煤层群首采层留巷采空侧覆岩卸压-渗流耦合模型与强化抽采瓦斯机理研究

以煤层群无煤柱开采留巷侧顶底板岩层活动规律为基础，以采动覆岩卸压-体积变形-渗流-卸压瓦斯运移规律为主线，采用理论分析和模拟试验研究相结合的方法，建立留巷采空侧覆岩卸压-渗流耦合模型，研究煤层群首采关键卸压层、无煤柱沿空留巷开采采空侧顶、底板覆岩矿压显现规律，研究留巷采空侧覆岩裂隙分布与演化规律，探寻卸压瓦斯运移特征和富集区域，研究留巷采空侧顶板远程卸压穿层钻孔、首采层顶板低位钻孔抽采瓦斯、采空区瓦斯抽采和不同漏风组合条件下的首采关键层工作面的瓦斯涌出特征，为煤层群首采关键卸压层留巷煤与瓦斯共采高瓦斯采煤工作面瓦斯治理提供科学依据；通过实施煤层群留巷卸压煤与瓦斯共采的工程，试验考察深部卸压煤与瓦斯共采效果；研究并总结基于留巷的多向钻孔抽采卸压煤层气关键技术，丰富和修正卸压瓦斯抽采理论,对深井低透气性煤层群煤与瓦斯共采及瓦斯综合治理有重要的指导意义。

本基金项目理论分析了上覆岩层移动规律，通过相似模拟实验证明，煤层群首采关键层上覆岩层的顶板活动空间存在“拱中拱”结构形态，丰富了”O”型圈理论；研究分析了“O”型圈在高度和形态上的演化机制；揭示出煤层群首采关键卸压煤层的采动会引起其周围岩层产生“卸压增透”效应，研究了留巷采空侧覆岩裂隙分布与演化规律，研究了采空侧裂隙发育分区作用机制，在采空区的走向（倾向）上存在明显的裂隙分区作用，采空侧顶板裂隙依次分布有形成扩展区、压实区和稳定发育区；随着工作面的不断推进，沿倾向上的裂隙分区不断的移动，压实区不断沿走向扩展，沿走向上的裂隙分区应在随工作面推进不断演化，裂隙稳定发育区沿走向和倾向不断叠加，在此处形成稳定的裂隙发育空间，发现了在采空侧顶板存在“楔形竖向裂隙发育区”，为瓦斯流动汇集提供了空间条件，确定了采空侧卸压瓦斯运移特征和富集区域，裂隙发育的分区作用机制为采空侧抽采瓦斯钻孔布置提供了科学依据。. 在留巷钻孔卸压瓦斯抽采时空效应研究成果的基础上设计完成的朱集矿1111（1）工作面，以采空区埋管和地面钻井抽采为主，以穿层钻孔、顶板走向钻孔以及通风方式相结合的辅助瓦斯治理措施作用下，工作面回采期间，瓦斯涌出总量最高达114.49 m3/min，平均为57.98 m3/min，瓦斯抽采总量平均为48.86 m3/min，其中埋管抽采瓦斯纯量平均为22.77 m3/min，占瓦斯涌出总量的39.27 %，占瓦斯抽采总量的46.60 %，回风瓦斯浓度低于0.6%，卸压瓦斯抽采率平均高达80.71%，有效的保障了工作面的安全高效抽采，为类似条件下的深井保护层安全高效开采奠定了基础。工程实践示范效果表明：将瓦斯抽放工程布置在靠近回风巷侧扇形环状裂隙体内，不仅保证有效抽采时间，同时也大大减少了钻孔工程，提高了采煤工作面的瓦斯抽采率。基金研究成果丰富和修正卸压瓦斯抽采理论，对深井低透气性煤层群煤与瓦斯共采及瓦斯综合治理有重要的学术价值和现实指导意义。.