【摘 要】
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煤与瓦斯突出是制约我国深部矿井安全高效生产的重大灾害之一,突出煤层回采工作面往往具有卸压带短、煤层干燥等特征。为消除煤层突出危险性,增加卸压带长度,提出了“爆破+注
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煤与瓦斯突出是制约我国深部矿井安全高效生产的重大灾害之一,突出煤层回采工作面往往具有卸压带短、煤层干燥等特征。为消除煤层突出危险性,增加卸压带长度,提出了“爆破+注水”一体化的防突方法。针对爆破孔内炸药存在拒爆的安全隐患、和爆破孔内不能继续注水的难题,开发了“爆破-注水”一体化成套封孔技术和装备,实现了同一钻孔内装药、水封爆破、煤层注水的一体化安全高效作业。在本文中,笔者首先借助数值模拟的手段,研究了采动应力场作用下,松动爆破的卸压消突的机理,优化了爆注一体化工艺的施工布置;其次通过实验室实验,研究了水分侵入后,煤体瓦斯吸附解吸特性,阐述了煤层注水的消突机理;最后通过现场试验,再次验证了爆注一体化技术的消突效果。主要的研究结论如下:(1)通过FLAC3D数值模拟软件研究发现,松动爆破后采面的弹性应变能释放,形成一块安全区,有效阻碍深部应变能的释放。其次,弹性应变能峰值转向深部转移,降低了回采扰动触发突出事故的机率。同时,在爆破的有效区域内,三向渗透率均有明显提高。这不仅有利于采场深部的瓦斯涌向工作面,还为后续的煤层注水作业奠定了基础。(2)通过自建的实验平台,研究了水分侵入煤体后瓦斯的解吸特性。结果表明,水抑制瓦斯解吸强度远大于水置换瓦斯解吸强度。结合煤与瓦斯突出的能量耗散规律可发现,随着注水比的增加,煤体瓦斯膨胀能减小,显著降低了煤层突出危险性。(3)在平煤十矿戊15.16-24100的现场试验表明,爆注一体化技术实施后,采面应力峰值向煤层深部平均转移5m;爆破后30分钟内瓦斯涌出量是爆破前30分钟瓦斯涌出量的2倍,工作面每月的平均瓦斯浓度由之前的0.53%下降至0.37%,约下降30.1%;此外措施执行后,采面每月的瓦斯报警次数由原先的25次,到后期基本消失;回风流中的全尘与呼吸性粉尘月平均浓度明显降低,有效改善井下作业环境,降低职业病的发病概率。论文的研究结果为突出煤层回采工作面快速卸压消突奠定了重要的理论与技术基础,促进了煤岩动力灾害防治技术的进一步发展。本论文共有图44幅,表2个,参考文献101篇。
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