【摘 要】
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由于煤炭资源的持续开采,加之我国浅部的煤炭资源的稀缺,使得我国矿井的开采深度不断增加。进入深部开采后,煤层的地质条件变得复杂,其煤与瓦斯突出突出危险性也变得更大。保护层开采是防治煤与瓦斯突出最经济有效的区域瓦斯治理技术之一,但面对深部区域无适宜的保护层可供选择的情况,传统的保护层开采方式遭遇瓶颈。本文以平煤十三矿己15-17煤层无适宜传统保护层开采为研究背景,系统测试了己15-17煤层煤体的物性参
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由于煤炭资源的持续开采,加之我国浅部的煤炭资源的稀缺,使得我国矿井的开采深度不断增加。进入深部开采后,煤层的地质条件变得复杂,其煤与瓦斯突出突出危险性也变得更大。保护层开采是防治煤与瓦斯突出最经济有效的区域瓦斯治理技术之一,但面对深部区域无适宜的保护层可供选择的情况,传统的保护层开采方式遭遇瓶颈。本文以平煤十三矿己15-17煤层无适宜传统保护层开采为研究背景,系统测试了己15-17煤层煤体的物性参数,提出了开采软岩上保护层的新型保护层开采方式,运用数值模拟与现场考察相结合的方法对软岩上保护层开采的卸压效果进行了研究。本文的具体研究内容如下:（1）通过实验室实验,系统研究了煤样的基础物性参数、孔隙结构和吸附解吸性能,得出了己15-17煤是较软的中等变质程度焦煤,且其煤样内部的微孔和小孔的发育程度较高,具有构造煤的特征;从吸附解吸实验来看,煤样的瓦斯吸附常数a值最大为28.4008m~3/t,瓦斯吸附能力强、放散快,具备发生大型突出的条件,综合实验数据来看,己15-17煤层是煤与瓦斯突出煤层。（2）通过煤层的多项参数和地质条件,分别从瓦斯赋存、瓦斯突出分带和煤厚变化角度进行了突出危险性评价,从技术因素和经济效益方面论证了瓦斯防突方法选择,并论述了软岩保护层的可行性。（3）运用FLAC3D数值模拟的方法,针对上软岩保护层不同采高的工况,对软岩上保护层开采过程中的下伏煤岩体的位移变化、应力变化以及塑性区的破坏情况进行了理论分析,获得了软岩上保护层开采的卸压效果规律。不同的工作面推进距离下,垂向位移变化量随着推进距离的增加而逐渐增大,应力出现先迅速增大、后缓慢减小的变化状态,塑性破坏区随推进距离的增大而不断增大,但其中一部分坚硬岩体并未发生塑性破坏,而被保护层塑性破坏显著,分析了选择采高2m方案的合理性。（4）综合阐述了己15-17煤层以软岩上保护层为核心的,确保煤层开采安全性的综合瓦斯治理措施;在平煤十三矿的己15-17煤层进行了现场试验,对瓦斯抽采效果、卸压边界和膨胀变形率等指标进行了现场考察。结果显示,软岩上保护层开采后,卸压范围单孔平均瓦斯浓度较未卸压区至少提高了160%,卸压后抽采纯量是卸压前的32倍,走向卸压边界为软岩上保护层开切眼水平内错9.5m处,倾向卸压边界为软岩上保护层风、机巷水平向工作面内错4.3m,被保护层相对膨胀变形率最高达到8.92‰,数值模拟结果与实测结果基本相符。该论文有图72幅,表29个,参考文献79篇。
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