贺西煤矿首采层开采后下伏煤层卸压特征研究

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1、硕士学位论文贺西煤矿首采层开采后下伏煤层卸压特征研究ReliefFeaturesDevelopmentofUnderlyingCoalSeamafterMiningtheFirstCoalSeamintheHexiCoalmine作者：冯辉导师：程远平教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TD7学校代码10290UDC622密级公开中国矿业大学硕士学位论文贺西煤矿首采层开采后下伏煤层卸压特征研究ReliefFeaturesDevelopmentofUnderlyingCoalSeamafterMiningtheFirstCoalSeamintheHexiCoalmine作

2、者冯辉导师程远平教授申请学位工学硕士培养单位安全工程学院学科专业安全科学与工程研究方向煤矿瓦斯防治答辩委员会主席蒋承林评阅人李增华张彬二○一五年五月论文审阅认定书研究生冯辉在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在程远平教授的悉心指导下完成的，衷心感谢程老师对本论文自始至终的悉心指导和对学生的亲切关怀。程老师对我的学习认真负责，对我的科研要求严格，在我看来生活

3、中的程老师就像慈爱的父亲一般，照顾着我这个身处异地他乡的孩子，给了我亲人般的教导和关怀；学习中，他又是一位一丝不苟、严于律己的严师，让我一直视为科研的榜样和学习的目标。从程老师那里，我学到了一个科研工作者应该具备的素质和敬业精神。这三年来我的每一次成功都是程老师循循善诱、悉心教导的结果，从程老师那里我不仅学会了知识、端正了的科研态度，更培养了科研人应该具备的素质，再一次感谢我的导师程远平老师！同时也要特别感谢一下中国矿业大学安全工程学院王海锋教授，感谢您对我学习和生活的悉心指导和教诲。本论文的完成还凝结着师兄弟们的智慧与情谊，感谢中国矿业大学安全工程学院王亮副教授、周红星副

4、教授、刘洪永副教授、李伟讲师和蒋靖宇讲师对论文的指导和帮助！感谢中国矿业大学煤矿瓦斯治理研究所博士生姜海纳、孔胜利、张晓磊、徐超、刘清泉、卢守青、金侃、王伟、王飞、陈明义等师兄师姐在论文撰写过程中给予的意见和帮助！感谢实验室同届同学赵伟、郭海军、蒋雨辰、戴涛、孙建中、贾靳、何涛在数值模拟和数据处理方面给予的帮助和指导！感谢硕士生王永康、王伟、郭帅飞等对我的无私帮助和生活中的关心照顾，使得我避免了很多问题和困惑。感谢同宿舍的博士生夏利江等对我的一路支持和帮助，正是有你们一路的相伴，丰富了我的研究生生活更体会到了友谊的珍贵。感谢我的家人对我学业的支持和鼓励，你们给我创造了和睦又

5、上进的氛围，我的成绩有你们的功劳。论文资料收集过程中得到汾西矿业集团贺西煤矿的领导及有关工程技术人员的大力支持和帮助,在此向他们表示衷心感谢!同样感谢论文中所有参考文献的作者们，向你们致敬！感谢所有关心和帮助我的人，是他们给了我前进的力量！限于水平，论文中难免有不当和不足之处，恳请各位专家、教授给予指正。最后衷心感谢各位专家、教授在百忙之中评阅本文。摘要本文以贺西煤矿三采区3313工作面为原型，用FLAC3D模拟开挖上覆煤层50m、100m、200m，分析下伏煤层的应力和位移变化。通过实验室进行的渗透性实验，得到渗透模型，结合下伏煤层膨胀变形特征，得出下伏煤层的渗透率变化特

6、征。利用COMSOLMultiphysics软件模拟了不同抽采时间下下伏煤层瓦斯抽采半径，对工作面瓦斯抽采钻孔进行了优化。上覆煤层开采后，受采动的影响，下伏煤层煤体经历了加载-卸载过程，随着上覆煤层工作面推进，原来的应力较大的区域应力逐渐减小，转化为卸压区。且煤体卸压范围以及卸压程度与上覆煤层推进距离呈正相关关系。由实验室渗透性实验得到的下伏煤层渗透模型可知，煤体在加载阶段，渗透率逐渐减小，达到卸荷点后的卸载阶段，渗透率迅速增大，通过对渗透率测试结果的拟合可知，卸载力学路径下，加载阶段，煤样渗透率与轴向应变的关系为B1kAe（A、B为拟合系数）；卸载阶段，煤样渗透率与

7、轴向应变的关系为111kAeB2（A、B为拟合系数）。222随着上覆煤层工作面的向前推进，下伏煤层由工作面中心向外依次可划分为渗透率增大1区、渗透率增大2区、渗透率减小区以及原始渗透率区四部分，其中渗透率增大1区的渗透率增加程度和范围是最大的；下伏煤层工作面的煤体处于渗透率增大区域，且大范围的处于渗透率增大1区。根据下伏煤层工作面渗透率的分布特征结合COMSOLMultiphysics软件模拟得出不同抽采时间下的瓦斯抽采半径，对下伏煤层工作面瓦斯抽采半径进行优化，在卸压区1和卸压区2顺层瓦斯抽采钻孔间距为16m