高瓦斯综采工作面矸石充填基础理论及瓦斯运移规律研究

实施矸石充填采煤技术开采矿井"三下"呆滞煤炭资源是解决矸石地面堆积、实现煤矿绿色开采、提高煤炭采出率的核心内容之一。本项目应用固体废弃物充填开采理论、岩层控制的关键层理论及瓦斯渗流理论，建立高瓦斯综采工作面矸石充填开采覆岩运动关键层矿压模型，揭示充填工作面上覆岩层移动控制机理及裂隙发育规律；结合综合机械化采煤工艺系统及装备特点，研究矸石充填设备的设计方法、支护设备的主要改进技术参数及充填矸石连续输送系统；研究充填比、采深、充填材料颗粒级配、工作面通风方式等对高瓦斯综采工作面及采空区瓦斯运移规律和邻近层卸压瓦斯抽采的影响，形成适合瓦斯抽采和工作面瓦斯治理的充填开采理论，建立安全高效的矸石充填采煤系统及应用技术体系。这对于利用矿井矸石废弃物，实现呆滞煤炭资源高效合理回收，减轻开采沉陷环境破坏，提高瓦斯抽采率等具有重要的理论意义和实用价值。

实施矸石充填采煤技术开采矿井“三下”呆滞煤炭资源是解决矸石地面堆积、实现煤矿绿色开采、提高煤炭采出率的核心内容之一。针对矸石充填开采的基础理论及其在高瓦斯复杂煤层开采中的应用，以及高瓦斯综采工作面采用矸石充填开采时的瓦斯运移规律等问题，本项目通过理论分析、数值模拟与试验相结合的方法对矸石充填材料的压缩力学特性、矸石充填开采覆岩移动规律、下保护层矸石充填开采的卸压效果以及高瓦斯工作面矸石充填开采时的瓦斯运移规律等问题进行了深入研究:.（1）对不同粒径、级配矸石充填体进行了压缩力学特性试验研究，分析了不同粒径矸石颗粒在矸石充填体抵抗压缩变形过程中的作用。.（2）对矸石充填开采覆岩移动规律进行了理论分析，采用弹性地基梁理论建立了矸石充填开采上覆岩层移动模型，分析了矸石充填开采各个参数对矸石充填效果的影响。.（3）采用UDEC对近距离下保护层采用矸石充填开采时对被保护层的应力释放效果以及瓦斯抽放影响进行了模拟分析，通过选择合理的充填高度能够有效释放被保护层积聚的瓦斯能和变形能，而又不破坏被保护层的整体完整性。.（4）以金佳矿为工程背景，对高瓦斯综采工作面采用矸石充填开采进行了技术可行性分析，并设计了金佳矿矸石井下连续运输系统。.（5）通过对矸石充填采空区物理及多孔介质渗流力学模型分析，构建了矸石充填采空区三维物理模型，并采用FLUENT数值模拟软件对矸石充填开采不同通风方式下的瓦斯运移规律进行了数值模拟研究。. 项目取得了较好的效果，在矸石充填开采运移规律，矸石瓦斯透气性，矸石充填采空区瓦斯运移规律以及近距离下保护层开采方面取得了一系列成果。这对于利用矿井矸石废弃物，提高矸石充填开采的适用范围，减轻开采损害以及提高瓦斯抽采率等具有重要的理论意义和实用价值。