20120220朱集矿首采面Y型通风沿空留巷穿层瓦斯抽采钻孔布置优化课题研究实施方案

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1、沿空留巷顶板岩层活动规律及抽采钻孔优化布置研究方案1课题的研究背景及主要研究内容1.1课题研究的意义留巷钻孔法可以实现连续开采与高效抽采瓦斯并行作业，最经济安全有效地实现煤与瓦斯共采，为复杂地质条件高瓦斯矿井煤层高效集约化生产创新了一条具有广阔前景的开采模式，是我国煤炭开采技术的重要发展方向。淮南矿区近年围绕留巷钻孔煤与瓦斯共采成套技术开展了卓有成效的研究，技术取得重大突破，并在顾桥、新庄孜、潘二等多个矿井成功实施。2011年此项技术成功应用于千米深井朱集矿的第一个工作面的安全回采，极大地保障了该面的安全生产，但是从目前在朱集矿首采面施工的瓦斯

2、抽采钻孔的抽采效果来看，钻孔可抽采时间及抽采量仍处于较低水平，钻孔在受采动影响后，由于受顶板回转下沉的强剪切作用而导致抽采钻孔、抽采管破断、漏气现象较为普遍，导致无法满足保护层工作面开采瓦斯抽采要求及对被保护层的瓦斯高效、最大化抽采的要求，因此结合淮南矿区典型工程地质条件，通过研究沿空留巷顶板岩层活动规律和裂隙发展发育特征，优化抽采钻孔布置参数及钻孔结构，确保钻孔在工作面回采过程中能够经得住强采动作用的考验，拉不断、压不烂、挤不瘪，保障抽采钻孔长时、有效、最大化抽采瓦斯，逐步并最终取消底板巷及地面抽采钻孔，对进一步丰富和完善煤与瓦斯共采技术具有

3、重要的理论意义及实践意义。1.2课题研究的主要难点由于淮南煤层群开采赋存条件的复杂多样性，在现场应用中仍存在种种问题。第一，沿空留巷上覆岩层活动规律没有完全掌握。回采工作面顶板岩层活动规律研究成果较多，而沿空留巷顶板下沉、回转和破断的规律则研究较少，工作面上覆岩层的冒落规律、上三带的划分和范围、留巷过程中超前支撑压力和侧向支撑压力的分布规律和影响范围、留巷后的围岩活动规律、侧向顶板的破坏形式及应力分布和演化规律仍无定论。第二，煤与瓦斯共采条件下岩层的裂隙分布规律尚不完全清楚。不能定量描述裂隙分布特征，揭示开采引起的裂隙演化、瓦斯分布的时空关系，

4、因而，其中的瓦斯流场分布规律也就不清楚了。第三，抽采钻孔中抽采管、封孔材料在动压影响下常常破断、漏气。留巷钻孔法抽采瓦斯时，由于沿空留巷动压影响较为强烈，且留巷岩层活动规律尚不完全清楚，故导致抽采钻孔、抽采管破断、漏气现象时有发生。因此，需结合淮南矿区具体工程地质条件，研究沿空留巷顶板岩层活动规律、岩层的裂隙分布规律及抽采钻孔优化布置等问题，指导沿空留巷煤与瓦斯共采技术的应用，具有重要的理论价值和实践指导意义。1.3课题研究的主要内容以淮南矿区典型工程地质条件（前期主要以朱集矿首采工作面的工程地质条件）为研究对象，本课题计划开展的主要研究内容为

5、：1）沿空留巷上覆岩层活动规律。包括采空区侧向顶板下沉、回转和破断的规律，上覆岩层的冒落规律，上三带的划分和范围。2）沿空留巷围岩应力演化规律。留巷过程中超前支撑压力、侧向支撑压力、滞后支撑压力的分布规律和影响范围研究，以及采动过程中上覆关键块体的回转角度、下沉量及由此产生的回转剪切力，同时需对上覆围岩应力范围进行区划，针对不同区域的采动应力峰值大小，对钻孔的套管采取相应强度的材料，以保证其能够有效抽采。3）沿空留巷上覆岩层裂隙分布规律研究。煤与瓦斯共采条件下上覆岩层的裂隙网络演化特征、开采引起的裂隙演化、瓦斯分布的时空关系，从而掌握瓦斯流场分

6、布规律。4）抽采钻孔优化布置。抽采钻孔布置与工作面回采之间的关系，即采前布置或采后布置钻孔的科学合理性；抽采钻孔布置与工作面的空间位置关系，确保抽采钻孔布置在受采动影响较小的位置上。5）抽采套管材料、装置优化。针对不同的上覆岩层段的采动应力值需采取相应强度的套管材料，集成创新具有高柔性、高抗剪切能力、高延伸性特点的抽采钻孔套管材料。2课题的研究方法、技术路线及研究方案在前述的研究背景以及研究内容下，初步确定课题研究的技术路线，即以实验室研究为理论基础，结合朱集矿首采面的具体工程地质条件，采用理论分析、三维物理模拟、三维数值模拟等实验室研究方法，

7、分析沿空留巷过程中侧向顶板下沉、回转、破断规律，上“三带”的分布范围及上覆岩层的采动裂隙演化规律、采动应力分布规律及各岩层间的水平位移、垂直位移，为现场试验钻孔的布置提供参考依据，同时在实验室理论研究的基础之上，结合钻孔窥视、网络并行电法、双端封堵测漏技术等现场实测手段进一步修正理论分析研究成果，优化钻孔的布置参数及抽采套管材料及抽采装置，最终实现留巷钻孔法的抽采最大化。根据研究的技术路线，本课题的具体研究方案分为以下几个部分：2.1三维物理相似模拟2.1.1相似材料模拟实验的原理与方法相似材料模拟试验方法最早的应用大约在18世纪末19世纪初，

8、著名地质学家、地质构造模拟实验的先驱JamesHall（1761~1832）最早用模拟模型实验再现了各种构造形态的形成过程，包括用叠层湿粘土做褶皱的模