[发明专利]基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿山安全工程技术(瓦斯抽采技术)领域，具体是通过分析采动裂隙带时空演化规律及分布特征，以及卸压瓦斯抽采钻孔终点（或抽采巷道终口）布置的定量化参数，提出基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法。适用于我国煤矿生产过程中的瓦斯抽采系统中钻孔终孔位置的确定以及高抽巷层位的确定，大大提高了煤矿生产过程中瓦斯利用效率。

背景技术

煤层赋存于地下，其上部覆岩是一系列岩层的有序组合，而层状组合中有一层或几层较为坚硬的厚岩层对控制整个上覆岩体的变形与破坏起主要的作用，这种坚硬的岩层称为关键层(Key stratum)，且多数上覆岩层中的关键层不止一层。煤层开采后，上覆岩层在关键层未破断失稳前，将以Winkle弹性地基结构形式产生挠曲下沉变形。此时，关键层下部将产生不协调的连续变形离层和各种裂隙分布。而主要分布于煤层上部覆岩中的有两种裂隙，即竖向破断裂隙和离层裂隙。由于此两种裂隙的广泛存在，为瓦斯的运移与积聚提供了通道和空间。

目前，我国煤矿生产中对瓦斯的抽采方法以边采边抽为主。但在实施过程中对于瓦斯抽采钻孔的终孔位置以及高抽巷层位的确定上仍然处于利用经验判断的水平上。

发明内容

如果能够采用某种方法计算出并优化终孔位置以及高抽巷层位，那将会在很大程度上提高我国瓦斯的利用率，具有很高的社会价值。本发明所涉及的基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法，就是主要是针对于这一课题提出的。本发明的目的是提供基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法，通过对物理相似模拟和数值模拟的结果进行分析，得到内外椭抛面的高度及切眼、工作面、进风巷和回风巷的带宽等参数，使得瓦斯抽采钻孔终点，瓦斯抽放巷层位布置的更加准确，使现场瓦斯抽采的效率大大提高。

本发明解决上述技术问题采用的技术解决方案是：基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法：随工作面的推进，具有依次向上发展分层运动的破断与离层特征的上覆岩层，会形成覆岩采动裂隙带，其中的岩层层面离层裂隙和穿层破断裂隙相互贯通，在空间上产生形似椭圆抛物面的外部边界，称为外椭抛面；当工作面推进一定距离后，位于采空区中部的覆岩采动裂隙基本被压实，其边界也可用近似的椭圆抛物面来描述，称为内椭抛面；所述的方法包括以下步骤：

（1）通过现场对煤层参数的实际调研，运用相似理论进行推导，根据配比计算公式计算出每个岩层中所有材料的总质量及某种材料的质量，

计算每个岩层中所有材料的总质量G（kg），即

G=(lwhγ_m×10³)/g                                （1）

式中：γ_m—模型材料的容重，此处γ_m=15.7kN/m³；

g—重力加速度，g=9.8N/kg；

l、w、h—模型长度、宽度、高度，m。

计每层中需要某种材料的质量m_i（kg），即

m_i=G×R_i                                        （2）

式中：R_i——某料在每层中的比例，由配比号计算确定。

使其能够满足实验要求的配比，用此搭建模型，开展物理相似模拟实验，通过实验得到内外椭抛面高度h₁、h₂；

（2）利用UDEC有限元数值模拟软件结合现场实际参数进行数值计算，得出切眼、工作面、进风巷和回风巷的带宽；

（3）通过对以上参数的理论分析，整理得到采动裂隙椭抛带数学公式：