上保护层开采条件下卸压瓦斯抽采技术研究.pdf

论文编号 学科分类号垒垒Q1 2 5密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 上保护层开采条件下卸压瓦斯抽 采技术研究 作者姓名筮超态 专业名称安全抖堂皇王程 研究方向煤与瓦斯基采理论当技本 导师姓名墓峰虿4 教授 导师单位 一 安徽理王太堂 答辩委员会主席李德成 论文答辩日期2 0 1 5 年0 6 月0 7 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 5 年0 6 月0 7 日 万方数据 洲III I II I I II II II l l l l l ll l ／l l J Y 2 7 6 8 19 9 AD i s s e r t a t i o ni nS a f e t yT e c h n o l o g ya n dE n g i n e e r i n g S t u d yo nt h eP r e s s u r e r e l i e fG a sE x t r a c t i o nT e c h n i q u eu n d e r t h eC o n d i t i o n so fP r o t e c t i v eL a y e rM i n i n g C a n d i d a t e S u p e r v i s o r X u C h a o j i e C a i F e n g S c h o o lo fE n e r g ya n dS a f e t y A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ，R R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工大 堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名复越日期型世争乡月日日 本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、使用学位论文的规定， 即研究生在校攻读学位期问论文] 二作的知识产权单位属于安徽理工大学。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名脚 导师签名 签字目期如 蛑嘲。7 日 签字日期劢，歹年∥月7 日 万方数据 摘要 摘要 论文以淮南矿业集团谢一矿保护层C 1 5 煤开采为工程实例，在上保护层开 采后对被保护层C 1 3 煤的应力场分布规律、裂隙发育特征、卸压瓦斯抽采技术 及保护层C 1 5 煤的瓦斯抽采技术进行系统的研究分析。其研究成果对促进上保 护层开采技术的推广和应用，以及实现煤与瓦斯突出矿井的安全高效生产和煤 矿的可持续发展都具有十分重要的意义。 在保护层工作面采动影响下，采场顶底板煤岩层发生不同程度的移动变形， 围岩 煤 层应力状态重新分布，透气性系数发生明显的变化。这也是保护层 开采降低被保护煤层煤与瓦斯突出危险性的原理。通过大量的理论分析、利用 计算机进行数值模拟实验、与现场实践紧密结合等研究方法综合分析，对上保 护层开采后下伏煤岩体卸压特征、移动变形规律、裂隙发育特征及煤层卸压瓦 斯抽采方法进行系统的研究。 被保护层C 1 3 煤的最大膨胀变形为3 3 ．4 m m ，其膨胀变形率为8 ．4 ‰，超过 了消除被保护层突出危险性临界值6 ．0 ‰；处于卸压区域的被保护层C 1 3 煤透 气性系数由原始0 ．0 7 1 8 m 2 ／ M P a 2 ．d 变化到2 8 ．8 0 6 3 m 2 ／ M P a 2 ．d ，增大了4 0 1 倍； 煤层瓦斯压力由初始的4 ．9 M P a 降低到O ．4 8 M P a ，卸压瓦斯抽采率达到6 8 ％，卸 压增透效果良好，C 1 5 煤作为保护层的区域性消突措施是可行的。 通过保护层C 1 5 煤层回采工作面采空区尾部瓦斯抽放、工作面回风和尾巷 风排瓦斯综合治理实践、被保护层C 1 3 煤底板巷道网格上向穿层钻孔卸压瓦斯 抽放参数的综合研究分析，表明保护层C 1 5 煤的开采和卸压瓦斯抽放技术的应 用成功的消除了被保护层C 1 3 煤的突出危险性，释放了大量的瓦斯势能，降低 了被保护层的瓦斯含量，使具有煤与瓦斯突出危险的C 1 3 煤层，成功的转变为 低瓦斯无突出危险的煤层，实现了被保护层C 1 3 煤的安全高效开采。 关键词上保护层开采；数值模拟；卸压；保护范围瓦斯抽采 万方数据 A b s t r a e t A b s t r a c t R e s e a r c h i n ga n da n a l y z i n gt h ed i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t yo fs t r e s sf i e l d ，t h ef r a c t u r e c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h et e c h n o l o g yo fg a se x t r a c t i o nw i t hp r e s s u r er e l i e fa f t e rt h e p r o t e c t i v el a y e ro nt h em i n i n ga n dt h eg a se x t r a c t i o nt e c h n o l o g yo ft h ep r o t e c t i v e l a y e ro fC 15c o a li ns y s t e mb yt a k i n gt h eu p p e rp r o t e c t i v el a y e rC15c o a lm i n i n go f X i e y ii nH u a i n a nm i n i n gg r o u pa sae n g i n e e r i n ge x a m p l e ．n l er e s e a r c hh a sag r e a t s i g n i f i c a n c et o r e a l i z et h es a f ea n de f f i c i e n tp r o d u c t i o no fc o a la n dg a so u t b u r s t m i n e s ，t h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fc o a lm i n ea n dp r o m o t et h ep r o m o t i o na n d a p p l i c a t i o no ft h et e c h n o l o g yw i Ⅱ1u p p e rp r o t e c t i v el a y e ro nt h em i n i n g ． I t i st h ep r i n c i p l eo fe l i m i n a t i n gt h eh a z a r do fc o a la n dg a so u t b u r s to ft h e p r o t e c t e dc o a ls e a mb ym i n i n gp r o t e c t i v el a y e r t h es t r a t ao ft h ef a c er o o fa n df l o o r h a sd i f f e r e n td e g r e eo fm o v e m e n ta n dd e f o r m a t i o n ，t h es t r e s ss t a t er e d i s t r i b u t i o na n d t h ep e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n tc h a n g i n go b v i o u su n d e rt h ei n f l u e n c eo ft h ec o a l m i n i n g ．R e s e a r c h i n gi ns y s t e mw i t ht h ep r e s s u r er e l i e ff e a t u r e s , t h ed e f o r m a t i o n ，t h e f r a c t u r ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h eg a se x t r a c t i o nm e t h o do ft h ep r e s s u r er e l i e fo ft h e u n d e r l y i n gc o a la n d s t r a t aa f t e rt h eu p p e rp r o t e c t i v el a y e rm i n i n gb yc o m p r e h e n s i v e a n a l y z i n gt h er e s e a r c ht e c h n i q u eo fal a r g en u m b e ro ft h e o r ya n a l y s i s ，t h en u m e r i c s i m u l a t i o nt e s tw i t hc o m p u t e r ，t h ef i e l dp r a c t i c ea n dS Of o r t h ． T h eb i g g e s te x p a n s i o nd e f o r m a t i o ni s3 3 ．4 m ma n dt h ee x p a n s i o nd e f o r m a t i o n r a t ew a s8 ．40o f t h ep r o t e c t i o nl a y e ro f C l 3c o a ls e a m a n dm o r et h a n6 ．0 ％ot h a t i st h et h r e s h o l dt oj u d g et h ep r o t e c t e do u t b u r s td a n g e r ；p e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n ti s i n c r e a s e db y4 0 1t i m e st h a ti sf r o mt h e o r i g i n a l0 ．0 7 18 m 2 ／ M P a 2 ．d 、c h a n g et o 2 8 ．8 0 6 3 m 2 ／ M P a 2 ．d ；i th a sag o o de f f e c to nt h ep r e s s u r er e l i e fa n di n c r e a s e p e r m e a b i l i t yt h a tt h ep r e s s u r eo ft h ec o a ls e a l T lr e d u c eb yt h ei n i t i a l4 ．9 M P at o 0 ．4 8 M P aa n dt h ee x t r a c t i o nr a t eo f6 8 ％． C o m p r e h e n s i v e l yr e s e a r c h i n ga n da n a l y z i n go ft h ep a r a m e t e r sb yp r o t e c t i v e l a y e rC 15c o a ls e a mm i n i n gw o r k i n gf a c et a i lg a sd r a i n a g e ，w o r k i n gf a c er e t u r na i r l a n ea n dt a i lw i n de x h a u s tg a sc o m p r e h e n s i v eg a sc o n t r o li np r a c t i c ea n dt h e p r e s s u r er e l i e fg a sd r a i n a g ew i t hm e s hu pw e a r i n gl a y e rd r i l l i n go ft h ef l o o rr o a d w a y i nC13 p r o t e c t e dl a y e r ，t h e r e s u l t ss h o wt h a t r e l e a s i n g t h e g a sp o t e n t i a l T T 万方数据 A b s t r a c t e n e r g y , r e d u c i n gt h eg a sc o n t e n ta n de l i m i n a t i n gt h ep r o t e c t e dc o a ls e a n lo u t b u r s t d a n g e rb yt h ea p p l i c a t i o no fp r o t e c t i v el a y e ro fC 15c o a lm i n i n ga n dt h et e c h n o l o g y o fp r e s s u r er e l i e fg a sd r a i n a g e ，i tm a k e sC13c o a ls e a mw i t hc o a la n dg a so u t b u r s t d a n g e rt u r n i n t ot h ec o a ls e a mw i ml o wg a sa n dn oo u t b u r s td a n g e ri n s u c c e s s f u l ．R e a l i z i n gt h es a f ea n de f f i c i e n tm i n i n go fp r o t e c t i o nl a y e rC 13c o a li nt h e e n d ． K e yw o r d s U p p e rp r o t e c t i v el a y e r so fc o a ls e a m s ；N u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；M o v e m e n t d e f o r m a t i o n ；R e l e a s e dr a n g e ；G a se x t r a c t i o n I l I 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅳ 1 ．绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 1 ．1 选题的目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．1 采场下伏煤岩体应力分布及裂隙发育研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 ．2 保护层开采及卸压瓦斯的渗流规律和抽采技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 拟订研究的主要内容、技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 1 ．3 ．1 研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 1 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 上保护层开采煤岩体卸压理论分析及裂隙分带研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．1 保护层防治煤与瓦斯突出的原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．2 采场下伏煤岩体应力分布理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 ．1 岩体的原始应力状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．2 ．2 采场下伏煤岩体卸压力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．3 应力计算公式推导⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 采场下伏煤岩体裂隙发育规律及分带研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．3 ．1 下伏煤岩体裂隙发育规律研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．3 ．2 下伏煤岩体裂隙分带研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．4 采场下伏煤岩体渗透系数及被保护层透气性系数变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．4 ．1 采场下伏煤岩体渗透系数与应力关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．4 ．2 被保护层透气性变化规律的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3 采场下伏煤岩体卸压及移动数值模拟试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 数值模拟拟解决的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2 数值模拟软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．2 ．1F L A C 的使用特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．2 ．2F L A C 的计算特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 5 3 ．2 ．3F L A C 数值模拟的理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 I V 万方数据 目录 3 ．2 ．4F L A C 的求解流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 9 3 ．3 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．3 ．1 数值模拟实验原型地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～3 0 3 ．3 ．2 模型基本参数确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ，4 数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 3 ．4 ．1 上保护层开采底板岩层应力分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．4 ．2 上保护层开采底板测点应力变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．4 ．3 淮南谢一矿下被保护层卸压变化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 ．被保护层卸压瓦斯运移模型及抽采技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．1 概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 4 ．2 煤层瓦斯赋存特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 4 ．2 ．1 煤层中瓦斯赋存状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．2 ．2 煤层中瓦斯吸附特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．3 煤岩的孔隙特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 4 4 ．3 ．1 煤岩的原生孔隙特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．3 ．2 影响煤岩体孔隙结构的因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．3 ．3 下伏煤岩体卸压孔隙变化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．4 被保护层卸压瓦斯运移数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．5 被保护层卸压瓦斯抽采技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．5 ．1 开采保护层卸压增透作用规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．5 ．2 被保护层卸压瓦斯抽采作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．5 ．3 下被保护层卸压瓦斯抽采方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 5 ．谢一煤矿上保护层开采及瓦斯抽采试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．1 井田概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 4 5 ．2 矿井地质构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 5 ．2 ．1 区域地质构造基本特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．2 ．2 构造分布状况及展布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．3 煤层瓦斯赋存状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．4 谢一煤矿实验区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 5 ．4 ．1 首采保护层工作面开采范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 V 万方数据 目录 5 ．4 ．2 被保护层开采范围的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．4 ．3 瓦斯基础参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．5 保护层开采瓦斯综合防治技术方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．5 ．1 风排瓦斯治理方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．5 ．2 尾排及尾抽瓦斯治理方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．5 ．3C 1 5 顶板高位巷瓦斯抽放方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．5 ．4C 1 3 煤层底板巷道穿层钻孔瓦斯抽放方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．5 ．5 系统瓦斯抽排能力设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．6 保护效果考察方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．6 ．1 考察内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．6 ．2 考察方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．7 保护层开采及卸压瓦斯抽放效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．7 ．1C 1 3 煤层卸压效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 5 5 ．7 ．2 保护层工作面初采阶段瓦斯抽排情况分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 5 ．7 ．3 保护层工作面开采中期瓦斯抽排效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 5 ．7 ．4 被保护层工作面瓦斯抽排率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 5 ．7 ．5 被保护层工作面己无煤与瓦斯突出危险性论证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 6 结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 万方数据 C o n t e n t s C o n t e n t s A b s t r a c t ．⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．．．⋯⋯．．．⋯．．⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯．．⋯．⋯．．⋯．．】[ C o n t e n t s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I V 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 P u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f t o p i cs e l e c t i o n ⋯．．．⋯．⋯．．⋯⋯．．．⋯．⋯．．⋯⋯．．．⋯⋯．．．⋯⋯．．．1 1 ．2P r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fh o m ea n da b r o a dp r e s e n tr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 S i t u a t i o no fs t r e s sd i s t r i b u t i o na n df r a c t u r ed e v e l o p m e n ti n s t o p eu n d e r l y i n gc o a l r o c km a s s ⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 ．2P r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fs e e p a g ef l o wi np r o t e c t i v ec o a l s e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 l - 3M a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．3 ．1M a i nr e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．；．2T e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2T h e o r e t i c a la n a l y s i so fp r e s s u r er e l i e fa n ds t u d yo nf r a c t u r ez o n a t i o ni nu p p e r p r o t e c t i v el a y e r ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 2 ．1 P r i n c i p l eo fp r e v e n t i o na n dc u r eo fc o a la n dg a so u t b u r s tw i t hp r o t e c t i v e l a y e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．2T h e o r e t i c a la n a l y s i so fs t r e s sd i s t r i b u t i o ni ns t o p eu n d e r l y i n gc o a l - r o c k m a s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 2 ．2 ．1 O r i g i n a ls t r e s ss t a t eo f r o c km a s s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2 2 ．2 ．2T h e o r e t i c a la n a l y s i so fp r e s s u r er e l i e fi nu n d e r l y i n gc o a l - r o c k m a s so f p r o t e c t i v el a y e r ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2 ．2 ．3S t r e s sc a l c u l a f i o nf o r m u l a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3L a wa n dz o n a t i o no ff r a c t u r ed e v e l o p m e n ti ns t o p eu n d e r l y i n gc o a l r o c k m a s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 { ； 2 ．3 ．1L a wo ff r a c t u r ed e v e l o p m e n ti nu n d e r l y i n gc o a l r o c km a s s ．．．．．．．．．18 2 ．3 ．2Z o n a t i o no f f r a c t u r ei nu n d e r l y i n gc o a l - r o c km a s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．4V a r i a t i o no fp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n to fs t o p eu n d e r l y i n gc o a l r o c km a s s a n dl o w e rp r o t e c t e dl a y e r ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 0 2 ．4 ．1 R e l a t i o n s h i po fp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n ta n ds t r e s so fs t o p e u n d e r l y i n gc o a l - r o c km a s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 2 ．4 ．2Z o n a t i o no ff r a c t u r ei nf l o o r ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21 V I I 万方数据 C o n t e n t s 2 ．5 C h a p t e r c o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs t o p eu n d e r l y i n gc o a l - r o c km a s sp r e s s u r er e l i e fa n d m o v e m e n t ⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 3 3 ．1S o l v ep r o b l e mo f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2I n t r o d u c t i o no fs i m u l a t i o ns o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 4 3 ．2 ．1U s ef e a t u r eo f F L A C ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 ．2 C o m p u t a t i o n a lf e a t u r e so f F L A C ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 ．3T h e o r e t i c a lb a s i so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o nw i t hF L A C ⋯⋯⋯⋯一2 5 3 ．2 ．4 S o l v i n gp r o c e d u r eo f F L A C ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 9 3 ．3M o d e le s t a b l i s h m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 - 3 ．1 P r o t o t y p eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o nt e s t ⋯一3 0 3 ．3 ．2M e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f m o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．4R e s u l t sa n a l y s i so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1 3 ．4 ．1S t r e s sd i s t r i b u t i o nd i a g r a mo fu n d e r l y i n gc o a l - r o c km a s si nt h e u p p e rp r o t e c t i v el a y e rm i l l i n gp r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 3 ．4 ．2S t r e s sv a r i a t i o nr e g u l a t i o no fu n d e r l y