深部双关键层采动裂隙演化与分形渗流模型
杨科1
郑诗章1
罗孝勇2
刘文杰1
许日杰1
1.安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 矿业工程学院,安徽 淮南 2320012.淮沪煤电有限公司 丁集煤矿,安徽 淮南 232001
摘要：如何定量化描述双关键层下采动裂隙发育与渗透率演化规律是实现采空区及裂隙带瓦斯高效抽采的关键.以淮南矿区丁集煤矿作为工程背景,通过数值模拟研究深部双关键层工作面采动过程中覆岩裂隙的动态演化规律,利用图像化网格划分方法对裂隙密度和裂隙率进行量化分析,引入分形理论描述采动裂隙扩展与闭合过程,进而基于裂隙平面板模型推导了覆岩裂隙的分形渗流模型,提出了高抽巷靶向层位的优选判据.研究结果表明:①深部双关键层煤层开采过程中,随工作面推进采动裂隙向上方和前方发育,水平方向采空区中部裂隙小而密,工作面及开切眼裂隙大而疏,垂直方向关键层 2 下方裂隙结构完整,存在期长,裂隙面积和分形维数均大于其他层位,表明关键层对裂隙分布发挥保护与协调作用;②根据采动裂隙分形渗流模型计算覆岩渗透率数量级为10-14～10-11 m2,渗透率分布随工作面推进先后呈"单驼峰"—"梯台"—"马鞍"状演化规律,开采结束后关键层 1上方形成狭长的低渗区,关键层 2 下方渗透率最大超过 1×10-11 m2,显示出双关键层间接控制着覆岩渗透率的分布;③影响高抽巷抽采效果的主要因素为瓦斯源、瓦斯通道和巷道稳定性,基于此从瓦斯积聚程度、高渗区存在期和高抽巷稳定性等 3个方面量化定义高抽巷有效抽采系数概念,提出高抽巷靶向层位优选判据,并在试验工作面进行应用,取得了良好的瓦斯抽采效果.研究成果可为深部双关键层煤层采动裂隙渗流演化规律的研究提供参考,为矿井高抽巷层位布置提供技术参考.
关键词：双关键层采动裂隙分形维数渗透率模型瓦斯抽采
分类号：TD32(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U21A20110)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-03（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 73-87 )
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