[发明专利]基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法

摘要

本发明涉及基于采动裂隙椭抛带的煤与瓦斯共采方法，通过物理相似材料模拟实验和数值模拟计算，分析了煤层开采工作面推进过程中，上覆岩层形成的采动裂隙椭抛带时空演化与分布特征，得到内椭抛面高度h1、外椭抛面高度h2、切眼、工作面、进风巷和回风巷的相关参数，推导出椭抛带的数学公式。将物理相似模拟实验及数值模拟实验的结果打入椭抛带数学公式中，便可确定瓦斯抽采钻孔终点和瓦斯抽采巷层位高度。通过现场效果检验，证明了将瓦斯抽放钻孔终孔和瓦斯抽放巷布置在采动裂隙椭抛带中，能大幅度提高瓦斯抽采浓度，从而实现了工作面采煤与连续抽采卸压瓦斯同步推进，得出高瓦斯煤层开采煤与瓦斯共采机理。

主权项

一种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；其特征在于：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=(lwhγm×103)/g                                （1）式中：γm—模型材料的容重，此处γm=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mi（kg），即mi=G×Ri                                         （2）式中：Ri——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如下： ( 2 x a ) 2 + ( 2 y b ) 2 = - z - h 1 h 1 ( 2 x - A 1 + A 2 a - A 1 - A 2 ) 2 + ( 2 y - B 1 + B 2 b - B 1 - B 2 ) 2 = - z - h 2 h 2 式中：x、y、z—上覆岩层任意一点的空间坐标；a—椭圆长轴之半，即综放面推进距离之半；b—椭圆短轴之半，即综放面长度之半；h1—内椭抛带高度；h2—外椭抛带高度；A1、A2、B1、B2—分别为切眼、工作面、进风巷、回风巷椭抛带宽；（4）在已知上覆岩层任意一点的空间坐标（x、y、z）后，将其带入椭抛带数学公式便可确定卸压后钻孔终孔的合理位置和瓦斯抽采巷道的合理层位，实施煤与瓦斯共采。