倾斜巨厚煤层开采卸压瓦斯运储区“类冷却塔”形成机理及分域抽采

摘要

为探究倾斜巨厚煤层综放开采条件下覆岩裂隙场的分布特征和卸压瓦斯储运规律，同时研究瓦斯抽采方法的优选机制，以新疆某高瓦斯矿井为研究对象，开展了大型二维物理相似模拟试验.分析了采场覆岩的运动形态，得到了覆岩应力演化特征，计算了覆岩位移、角度和概率熵变特征，阐明了卸压瓦斯运储区“类冷却塔”形成机理，推演了瓦斯运储区发育形态，构建了瓦斯运储区数学理论控制模型，并以此提出卸压瓦斯分域抽采技术.研究结果表明：倾斜巨厚煤层综放开采条件下，卸压瓦斯运储区呈现“类冷却塔”分布特征，运储区煤壁侧前方的最大应力变化值为37 MPa,应力集中系数为7.60.覆岩碎胀系数呈“两翼高-中部低”的非对称分布特征，碎胀系数由1.19升高到1.61.此外采用PCAS图像分析软件得到空隙和裂隙的分布规律、空间关系，开切眼侧的裂隙结构发育程度明显比工作面侧的更为完全，并定义了分形维数1.28和裂隙长度15 mm为卸压瓦斯运储区的判定参数指标.考虑瓦斯在采空区的运移、扩散及储集形态，建立倾斜巨厚煤层卸压瓦斯运储区数学理论控制模型，并给出了卸压瓦斯运储区的各边界计算公式.指导设计高位定向长钻孔的布置参数，取得了良好的抽采效果.研究结果在新疆硫磺沟矿区得到初步应用，为倾斜巨厚煤层综放开采瓦斯高效抽采提供了理论参考，保障了类似条件下矿井安全高效的回采.

关键词

倾斜巨厚煤层 / 采动裂隙 / 瓦斯运储区 / “类冷却塔”模型 / 分域抽采