平煤十矿保护层开采瓦斯运移规律与保护效果研究

全日制硕士学位论文平煤十矿保护层开采瓦斯运移规律与保护效果研究StudyontheLawofGasMigrationandthePreventiveeffectofProtectiveSeamminingofNo.10mininginPingDingShan申请人姓名：李振兴指导教师：魏风清学位类别：工学硕士专业名称：矿业工程研究方向：矿山安全技术及工程河南理工大学安全科学与工程学院二○一三年○六月河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：平煤十矿保护层开采瓦斯运移规律与保护效果研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号：TD713密级：公开UDC：单位代码：10460平煤十矿保护层开采瓦斯运移规律与保护效果研究StudyontheLawofGasMigrationandthePreventiveeffectofProtectiveSeamminingofNo.10mininginPingDingShan申请人姓名李振兴申请学位工学硕士学科专业矿业工程研究方向矿山安全技术及工程导师魏风清职称教高提交日期2013.6答辩日期2013.6河南理工大学致谢三年的研究生学习生活即将结束，母校提供的学习氛围，让我充满了感激之情。首先深深的感谢我的导师魏风清教授在生活、学习上的对我的指导帮助，论文的完成离不开魏风清的全方位指导。导师魏风清教授严于律己的高尚品格、严肃认真的处事态度、严谨的治学态度深深的时刻感染着我。魏风清以引导为主，启发性的教育方法让我受益匪浅！在三年的研究生学习中，不仅丰富了我的专业知识，还使我有更多的机会接触到了现场实践。在三年时光中，魏风清老师和师母高伟老师在生活上也给予了我无微不至的关怀。在此，向魏风清和高老师表达我最真挚的敬意和感谢！感谢史广山老师、三年来对我学习和生活上的帮助，以及在我论文撰写过程中给予的指导。感谢师兄弟在我论文写作中所给予的帮助，三年的学习和生活中，感谢有你们的陪伴。感谢瓦斯地质研究所的张子敏、张玉贵等老师，对我毕业论文的指导以及在学习中遇到的问题进行的耐心的指导和帮助，激励着我。他们对生活的热情，对事业的追求深深的感染者我！感谢瓦斯地质研究所的所有老师们！感谢学院领导和老师给予的关心、帮助和指导；感谢本文完成过程中引用过的参考文献的作者，是他们卓有成效的科研成果使我深受启发！感谢中平能化十矿的各位领导和技术人员为本论文的撰写提供的大力支持！感谢我的父母及亲人，是他们无私的爱支持着我！对于曾经帮助、指导过我的老师、朋友，未能一一提及，在此一并致上深深的感谢！感谢和朋友一起走过的岁月！感谢在百忙之中评阅本文的各位专家、教授，对参加我论文答辩的各位评委表示衷心的感谢！I摘要煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的灾害之一，保护层开采是最经济有效的区域性防突措施。保护层开采的关键是瓦斯运移规律和保护效果的研究，本文以平煤十矿戊组煤层保护层开采为研究背景，研究了保护层开采的瓦斯运移规律，考察了保护层开采的卸压效果。应用COMSOLMultiphysics软件中的岩土力学模块，对保护层开采后周围煤岩层的应力应变变化进行了模拟。得出被保护层沿倾向及走向应力场分布和应变位移场分布，并根据顶底板法向位移得出被保护层膨胀变形量和卸压角。根据煤层中瓦斯流动理论，采用COMSOL多孔弹性模型，分别对保护层开采不同开挖深度以及不同层间距下被保护层瓦斯压力分布及瓦斯流速矢量场进行了模拟，研究了被保护煤层瓦斯运移规律。根据十矿戊组煤层实际情况，介绍了保护层及被保护层回采及掘进过程中安全技术措施。通过对保护层开采后被保护层煤层残余瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数等瓦斯参数进行现场测试，对被保护层瓦斯涌出资料、钻孔瓦斯涌出初速度Q和钻屑量S等突出危险性验证数据整理分析，研究了被保护层突出危险性及卸压保护效果。以上研究表明，保护层开采后被保护层得到充分卸压和瓦斯释放，在卸压区内消除了突出危险性。关键词：保护层开采；瓦斯运移规律；应力应变；保护效果VAbstractCoalandgasoutburstisoneoftheworstnaturaldisasterinthecoalmine,andprotectivelayerminingisoneofthemosteconomicandeffectiveregionaloutburstpreventionmeasures.Thekeyproblemencounteredinextractingprotectiveseamminingistostudythelawofgasmigrationandeffect.ThispapertakeprotectiveseamminingoftheNo.10mininginPingDingShanastheresearchbackground,researchedthelawofgasmigrationandthepreventiveeffectoftheprotectivelayermining.ThroughthemethodoftheCOMSOLMultiphysicssoftware.Inthispaper,simulationonchangesinthestressandstrainofthesurroundingcoalandrockundertheminingofupperprotectiveE9coalseam.Acpuiredtheresultofalongthetendencyanddirectionstressfielddistribution,thedirectionofprincipalstressandstraindisplacementfielddistribution,thetotaldisplacementdirectionoftheprotectivelayerE10coalseam.Andthenacpuiredprotectivelayerexpansiondeformationaccordingtothenormaldisplacementofroofandfloor,thenstudiedthescopeofprotection.Accordingtothetheoryofgasflowincoalseam,usingCOMSOLinporouselasticmodel,simulatedgaspressuredistributionandgasoccurrenceoftheprotectedcoalseamwithdifferentexcavationdepthofmininganddifferentlayerspacingbetweentheprotectivelayerandprotectivelayer,studiedtheprotectedcoalseamgasmigrationruleandthegasflowvelocityvectorfield,thenconcludedthatprotectivedlayercorrespondingtoresidualgaspressurechangetrend.AccordingtotheactualcircumstanceofEcoalseam,thispaperintroducedthesafetytechnicalmeasuresintheprocessofminingandexcavation.bythewayoftestingtheresidualgaspressure,gascontentandpermeabilitycoefficientofthegasfieldtestparametersofprotectivecoalseamaftertheprotectivelayermininginthefield,andcollectionandanalysisthehighlighttheriskverificationnumberofprotectivegasemissiondata,boreholegasemissionvelocityqvalueanddrillingcuttingsSvalue,studiedtheoutburstdangerandtheeffectofpressurereliefprotectionaftertheprotectivelayermining.Theabovestudieshaveshownthattheprotectedseamhasbeenrelief,theprotectiveseammined,andgashasbeenreleasedtoeliminatecoalandgasoutburst.Keywords:Protectiveseammining；Lawofgasmigration；Stress-strain；PreventiveeffectV目录摘要.............................................................I目录.............................................................V1引言............................................................11.1研究背景及意义...................................................11.2保护层开采研究现状...............................................21.2.1国外研究现状.............................................................31.2.1国内研究现状.............................................................41.3本文主要研究的内容...............................................71.4论文主要创新点...................................................71.5技术路线.........................................................82十矿保护层开采技术条件...........................................92.1矿井概况.........................................................92.2煤层顶底板岩性特征...............................................92.3煤层瓦斯基础参数................................................112.4保护层工作面情况........................................