采放比對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的影響.pdf

1、放頂煤開(kāi)采是十分重要的厚煤層采煤方法。煤與瓦斯突出（簡(jiǎn)稱“突出”）煤層放頂煤開(kāi)采在我國(guó)至今仍存在有利于抑制和增加突出危險(xiǎn)性兩種截然相反的學(xué)術(shù)觀點(diǎn);現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》禁止突出煤層放頂煤開(kāi)采及其采放比*確定依據(jù)也欠充分。本論文針對(duì)長(zhǎng)壁式放頂煤開(kāi)采采高一定不同采放比對(duì)突出危險(xiǎn)性的影響進(jìn)行了研究，以探索突出厚煤層放頂煤開(kāi)采的安全性、可行性、存在問(wèn)題及其防治對(duì)策，為其安全開(kāi)采提供技術(shù)基礎(chǔ)理論與依據(jù)。
　　在調(diào)查突出厚煤層放頂煤開(kāi)采及研究現(xiàn)

2、狀基礎(chǔ)上，從瓦斯地質(zhì)、工程技術(shù)兩方面分析了突出影響因素，發(fā)現(xiàn)該采煤方法的采放比技術(shù)參數(shù)對(duì)突出的影響效應(yīng)復(fù)雜。放頂煤、采煤機(jī)割煤及炮采落煤工藝對(duì)突出影響存在差異，采放比是主要敏感安全參數(shù)，而放頂煤工作面寬度、支架高低位頂煤方式、回采速度等因素處于從屬地位。
　　在總結(jié)長(zhǎng)壁式放頂煤開(kāi)采支承壓力分布一般規(guī)律研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)初采期首輪放煤應(yīng)力分布采用FLAC3D軟件進(jìn)行模擬，得到頂板來(lái)壓前的初采期放頂煤圍巖應(yīng)力重新分布會(huì)導(dǎo)致采煤分層前、

3、后方煤壁附近應(yīng)力集中且工作面應(yīng)力梯度有增大趨勢(shì);這與頂板來(lái)后的正常期隨采高或采放厚度增加卸壓區(qū)及集中應(yīng)力區(qū)寬度增加、峰值應(yīng)力集中系數(shù)及工作面應(yīng)力梯度降低的趨勢(shì)不同。
　　針對(duì)放頂煤開(kāi)采復(fù)雜動(dòng)、靜態(tài)力學(xué)作用過(guò)程，基于瞬態(tài)動(dòng)力運(yùn)動(dòng)方程采用有限元ANSYS10.0瞬態(tài)分析模塊分析了某礦煤系條件采高2.5m、采放比1∶3的初采期和及正常期放頂煤的應(yīng)力、應(yīng)變及彈性能釋放演化分布等力學(xué)特征，以及不同采放比、頂板來(lái)壓對(duì)其力學(xué)特征效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)初次放

4、煤過(guò)程附近10m應(yīng)力隨時(shí)間變化，不同采放比應(yīng)力峰值分布在放煤附近6m左右，工作面前、后方煤壁附近應(yīng)力梯度增大。初采期首次放煤所釋放彈性能是第二次放煤的3.5倍左右;采放比增加，放煤口附近20m范圍內(nèi)釋放彈性能增加。初采期首次放頂煤在相同時(shí)間內(nèi)采放比在1∶3范圍內(nèi)增加不明顯;超過(guò)1∶3范圍，其彈性能釋放增加顯著。放項(xiàng)煤在頂板初次來(lái)壓、周期來(lái)壓和正?；夭善趶椥阅茚尫欧謩e分布在工作面前方25m、30m、40m，工作面中部較兩側(cè)釋放多，且隨采放

5、比增加而增大。頂板來(lái)壓時(shí)彈性能釋放具有集中性，初次來(lái)壓是正?；夭傻膬杀抖啵冶戎芷趤?lái)壓時(shí)多;工作面附近煤體位移在頂板初次、周期來(lái)壓期間顯著增加。正?；夭蛇^(guò)程彈性能釋放集中在工作面前方20m，且隨采放比增加增幅減緩、釋放范圍有增加趨勢(shì);同時(shí)，工作面卸壓區(qū)寬度增大、應(yīng)力峰值集中系數(shù)減小。
　　基于初采期切眼簡(jiǎn)化為圓形巷道彈塑性、流變等理論分析:頂煤及切眼巷道兩側(cè)煤壁附近一定范圍內(nèi)產(chǎn)生卸壓帶;小采放比的頂煤處于切眼巷道卸壓影響范圍內(nèi)時(shí)，

6、放項(xiàng)煤對(duì)突出危險(xiǎn)影響小;反之，大采放比的頂煤處于切眼巷道產(chǎn)生的集中應(yīng)力影響范圍內(nèi)時(shí)，放頂煤則增加了突出危險(xiǎn)。
　　此外，基于煤層瓦斯含量滿足朗格繆爾方程、瓦斯流動(dòng)過(guò)程等溫且符合達(dá)西定律條件，建立了工作面煤層支承壓力與瓦斯?jié)B流隨時(shí)間變化的三維方程，采用ANSYS10.0熱分析模塊對(duì)放頂煤工作面切眼巷道、初采期放頂煤瓦斯流動(dòng)場(chǎng)時(shí)空演化分布特征進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)切眼巷道瓦斯排放寬度約為采高3倍，初采期首次放煤過(guò)程附近產(chǎn)生的瓦斯壓力梯度比第二

7、次放煤的瓦斯壓力梯度大，首采放煤突出危險(xiǎn)較第二次放煤突出危險(xiǎn)大。
　　根據(jù)放數(shù)值模擬、理論分析及現(xiàn)場(chǎng)資料統(tǒng)計(jì)分析等綜合研究，發(fā)現(xiàn)了采放比對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的影響規(guī)律。初采期，煤層厚度10m、采放比1∶3以內(nèi)，采放比對(duì)突出危險(xiǎn)影響不大;超過(guò)此范圍，采放比增加，突出危險(xiǎn)性增大。正常回采期，采放比增大可以一定程度緩解地應(yīng)力主導(dǎo)型突出危險(xiǎn)。
　　基于突出礦井兩級(jí)“四位一體”綜合防治技術(shù)體系，初步總結(jié)出突出煤層放頂煤開(kāi)采合理巷道布置