深部近距离上保护层底板裂隙演化及卸压瓦斯抽采时效性

为解决深部近距离上保护层开采被保护层大量卸压瓦斯通过底板裂隙涌向首层采煤工作面极易造成瓦斯超限的问题,以平顶山天安煤业股份有限公司五矿为研究背景,采用理论分析、实验室实验、现场考察以及离散元数值模拟的手段,研究了深部近距离上保护层开采底板煤岩层裂隙瓦斯通道演化规律及下被保护层卸压瓦斯抽采时效性。研究表明:回采方向上底板煤岩层可分为原始应力区、卸压增透区和重新压实区,卸压增透区内煤体膨胀变形量大渗透率高,卸压瓦斯解吸扩散,底板采动裂隙使被保护层与采煤工作面贯通形成裂隙瓦斯通道。时间尺度上,卸压增透区的形成与上保护层回采到基本顶来压垮落时间段相对应,采动裂隙瓦斯通道伴随基本顶的破断垮落逐渐重新压实消失,卸压增透区范围在基本顶初次垮落前达最大值,回采推进期间与基本顶来压步距正相关。重新压实区域内煤岩层经历应力加载、卸荷、重新加载后可能出现损伤破坏,卸压瓦斯大量解吸引起煤体收缩变形,部分煤岩体受力比其原始应力更大出现压缩变形。卸压增透区是卸压瓦斯产生及运移的主要空间,也是进行卸压瓦斯拦截及抽采的高效区,瓦斯抽采工程需考虑采动裂隙演化的空间和时间效应。

近距离上保护层开采下伏煤(岩)裂隙时空演化过程分析

为研究近距离上保护层开采下伏煤(岩)的裂隙时空演化特征,以平煤五矿为例(保护层与被保护层平均层间距为8 m),利用3DEC软件模拟不同开采距离下伏煤(岩)裂隙发育及分布特征,统计被保护层穿层斜交卸压瓦斯钻孔的抽采数据并对保护层开采效果进行验证。结果表明,随着保护层工作面的不断推进,底板岩层内裂隙逐步发育并向深部延伸;从回采8 m开始,被保护层己16-17煤层已出现裂隙发育,当回采18 m时,己16-17煤层内横向裂隙和垂向裂隙发育明显;然而,当回采24 m时,由于采空区上覆岩体的垮落压实作用,底板岩层内的裂隙将发生闭合现象。沿着水平方向,底板岩层裂隙依次可以分为原始状态区、高强度卸压增透区和重新压实区。随着卸压效果越来越明显,被保护层月瓦斯抽采量由2014年6月至11月逐渐增大,最大值达到每月174 400 m3;之后,由于被保护层裂隙闭合,每月瓦斯抽采量开始降低,并逐渐稳定在每月50 000 m3左右。

近距离上保护层工作面瓦斯涌出治理实践

为实现近距离上保护层5121(5)工作面安全高效回采,基于其薄煤层地应力主导型突出危险的特点,分析了工作面本煤层及邻近层瓦斯涌出情况,设计了5121(5)工作面沿空留巷Y型下行通风方式,研究了该条件下近距离上保护层工作面回采瓦斯运移规律,提出了顶(底)板穿层钻孔抽采、地面钻孔抽采、尾抽巷抽采等多种瓦斯抽采方式,考察了5121(5)工作面回采瓦斯抽排效果及瓦斯涌出积聚状况。结果表明:保护层工作面回采过程瓦斯体积分数低于0.6%,被保护层卸压瓦斯预抽率达70.1%,针对薄煤层地应力主导型突出危险采煤工作面应用下行通风技术是可行的,结合合理的卸压瓦斯抽排方法能够满足近距离上保护层工作面回采要求。

近距离上保护层开采瓦斯治理技术

在平煤天安五矿对近距离保护层开采进行了探索性实践,结果表明,在近距离保护层巷道掘进期间,采用浅孔抽放、邻近层抽放和底板抽放相结合的立体瓦斯抽放方法,实现了近距离保护层的安全快速掘进;在回采期间,采用U型通风,且采用2趟上隅角抽放,一台抽出式风机抽放,并在采煤工作面实施了浅孔瓦斯抽放且瓦斯浓度频频超限的情况下,将通风系统改为"两进一回"的Y+L型通风方式,使平均日产量由原来的800t提高到1700t,彻底解决了近距离保护层回采期间的瓦斯超限问题。

缓倾斜近距离上保护层开采被保护层应力位移采动影响研究

针对资江煤矿近距离煤层群赋存状况，基于近距离上保护层开采的采动影响，运用数值模拟的方法研究了近距离上保护层开采后被保护层应力和位移变化特征。结果表明：底板煤岩层应力沿深度方向呈“V”形分布，被保护层被保护区域内顶底板位移呈“拱形”分布；当埋深420 m、采长78 m的工作面开采时，被保护层被保护区域内顶板位移为15—57 mm，底板位移为12—47mm。

近距离上保护层底板岩层钻孔瓦斯抽采技术

针对近距离上保护层工作面开采期间瓦斯涌出量大的问题，通过分析近距离上保护层底板煤岩层采动效应与被保护层瓦斯越流规律，提出近距离上保护层底板岩层钻孔瓦斯抽采技术。在资江煤矿3527保护层工作面进行了现场试验，结果表明：底板岩层钻孔最大瓦斯抽采体积分数50％，瓦斯抽采纯量0．81～2．03rn。／rain，平均1．47m。／rain，并确定了底板岩层钻孔的有效抽采范围，该方法实现了保护层工作面的瓦斯防治。

近距离上保护层开采下伏被保护层卸压效应研究

使用ZKBY-Ⅱ型顶板离层仪对戊9-10煤层的变形膨胀进行观测,对近距离上保护层回采时下伏被保护层应力分布和膨胀变形规律进行了研究。结果表明,近距离上保护层开采后,在采空区下方的一定范围内被保护层产生卸压膨胀变形,煤体弹性潜能得以释放,透气性增大,消除或减小了被保护层煤与瓦斯突出危险性,研究取得了显著的经济技术效益。

近距离上保护层工作面上隅角瓦斯超限原因分析

近距离保护层开采时,保护层工作面上隅角瓦斯超限是瓦斯治理的难点。为有效治理近距离保护层工作面上隅角瓦斯超限,本文以平煤四矿己15-23130保护层回采工作面为例,研究了近距离上保护层工作面回采下伏煤岩层裂隙发育及分布规律,分析了保护层工作面上隅角瓦斯超限原因,以便更加有效的制定回采瓦斯治理措施。研究结果表明:己16-17煤层位于己15煤层的底臌断裂带内,己16-17煤层内瓦斯得到充分的解吸释放,涌入保护层工作面,造成保护层工作面上隅角瓦斯超限。

近距离上保护层开采卸压保护效果研究

为了研究近距离上保护层开采对被保护层的卸压保护效果,对被保护层的残存瓦斯参数、煤层透气性系数等指标进行测定。结果表明,保护层开采后被保护层的残存瓦斯压力和瓦斯含量都远低于原始数值,工作面突出危险性指标都小于临界值。

谢一矿5121（5）保护层工作面瓦斯涌出治理实践

通过谢一矿5121（5）工作面突出危险性小的C15煤层作为下伏C13严重突出危险煤层保护层开采实践，在研究保护层采煤工作面区域性“四位一体”综合防突集成技术体系基础上，针对薄煤层地应力主导型突出危险采煤工作面创造性地应用沿空膏体快速充填留巷的Y型下行通风技术，对中近距离上保护层工作面瓦斯涌出治理集成技术进行了全面、系统的研究，试验并考察多种瓦斯抽采方式及效果，实现了沿空留巷“一巷多用”目的，取得了一些实用性成果，为矿井区域性瓦斯治理提供了技术依据与支撑，对淮南矿区及其类似条件矿井提供了示范作用。