上解放层开采对下煤层卸压作用研究

依据济宁三号煤矿十二采区工作面地质条件及开采参数,对上解放层工作面开采过程进行实验室相似模拟,结合现场实测结果分析上解放层开采对下煤层的卸压作用。研究结果表明:开采解放层后下方煤岩层发生膨胀变形,破坏其完整性,释放了大量弹性能,被解放层煤层应力得到释放,最大应力释放率19.2%,起到了良好卸压效果;通过实测结果计算可得工作面走向卸压角为77°,倾向卸压角为79°。

煤层群保护层卸压强化抽采应力—渗流规律研究

为研究煤层群保护层开采及瓦斯抽采影响下的煤层瓦斯运移规律,构建了开采扰动影响下的煤体、岩体渗透率模型,并通过试验进行验证。结合张集煤矿地质条件,运用多物理场耦合模拟软件COMSOL,模拟得到煤层群保护层开采期间采场的卸压增透规律、瓦斯运移规律,以及钻孔不同抽采时间的采场瓦斯含量变化。研究结果表明,8煤作为保护层开采,随着工作面的推进,被保护层卸压范围和卸压程度逐渐增大,4煤层、6煤层最大应力卸压程度分别为27.8%、42.6%,对于6煤层的卸压效果最好;随着工作面推进,采区的瓦斯渗流场范围和渗流速度均增大,瓦斯向8煤层采空区方向涌出;通过保护层开采卸压结合穿层钻孔抽采,提高了瓦斯抽采效率,降低了煤层瓦斯含量,有效降低了煤与瓦斯突出危险性。

千米深井煤层水力压裂作用下裂隙应力场演化规律的数值模拟研究

为了掌握千米深井煤层水力压裂作用下煤体内部裂隙应力场演化规律,更科学地开展超千米矿井煤层水力压裂增透瓦斯综合治理工作,以平煤股份一矿超千米埋深的戊8-31240工作面为建模背景,采用RFPA-2D数值模拟软件,建立了煤体内部裂隙发育—应力场扰动数值模型,模拟得到了水力压裂作用下深部煤体内部裂隙应力场演化过程。研究结果表明,深部煤体内部在水力压裂作用下,首先由水流浸润煤体,微裂隙在压裂孔四周区域萌生,在孔左上、右上两侧区域形成“V”形主级宏观裂隙呈扇形继续扩展发育,然后在孔左下、右下两侧区域微裂隙贯通形成“Λ”形次级宏观裂隙,最后孔两侧主、次级宏观裂隙贯通,呈现“X”形裂隙扩展主导压裂,并产生更多微裂隙,使深部煤体受水力压裂的影响范围不断扩大;深部煤体水力压裂开始阶段,内部破坏向压裂孔四周随机发生,随着压裂压力升高,煤体破坏开始向压裂孔上下区域延伸,但远小于向压裂孔两侧破坏速度,煤体破坏更多集中在煤层上部,表明水力压裂将会对煤层顶板造成较大冲击;深部煤体受水力压裂作用,条带状剪应力、块状拉应力主要集中在裂隙的尖端附近区域,剪应力从13.5 MPa卸压到1.1 MPa,卸压降幅91%,而拉应力从11.0 MPa卸压到2.2 MPa,卸压降幅80.0%,其拉应力卸压效果要小于剪应力的卸压效果,随着压裂的裂隙向煤体深部延伸转移,最终在单个压裂孔前后25 m范围区域形成剪—拉双重作用卸压区,使地应力得到释放,大大提高了深部煤体的透气性。数值模拟研究可为千米矿井深部煤层水力压裂技术工艺参数优化实施提供一定参考。

五阳煤矿水力造穴周边钻孔应力变化试验研究

五阳煤矿属于高瓦斯矿井,主采3^#煤层为较难抽采煤层,通过多次试验并考虑到塌孔因素,决定在7612掘进工作面应用水力造穴增透技术。通过对比分析水力造穴技术应用前后瓦斯抽采量和周边钻孔应力变化,研究水力造穴对周边煤体的卸压作用。结果表明:在水力造穴钻孔周边1.0~2.5 m处均有较为明显的卸压作用,2.5~3.5 m范围内卸压持续时间、卸压速率、卸压幅度均有所降低,而在>3.5 m的范围卸压作用则十分微弱。

近距离煤层采动裂隙场BBM-DEM模拟研究

为了深入理解采动裂隙的演化规律及保护层开采在近距离煤层中的卸压作用,以BBM-DEM模拟方法为研究手段,以沙曲煤矿2号煤保护层的开采过程中采动裂隙的演化特征为研究对象,进行了建模及初步的数值模拟分析。研究结果表明:保护层开采后BBM四面体块体接触面发生了以拉破坏为主的破坏模式,真实反映了工作面推进过程中上覆岩层的运动规律,并根据接触面的破坏机理,得到围岩裂隙的分布及发育程度;围岩位移场在竖直方向上呈现由下至上减少的趋势;BBM块体在保护层卸压作用下能更加有效地呈现出岩层断裂和动态失稳的过程,并且垂直应力在采空区压实区具有非均匀分布特征。该模拟方法具有精细化模拟的潜力,其模拟结果能加深对煤层开采造成的应力场和裂隙场的理解,对现场实践提供一定参考作用。