瓦斯高效抽采提供一定的理论指导.

关键词

倾斜厚煤层 / 能量耗散结构 / 卸压瓦斯运储区 / “半月”状 / 时变机理

基金资助

国家重点研发计划专项项目(2023YFC3009004); 国家自然科学基金面上项目(52174205); 新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室开放课题项目(KLXGY-KA2404)