确定气体的布局参数排水巷道:一项研究的硅镁层中国煤矿

文摘

来确定气体的布局参数排水巷道工作面(东德)服务,断裂带的分析计算方法和模型试验采用,开采引起的上覆岩层裂隙和断裂带的高度进行了分析。研究断裂带的分布的分析计算方法,多种因素影响地层的失效模式和断裂带被认为的高度。硅镁层我的# 1207工作面为工程背景,和民主的布局参数通过分析断裂带的高度。结合模型实验中,通过分析计算结果和规模GDR的建议高度10.7 - -32.8米距离煤层屋顶,和德意志民主共和国在水平投影距离的气道0-35米的范围内。通过监测不同高度的瓦斯抽放效果离1207年#煤层顶板工作面不同水平距离# 1211工作面通风巷道,结果表明,最优高度是17.5 -22远离煤炭屋顶,米17 - 21和最优水平距离区间远离气道的民主共和国。东德的瓦斯抽放效果表明,该参数是科学的,合理的。

1。介绍

在中国许多矿山的生产条件非常复杂,和各种重大生产事故发生1,2]。天然气是一个最大的灾难因素导致生产事故(3,4]。瓦斯抽放技术,解除了甲烷气体灾害是一种有效和可靠的方法治疗高气体工作面(5- - - - - -10]。目前,天然气排水巷道(东德)是广泛应用于瓦斯抽放方法,可有效解决瓦斯超限问题,充分利用提取的气体。东德的布局参数直接影响瓦斯抽放效果(11]。当东德的层太高,高气体工作面临的问题不能解决。当层太低时,容易受到煤层开采和不利于民主共和国的稳定。

一些研究人员(12- - - - - -14]认为瓦斯抽放应该首先应用于变换高气体含量煤层为低瓦斯含量煤层煤炭开采的安全性和有效性,不同煤岩发生条件的影响在三个地区进行了分析,和高度的计算方法得到的三个区域(15]。数值模拟模式建成,和瓦斯赋存的特点在采空区上方的三个地区16,17]。王等人,程et al。18,19)详细讨论了排水巷道的布置并提出了天然气开采方法改善first-mined和相邻煤层的渗透性和构建一个天然气隧道。陆等人和李et al。20.,21)坚持提取系统应安排在岩层采动裂隙椭圆抛物面的区,和研究结果成功地应用于不同的矿山。元等。22)给东德的合理参数在淮南的一些矿山。目前,多数学者分析了民主的布局基于断裂带的分布。一方面,他们分析了围岩的破裂带方面的数值和物理模拟。另一方面,分析计算进行了用经验公式获得断裂带的高度。

在一般情况下,断裂带的计算相关使用经验公式只是煤层的开采高度和松动系数(23]。工作面开采过程中,上覆岩层的破裂带的高度还与矿业有关范围、关键层和煤层之间的距离,和关键层运动的特点,证明了现场监测(24- - - - - -26]。然而,有小的分析计算和航空实验断裂带的高度考虑多个影响因素,这使得它很难确定东德的布局参数。呼吸裂缝领域位于鞍形状轮廓,并在破裂带的范围,其分布如图1。煤气排水巷道位于断裂带工作面回风巷道一侧,这是有利于提高瓦斯抽放效果。

,瓦斯抽放的瓦斯抽放效果和稳定道路应该被考虑。因此,它是必要的计算范围的断裂带和确定瓦斯抽放道路的布局参数考虑多个影响因素的分析计算方法断裂带和规模模型实验。在工作,分析计算和大规模建模实验采用确定东德的布局参数。随后,东德的位置参数进行优化基于测量数据的硅镁层我的。

2。工程背景的情况

# 3煤层原始瓦斯含量的硅镁层我是6.31米³/t,解吸气体体积是4.55米³/t。马克斯绝对气体排放在生产过程中是33.71米³/分钟。由于矿井风量,限制气体排放严重影响正常生产。因此,有必要进行瓦斯抽放。东德可用于工作面控制气体的第一次。然而,如何合理设计的参数民主已成为一个关键问题。煤厚度6.3米,倾斜的长度是199.5米,推进在# 1207工作面长度是118.5米。瓦斯抽放是主要是通过在工作面开采,在断裂带。服务摄入巷道工作面位于东部,和少女场位于北部和西部。东德是安排在# 1207工作面第一次和工作面分布如图2。

为了解决上述问题,民主德国的布局参数的分析计算方法研究了断裂带和规模模型实验。分析计算方法中的多个影响因素被认为是包括采矿范围、关键层之间的距离和煤层,关键层的运动。与此同时,分析了工程应用优化东德的布局参数。

3所示。分析计算

分区的上覆岩层断裂带不仅与煤层的开采高度相关,但也受多种因素影响,如在工作面开采范围,岩层的强度,关键层的运动,追随者层。王等人。27)提出了一种新的计算方法的高度断裂带通过考虑水的高度流动的多因素作用下的破裂带。认为采空区的方法不能完全充满了松散,裂隙岩体和关键层和运动特征的岩石主要影响断裂带。随着煤层开采范围增加,关键层的断裂发生在悬挂的步骤达到极限值。关键层断裂后,通过分析是否可以形成一个铰链结构来判断,上覆地层坍塌区或断裂带。如果岩层形成一个铰链结构,上覆地层断裂带。如果岩层不能形成一个铰链结构,上覆地层是屈服区。关键层及其上覆地层沉陷区可以被认为是曲线,当关键层不受煤炭开采的影响,或骨折没有出现在工作面内。基于上述新的分区破裂带的方法,断裂带的高度在硅镁层我# 1207工作面计算提供支持民主的布局参数。

详细的计算过程如下:第一步:根据关键层的识别方法28),有五个工作面覆岩中硬地层,其中有三个关键层。第一亚关键层泥岩层,它是10 m远离煤炭屋顶。第二亚关键层粉砂岩层,39.3米远离煤炭屋顶。主关键层细砂岩层,54.9米的距离煤炭屋顶。第二步:基于煤层厚度的参数(米),直接顶厚度(h₁)和残余岩石膨胀率( )符合下列方程,人们认为,立即就可以形成屋顶下面的空化: 在哪里C是经济复苏比,它的值是0.97。与此同时,的价值米是6.3米,的价值h₁2.5米,的价值是1.30。第三步:方程(2)用于判断上关键层的断裂。如果矿业参数满足以下方程,骨折发生: 在哪里一个的长度是工作面;是关键层之间的总厚度和工作面;是上覆地层的断裂角;h₂是关键层的厚度;R_t是关键层的抗拉强度;和问是关键层的负载。的计算结果和表中列出1。从表可以看出1的值都是更大的比三个关键层,这表明三个关键层会影响采矿过程中,和三个关键层断裂的发生。第四步:进一步确定岩石屈服区或断裂带扰乱后,应用“三铰拱”的原则(29日]。

断层岩的条件没有滑块和不稳定 在哪里岩石的摩擦角,°;l裂缝长度,m。

断层岩的条件提出了不变形和不稳定 在哪里咬合的区域的挤压应力,kPa;岩石的抗压强度,kPa;k是比例系数,其值是0.29基于经验(30.];β是允许沉降的角度,它是由空泡的大小和裂缝长度l(29日]。我可以获得的

显示在表2和3,只有第一个亚关键层不能满足方程(3)和(4)在同一时间。

总结,煤层开采厚度6.3米,还有关键层以上煤炭。第一亚关键层断裂在采矿过程中,然后不稳定。第一个亚关键层及其以下地层属于屈服区,和屈服区17米的高度。第二亚关键层和主关键层也骨折在煤矿,但他们可以形成铰链结构。因为初级复苏的厚度较小,主关键层下的地层厚度较大,目标可以完全由裂缝岩石。因此,主关键层及其以上岩层沉降区被确定为曲线,和断裂带的高度是44.2米。

根据上面的分析计算结果,民主是最好安排在10.7到54.9米的高度范围从煤层顶板优化瓦斯抽放效果。断裂带的分布如图3。

4所示。规模模拟实验

为了验证上述理论的理性分析和研究民主德国的布局参数在工作面,我们以硅镁层我的# 1207工作面为原型进行模拟实验。

煤层的实际高度及其上面的岩层是380米。开挖前的比例模型图所示4。模型的长度是2400毫米,高度为1200毫米。为了消除边界效应,开挖面积是1800毫米在中间,两边留下300毫米的边界。

随着工作面推进的,TDS303数据收集器用于收集工作面临的压力数据的垂直位移数据模型的上部。与此同时,电子经纬仪是用来观察测量的角度变化点。断裂角在矿业方面和open-off削减方面分析了工作面时先进到60厘米,90厘米,120厘米,150厘米,180厘米,分别。断裂角的统计结果如表所示4。

如表所示4,断裂角的最大和最小值在矿业方面64°和58°,分别。矿业方面的断裂角的平均值是61.6°。断裂角的最大和最小值open-off削减一侧的67°和65°,分别。平均值的断裂角open-off削减66°。断裂的角度在矿业方面差别很大,而断裂角open-off削减方面是相对稳定的。因此,据估计,矿业方面的断裂角约为62°和截止的断裂角约为66°的# 1207工作面硅镁层我基于规模模型实验。断裂的角度在矿业方面总是比截止。

根据上覆岩层运动定律在开挖过程中,断裂区划分,结果如图所示5。

根据断裂带的获得高度的相似物理模型和实际地层之间的几何相似比和相似模型,它可以发现屈服区域的高度在10.7 # 1207工作面,断裂带的高度是44.2米。曲线沉陷区位于煤层上方超过54.9米。

5。东德的布局参数和现场应用

5.1。东德的布局参数

东德的布局参数可以通过分析计算和规模模型实验。民主德国应安排在骨折最集中的地区。根据分析计算和规模模型实验的结果,东德的布局参数硅镁层我确定如下:(1)在高度方向上布局参数的最大高度民主应该断裂带的上限。与此同时,民主不能安排在崩落区范围考虑巷道的维护。发现天然气裂缝的分布往往是靠近断裂带在图的下方1。因此,民主德国的布局位置高度方向位于中下游断裂带考虑所有因素的一部分。合理布局的民主方向高度10.7 - -32.8米远离煤炭屋顶。(2)布局参数的方向平行的煤层很形象的硅镁层# 1207工作面矿在中国作为本研究的原型(图6)。民主德国主要是平行于道路的方向。为了优化东德的参数,执行部分的转换。崩溃的一节是最接近b部分的状态当采空区达到一个正方形分布,和工作面推进距离等于工作面长度。当工作面推进长度200米,很形象b概要文件被选中作为参考,及相关参数进行了分析确定参数转换在水平方向上的部分。200工作面先进时,开挖长度相应的模型是100厘米。矿业方面的断裂角是62°和66°open-off削减。根据相关标准,合理布局区域的东德within1/3附近的工作面通风巷道的长度。# 1207工作面长度是200米,民主的和合理的区域从0米至70米不等。同时,民主德国在水平方向上应该安排在断裂角和完全避免被安排红色区域外的骨折线。

根据上述分析,民主的最优布局参数在高度方向上确定中间和下部的蓝色区域,并安排在中央线的蓝色区域沿着煤层的方向。

,东德的高度范围从10.7米到32.8米距离煤层屋顶,中间的蓝色区域在高度方向图7。东德在水平方向上通风巷道在0到35米的范围。民主德国的具体布局图所示7。

5.2。现场应用分析

进一步优化参数东德的硅镁层,瓦斯抽放效果监测在不同高度离烟煤煤层顶板在# 1207工作面和不同水平距离# 1211工作面通风巷道的硅镁层我的。

5.2.1。在# 1207工作面排水效果

民主德国的水平截面# 1207工作面在26米,31米远离煤炭屋顶和水平距离为35米的通风巷道。民主德国的布局和配置文件# 1207工作面在图所示8和9。

东德的流动,纯气体含量、气体浓度监测不同高度的民主在工作面推进过程中。之间的关系的高度民主和天然气数据如图10。

东德的流动和气体含量更低和更稳定的民主的高度低于13.0米。这是因为民主的高度很低的屈服区,瓦斯抽放是主要来源于煤下降区和低浓度气体区开辟区。

当高度从13.0米到20.0米,东德在断裂带和裂缝发育良好。高密度气体由负压注入民主德国。与此同时,气体浓度的增加和纯气体含量增加民主的高度。民主是19米的高度时,瓦斯抽放效果是最好的。气体浓度高达2.99%,纯气体含量是11.5米³/分钟。高度超过22.0米时,纯气体含量曲线显示了一个下降的趋势,逐步稳定。民主的最优范围从17.5米到22米高度方向。

5.2.2。在1211工作面排水效果

罢工的1211工作面长度220米。德意志民主共和国位于上部泥岩,距煤顶15米的距离。所示的平面布局和瓦斯抽放数据数据11和12。当民主之间的水平距离和气道低于13米,气体浓度和纯气体含量缓慢增长与水平距离增加。气体浓度和纯气体含量迅速成长超过13米的距离。当水平距离18米,排水效果是最好的。气体浓度高达1.75%,纯气体含量是11.3米³/分钟。曲线下降并逐渐稳定。民主的最佳水平距离从17到21米远离气道。

6。结论

工程背景的基础上# 1207工作面在硅镁层,断裂带考虑多个因素的分析计算方法用于获得民主的工作布局参数。借助规模造型实验结果,东德的布局参数在硅镁层我的决心。与此同时,民主德国的布局参数进行了优化通过监测瓦斯抽放效果。以下的结论如下。(1)破裂带的高度是通过分析计算方法考虑多个影响因素。结果显示有三个关键层在煤层之上。屈服区在硅镁层的高度是10.7米远离煤炭屋顶和断裂带的高度从10.7米到54.9米。(2)分析规模计算和模拟实验的结果应用于获得民主的参数。我们终于提出,民主德国的硅镁层我应该安排在10.7米到32.8米的范围从煤层高度方向。投影距离平行的方向范围内的煤层是0-35 m气道。(3)瓦斯抽放效果的监测,提出了民主德国的最优布局参数。场分析表明,通过分析计算获得的结果和规模模型试验是合理的。民主德国的最优范围从17.5米到22米高度方向。民主的最佳水平距离从17到21米远离气道。

缩写

米:	煤层厚度(m)
h1:	直接顶厚度(m)
( ):	残余膨胀率的岩石(m)
:	关键层之间的总厚度和工作面(m)
C:	采收率(1)
一个:	工作面长度(米)
:	上覆地层的断裂角(°)
:	挤压应力的咬合的区域断裂岩石(Pa)
h2:	关键层的厚度(米)
:	岩石抗压强度(Pa)
Rt:	抗拉强度的关键层(Pa)
问:	关键层的负载。(N / m3)
:	摩擦角的岩石(°)
l:	裂缝长度(米)
k:	比例系数(1)
:	空泡尺寸(1)
β:	允许沉降角(°)。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现都包含在这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(51274209)。

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