综放工作面沿空留巷瓦斯治理技术研究.doc

五阳煤矿综放工作面沿空留巷瓦斯治理技术研究 阶段报告 山西潞安环保能源开发股份有限公司 辽宁工程技术大学 二〇一二年九月 目 录 1 项目概况 1 1.1 工程背景 1 1.2 主要研究内容 3 2 采场周围支承压力理论分析 4 2.1 采场周围应力分布 4 2.2 回采工作面前后支承压力 6 2.3 支承压力极限平衡区宽度 8 2.4 7602回风顺槽矿压特征机理研究 11 2.4.1 围岩结构特征 11 2.4.2 围岩压力特征 13 2.4.3 巷围岩变形特征 13 3 综放沿空留巷数值模拟研究 16 3.1 FLAC2D基本原理及软件简介 16 3.2 计算模型及计算方案 20 3.3 边界条件及加载条件 22 3.4 计算结果分析 23 4 7602回风顺槽墩柱+木垛支护实验方案 25 4.1 墩柱+木垛加强支护方案 25 4.1.1 木跺性能参数 27 4.1.2 墩柱性能参数 28 4.2 观测方法及仪器 28 5 支护方案与观测结果分析 30 5.1 观测工作概况 30 5.2 观测资料分析 30 5.3 小结 31 6 结论与建议 32 1 项目概况 1.1 工程背景 7602工作面位于76采区南部，在工作面东部平行布置有76-2区段回风巷、76-2区段轨道巷，北部布置7602回风巷，南部布置7602巷。根据特厚煤层矿井综放工作面巷道布置经验、矿井开拓部署及煤层赋存特点、工作面运输、通风瓦斯等方面的需要，位于采区的7工作面为一进两回的“U+I”型布置方式。工作面长度为2m，走向长度为m，可采长度10m。均沿煤层底板布置，各工作面巷道通过直接连接、联络巷连接与7采区专用回风巷、巷、连接，形成生产系统，其中工作面担负工作面煤炭运输，兼进风；担负工作面辅助材料运输，兼回风风，瓦排巷为工作面专用瓦斯排放巷兼做回风巷。7602工作面运输巷、回风顺槽均采用矩形断面，宽5m，高3.5m，净断面积17.5m2锚网支护；7602瓦斯排放巷宽4.0m，高3.2m，采用锚网支护。一进回方式 图1.1 7602回风顺槽锚固支护示意图 1.2 主要研究内容 项目研究的主要内容如下： (1) 7602工作面沿空留巷可行性分析 在厚煤层综放开采条件下，沿空留巷的矿压显现规律与薄煤层及中厚煤层相比具有许多不同的特点，分析沿空留巷的整体环境及可行性。 (2) 综放沿空留巷模拟研究沿空留巷技术能否取得成功，关键在于沿空留巷巷道的围岩稳定性。采用数值模拟的方法对沿空留巷巷道围岩变形破坏特征进行分析研究，并对留巷稳定性进行整体评价，主要包括分析巷旁支护体强度对巷道围岩稳定性的影响及二次采动对沿空巷道围岩稳定性的影响等综放开采沿空留巷的控制研究综放开采沿空留巷的围岩应力和顶板下沉规律综放开采沿空留巷的巷支护技术研究 2 采场周围支承压力理论分析 2.1 采场周围应力分布 工作面自开切眼向前推进，破坏了原岩应力场的平衡状态，引起了应力场的再分布。开始时基本顶尚处于完整状态，在基本顶岩层尚未破断以前，基本顶将被四周未采动的煤体所支撑，因而此时可视基本顶岩层为板，它与采空区四周支撑体形成一完整的结构体系，承受上覆岩层的载荷。此时回采工作空间处于这个结构体系的保护之中。采空区四周应力重新分布状态如图2.1所示。图中按垂直应力变化的大小，可将其分为A——增压区；B——减压区；C——稳压区，即恢复到的区域。图中也表示了在采空区周围水平应力由小变大的情况。鉴于采空后改变了四周支承物上的压力状态，一般称采空区四周支承物上所受的垂直作用应力为支承压力。 图2.1 老顶断裂前的结构形式及其周围的应力再分布 A—应力增高区；B——应女降低区；C——应力不变区 为上覆岩层的载荷，K为应力集中系数，为直接顶的厚度。 由图可知，采空区底板仅承受垮落岩层形成的载荷，它远比原岩应力为低。随着回采工作面的推进，回采工作面四周的支承压力分布如图2.2所示。 图2.2 回采工作面周围垂直应力在煤层平面内分布示意图 此时在工作面前方形成了前支承压力，它随工作面推进而不断推移，最大值发生在工作面中部前方，峰值可达原岩压力的2~4倍，即(2~4)。 前支承压力的峰值位置可深入煤体内2~10m。其影响范围根据观测资料可达工作面前方90~100m。 回采工作面推进一定距离后，采空区后方将逐渐进入压实状态，此时也可能形成另一个波形压力峰值，此峰值根据情况有可能略大干、等于或小于值。 在回采工作面推过后，上下两侧沿倾斜上、下方均可形成支承压力，即称为侧向支承压力，当相邻两工作面保持一定距离同时推进时，两相邻回采空间相互间必然形成支承压力的叠加。德国埃森采矿研究中心进行了理论计算，并绘出了相邻两工作面周围的支承压力分布示意图