基于裂隙场和渗流场融合判识的覆岩分区演化特征及采厚效应

摘要

明晰采空区卸压瓦斯的流动与聚集规律对保障矿井安全至关重要，本文以彬长矿区某工作面为背景，通过数值模拟探究了不同采厚对覆岩裂隙及瓦斯运移的影响，并结合现场抽采实践进行了验证.结果表明：工作面采厚与覆岩裂隙的发育程度呈正相关，随着采厚的增加，覆岩的回转空间增大，促进了裂隙的产生，表现为裂隙密度、离层量、分形维数和连通性系数的显著上升；大采厚条件下，卸压瓦斯的运移范围更广，尤其对中高层位瓦斯的运移能力影响更为显著.基于裂隙发育和瓦斯流动特征，将采动覆岩的卸压瓦斯分布划分为3个区域：低位扩散区、中位浮升区和高位平流区.通过各区域的裂隙密度、离层量、分形维数、连通性系数和瓦斯富集率的临界值，建立了裂隙场与渗流场融合的判识流程.研究结果表明：随着采厚从5 m增至15 m，瓦斯运移区域面积平均增加112.6%，其中采厚对中位浮升区和高位平流区面积的促进作用远大于低位扩散区；试验工作面定向钻孔抽采效果良好，钻场纯流量范围为0～14.43 m³/min；各层位抽采效能排序为：中层位>低层位>高层位，钻场卸压瓦斯抽采量占工作面绝对瓦斯涌出量随工作面推进呈阶梯式增长特征.该结果验证了前述区域划分方法的可行性与钻孔布置的合理性，可为优化瓦斯抽采参数提供理论指导.

关键词

覆岩 / 卸压瓦斯 / 裂隙场 / 渗流场 / 定向钻孔 / 瓦斯治理