姚家山千万吨深井煤与瓦斯突出预测及防治技术研究

发布时间：2017-07-07 12:21

  本文关键词：姚家山千万吨深井煤与瓦斯突出预测及防治技术研究

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【摘要】：近年来,随着国内煤炭产量的不断增加,浅部易采的煤炭资源越来越少,矿井的开采深度不断增加是一个必然趋势。我国煤矿由浅部开采逐渐转入深部开采过程中,高瓦斯矿井数量和煤与瓦斯突出事故发生次数随着开采深度不断增加。根据近年来我国煤矿煤与瓦斯突出事故发生次数的大量统计表明,随着采深增加,赋存于深部煤层中的瓦斯压力普遍增高,瓦斯涌出量增大。与此同时,煤与瓦斯突出事故发生频率、强度也呈不断增大的趋势。这些灾害极大地影响了矿井的安全生产和生产规模,因此如何安全、高效、经济地开采深部煤炭资源,成为我国煤炭企业必须面对的技术挑战。作为本课题研究对象,姚家山矿在建设过程中,逐渐发现原矿井规划的生产规模与资源优势不能得到彻底发挥,投资效益不高,未能体现采用先进技术装备进行高效开采的效益优势。当前煤炭市场进入寒冬时期,这就更要求煤矿生产企业在保证生产安全的前提下,充分利用现有成熟的先进开采技术和矿井灾害防治技术,通过对姚家山矿矿井的设计和规划,更加体现出其千万吨矿井的生产规模优势,高产高效设备的先进技术优势以及较高的人均单产效益优势。该矿井开采煤层中,4+5号煤层埋深平均为1000m,8+9号煤层埋深则超过1300m,依据浅部开采和深部开采的划分标准,姚家山矿主采煤层均属深部开采。在建设姚家山和将来的生产过程中,遇到的很多深部开采力学环境,都是工程技术人员要必需克服和解决的重大问题。姚家山矿原矿井初步设计生产规模由2.4mt/a重新设计为10mt/a,不仅矿井年产量增大,而且矿井经瓦斯涌出量预测鉴定为高瓦斯矿井,发生煤与瓦斯突出事故的概率增大,对工作面煤与瓦斯突出预测、防治和工作面瓦斯抽采技术方面提出了挑战。本论文是在姚家山矿原初步设计生产规模2.4mt/a重新设计为10mt/a下,以首采层的4+5、8+9号煤层为主要研究对象,通过对矿区地质资料的收集分析,结合理论推导和数值模拟研究方法,对姚家山矿千万吨深井煤与瓦斯突出预测及防治技术进行研究。首先,对姚家山矿开采煤层划分的采区进行煤与瓦斯突出的危险性进行预测,根据影响煤与瓦斯突出的主要因素,建立首采工作面煤壁内单元煤体的力学模型,研究首采1(4+5)01工作面煤与瓦斯突出发生的规律,并提出科学有效的防治措施;其次,通过矿井瓦斯涌出量的预测计算,对首采工作面的瓦斯抽采方案进行设计和论证,并对首采工作面的瓦斯预抽采效果进行了评价;最后,对提出的2个首采工作面通风系统方案进行优化选择,提出相对较优的工作面通风系统。这对于姚家山矿的持续健康发展和创造良好的规模经济效益,具有十分重要的现实意义,同时也为之后地质条件相似的矿井进行大规模开采深部煤炭资源提供十分重要的理论依据。
【关键词】：姚家山矿 深部开采 煤与瓦斯突出 瓦斯抽采 数值模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD713
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 论文的研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 国内外煤与瓦斯突出预测研究现状15-17
• 1.2.2 国内外煤与瓦斯突出防治研究现状17-19
• 1.2.3 国内外瓦斯抽采技术研究现状19-21
• 1.3 论文研究内容及技术路线21-23
• 1.3.1 主要研究内容、方法21-22
• 1.3.2 研究技术路线22-23
• 第二章 姚家山矿地质概况23-41
• 2.1 姚家山矿地质概况23-32
• 2.1.1 地理位置及交通23-25
• 2.1.2 矿区地形地貌25
• 2.1.3 水文气象条件25
• 2.1.4 地层特征25-29
• 2.1.5 煤层赋存条件及煤质29-32
• 2.2 姚家山矿瓦斯赋存概况32-38
• 2.2.1 姚家山矿煤与瓦斯突出机理32-33
• 2.2.2 姚家山矿主采煤层瓦斯储存特征分析33-35
• 2.2.3 姚家山矿主采煤层瓦斯分带规律研究35-38
• 2.3 本章小结38-41
• 第三章 姚家山矿采区与首采工作面突出危险性研究41-63
• 3.1 姚家山矿采区突出危险性预测41-48
• 3.1.1 姚家山矿采区突出危险性预测指标和方法43
• 3.1.2 姚家山矿采区突出危险性预测结果43-48
• 3.2 首采工作面突出初始破坏阶段的力学判据48-61
• 3.2.1 工作面推进过程对煤与瓦斯突出的影响48-49
• 3.2.2 首采工作面发生煤与瓦斯初始破坏的力学模型49-51
• 3.2.3 首采工作面开采过程的数值模型51-54
• 3.2.4 首采工作面推进过程数值模拟结果分析54-60
• 3.2.5 首采工作面煤壁内水平应力的变化规律60-61
• 3.3 首采工作面防突技术与应对措施61-62
• 3.3.1 首采工作面的区域防突措施61
• 3.3.2 首采工作面的局部防突措施61-62
• 3.4 本章小结62-63
• 第四章 姚家山矿瓦斯抽采技术研究63-83
• 4.1 姚家山矿瓦斯预测63-71
• 4.1.1 主采煤层瓦斯涌出量预测66-68
• 4.1.2 矿井瓦斯涌出量预测68
• 4.1.3 瓦斯涌出构成分析68-70
• 4.1.4 矿井抽采量预计70-71
• 4.2 姚家山矿瓦斯抽采的具体技术方案71-75
• 4.2.1 瓦斯抽采方法的确定71-72
• 4.2.2 顺层平行钻孔预抽采72-73
• 4.2.3 掘进工作面“边掘边抽”法73-75
• 4.3 姚家山矿瓦斯预抽抽采效果评价75-76
• 4.3.1 抽采效果评价法75
• 4.3.2 姚家山矿首采工作面预抽瓦斯效果评价75-76
• 4.4 姚家山矿通风系统优化技术研究76-82
• 4.4.1 首采工作面所需风量76-77
• 4.4.2 掘进工作面所需风量计算77-79
• 4.4.3 回采工作面通风方案设计79-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第五章 主要研究结论与展望83-85
• 5.1 研究结论83-84
• 5.2 不足与展望84-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-93
• 攻读学位期间发表的学术论文93

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