负压作用下综放采场顶煤瓦斯运移规律研究

Proposing the method of loading roof coal gas drainage with fully mechanized mining with sublevel caving , which enables coal of roof canopy to form the area of the negative pressure , what’s more, utilizes the properties of perfect fractured development and gas permeability of roof coal to drainage the gas of the roof coal with in order to reduce the harm to the mine safety caused by the gas emission. When mining the coal seam with gas, the second main stress will cause the explosive movement of the coal-rock layer and the migration solutions of the gas . By the system of gas drainage with loading roof coal , the roof coal is exerted the drainaging negative pressure . The system will definitely change the former the flowing state of gas in roof coal , develop the new flowing field of gas in roof coal . when imposing the different negative pressure on the different body of roof canopy , this method could artificially change the state of gas flowing field in the roof coal, form a negative pressure area on the roof of the support roof canopy ,lessen the quantity of gas emission from the roof coal to coalface.. The project will apply the method of equivalent material simulation test 、numerical analysis and calculation 、the field parameter tests and theory analysis and so on . We study the regulation of the gas migration in roof coal under the function of the negative pressure , establish the model of the gas migration in roof coal under the function of the drainage negative pressure. By means of the method. The project will provide theoretical basis and foundational testing material for exploring the new gas-drainage method “the gas-drainage system of loading roof coal.

提出综放架载顶煤瓦斯抽采方法，使顶梁煤体中形成负压区，利用顶煤裂隙发育、透气性好的特点抽采顶煤瓦斯，减少顶煤瓦斯涌出对煤矿安全的危害。含瓦斯煤层进行开采时，二次应力造成煤岩体破裂运动与瓦斯解吸运移。利用架载顶煤瓦斯抽采系统给顶煤施加抽采负压，必然改变顶煤瓦斯原有的流动状态，形成新的顶煤瓦斯流场。在顶梁不同部位施加不同大小的负压，可人为改变顶煤瓦斯流场的状态，在支架顶梁之上形成一个负压区， 减少顶煤瓦斯向采煤工作面涌出。 . 本项目拟采用相似模拟试验、数值分析计算、现场参数测试和理论分析等方法，研究负压作用下顶煤瓦斯运移规律，建立抽采负压作用下顶煤瓦斯运移模型，为探索新的瓦斯抽采方法--“架载顶煤瓦斯抽采系统”提供理论依据和基础试验资料。

由于高瓦斯综放工作面一次采高大，产量大，瓦斯涌出量增加，尤其是放煤时，大量顶煤瓦斯短时间释放等问题成了制约放顶煤技术在高瓦斯煤层推广应用的瓶颈。项目结合赵庄二号井综放工作面地质条件和工作面开采情况，利用现场测试、数值模拟、实验室实验等方法，开展了综放顶煤应力分布规律、力学介质状态变化、瓦斯渗透运移、瓦斯流场分布规律等方面研究，为探索新的瓦斯抽采 方法--“架载顶煤瓦斯抽采系统”提供理论依据和基础试验资料。.项目研究的结论主要有：（1）1304工作面超前支承压力起始于煤壁前方130m左右，剧烈影响范围保持在30m左右，煤壁处顶煤的垂直位移量为261mm~488mm，其稳定区域的均值为478mm。（2）以分源法原理为指导，分析综放工作面瓦斯来源，推导综放工作面瓦斯涌出量计算公式，探索适于综放工作面瓦斯涌出量预测新方法。（3）工作面前方约26m处至工作面前方100m处瓦斯压力未有明显下降，从工作面前方26m至工作面煤壁处煤体的瓦斯压力呈阶梯状递减，表明工作面前方的支承压力影响区对煤体中瓦斯运移有阻隔作用；（4） 瓦斯抽放管道的设置降低了抽放管附近的瓦斯压力、增大了抽放管附近的瓦斯渗流速度；顶煤抽放设施有助于增加顶煤的瓦斯渗流速度，不同瓦斯压力、钻孔深度下的抽放瓦斯速度、降压影响范围不同；同一钻孔深度下，负压（-10KPa）的抽放范围随瓦斯入口压力的增大而增大，瓦斯抽放影响范围随钻孔深度加大而加大。（5）随着钻孔深度的增加瓦斯抽放能力逐渐增高，抽放半径与钻孔深度存在合理的比例；提高抽放负压有助于瓦斯抽放效果，但与增加钻孔深度相比，瓦斯抽放效果增加不明显；渗透率对顶煤抽放也有较大影响，但是与以往研究工作面瓦斯抽放结果不同，在顶煤抽放范围内渗透率低瓦斯更容易通过顶煤抽放管抽排从而减少直接向采空区扩散；（6）顶煤瓦斯卸压分布大致呈现“半椭球”形，尤其是增加钻孔深度对卸压范围影响最明显；工作面不同位置加入顶煤抽放系统之后，工作面涌出瓦斯浓度降幅变化呈现中部变化均匀两端变化差异明显的趋势。