低渗透性高瓦斯煤层群卸压开采煤与瓦斯共采的基础研究

我国煤层地质构造条件复杂，煤层渗透率仅相当于美国的万分之一，制约我国低渗透性煤层瓦斯高效抽采的关键是如何有效地提高煤层的渗透率。高瓦斯矿井开采实践证明，在煤层群条件下，首先选择瓦斯灾害相对较小的煤层作为首采层，利用其采动影响使其上下煤层卸压，渗透率可增加400～3000倍，从而为瓦斯的解吸流动提供条件。本项目以煤层群首采层开采过程中应力场及裂隙场演化与瓦斯流场的耦合机制为研究主线，以深部低渗透性煤层群卸压瓦斯抽采理论为研究重点，根据不同含瓦斯煤岩体地质及开采条件，研究含瓦斯煤岩体结构特性、力学行为及采动变异特性，掌握首采层采动应力场与裂隙场演化机制，建立采动煤岩体流固耦合与瓦斯流动模型，为卸压瓦斯抽采空间条件保障和瓦斯抽采理论与方法提供基础，完善并发展低渗透性高瓦斯煤层群煤与瓦斯共采的理论体系。

本项目针对深部低透气性高瓦斯煤层群瓦斯治理的世界性难题，模拟分析了上覆岩层运移规律，得出了煤层群首采关键层上覆岩层的顶板活动空间存在“拱中拱”裂隙结构，丰富了“O”型圈理论；在采空区侧存在一以裂隙带中部为下限，另一边界位于楔形裂隙区内，夹角约为卸压角大小的扇形瓦斯富集区，为采空侧抽采瓦斯钻孔布置提供了科学依据。同时，研究了留巷钻孔破断规律与护孔工艺，发现了工作面留巷段顶板垂距4-9m为剪切破坏严重区域，留巷内施工的抽采钻孔易在此位置破断；研究提出采用让压型单层套管护孔结构，可以实现高效稳定抽采采动卸压瓦斯。.以朱集东矿千米深井1112(1)工作面为工程案例，优化采煤工作面巷道布置方式和抽采钻孔布置，提出并实施了“一面三巷、一巷多用、联合治理、连续开采”瓦斯治理模式。多用巷内大直径穿层钻孔单孔抽采瓦斯纯量最大达9.84m3/min，瓦斯浓度最高为98.5%，工作面瓦斯抽采率最高为92.4%，回风流瓦斯浓度平均0.4%，实现了深井煤与瓦斯的安全高效共采。