倾斜巨厚煤层开采卸压瓦斯运储区"类冷却塔"形成机理及分域抽采
赵鹏翔1
卓日升2
李树刚3
孙学阳4
林海飞2
刘元嘉5
常泽晨6
杨俊生7
张艺波6
邵秋冬8
1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐 830023;煤炭行业西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;煤炭行业西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西西安 7100543.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 710054;煤炭行业西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西西安 710054;新疆工程学院新疆煤矿灾害智能防控与应急重点实验室,新疆乌鲁木齐 8300234.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 7100545.新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐 830023;新疆工程学院新疆煤矿灾害智能防控与应急重点实验室,新疆乌鲁木齐 8300236.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安 7100547.兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿,新疆昌吉 8311148.新疆昌吉市菏泽腾达矿业有限责任公司,新疆昌吉 831100
摘要：为探究倾斜巨厚煤层综放开采条件下覆岩裂隙场的分布特征和卸压瓦斯储运规律,同时研究瓦斯抽采方法的优选机制,以新疆某高瓦斯矿井为研究对象,开展了大型二维物理相似模拟试验.分析了采场覆岩的运动形态,得到了覆岩应力演化特征,计算了覆岩位移、角度和概率熵变特征,阐明了卸压瓦斯运储区"类冷却塔"形成机理,推演了瓦斯运储区发育形态,构建了瓦斯运储区数学理论控制模型,并以此提出卸压瓦斯分域抽采技术.研究结果表明:倾斜巨厚煤层综放开采条件下,卸压瓦斯运储区呈现"类冷却塔"分布特征,运储区煤壁侧前方的最大应力变化值为37 MPa,应力集中系数为7.60.覆岩碎胀系数呈"两翼高-中部低"的非对称分布特征,碎胀系数由1.19升高到1.61.此外采用PCAS图像分析软件得到空隙和裂隙的分布规律、空间关系,开切眼侧的裂隙结构发育程度明显比工作面侧的更为完全,并定义了分形维数1.28和裂隙长度15 mm为卸压瓦斯运储区的判定参数指标.考虑瓦斯在采空区的运移、扩散及储集形态,建立倾斜巨厚煤层卸压瓦斯运储区数学理论控制模型,并给出了卸压瓦斯运储区的各边界计算公式.指导设计高位定向长钻孔的布置参数,取得了良好的抽采效果.研究结果在新疆硫磺沟矿区得到初步应用,为倾斜巨厚煤层综放开采瓦斯高效抽采提供了理论参考,保障了类似条件下矿井安全高效的回采.
关键词：倾斜巨厚煤层采动裂隙瓦斯运储区"类冷却塔"模型分域抽采
分类号：TD712.6(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC3009004)陕西省重点研发项目(2024GX-YBXM-490)陕西省自然科学基础研究计划一般项目(2025JC-YBQN-657)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-31（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 1002-1019 )
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