高瓦斯厚煤层大断面巷道掘进关键参数优化与技术研究

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在高瓦斯煤层中掘进大断面巷道,由于巷道围岩稳定性差和瓦斯涌出量大从而导致的围岩垮塌和瓦斯突出等灾害,对巷道掘进施工造成很大的影响,因此降低煤层瓦斯含量和控制厚煤层中大断面巷道围岩稳定性是提高高瓦斯巷道掘进速度的关键。目前高瓦斯巷道采用瓦斯抽采的方法降低煤层瓦斯含量,然而,由于瓦斯抽采率较低,抽采技术不完善,抽采的参数确定更多的依赖现场经验,在现场使用中存在较大的不足;同时由于大断面巷道支护密度高、支护强度大、支护时间长,因此巷道支护方式和支护参数的科学确定也是亟待解决的问题。由此本文以余吾煤矿的高瓦斯厚煤层大断面巷道围岩为研究对象,针对其中的瓦斯抽采和巷道支护两方面的关键参数进行优化,形成相应的技术,以实现高瓦斯大断面煤巷的安全快速施工,对指导高瓦斯厚煤层大断面巷道掘进具有重要的意义。  本文采用理论分析、数值模拟、现场试验的方法,针对目前余吾煤矿S1205胶带顺槽瓦斯抽采和巷道支护展开研究。首先建立瓦斯流固耦合控制方程,在瓦斯流固耦合控制方程的基础上运用多物理场耦合软件COMSOL对瓦斯抽采钻孔进行模拟,并得到在单个抽采孔不同参数下的抽采效果和多个抽采孔的合理抽采布置间距,并对现场的钻孔施工设备和工艺进行优化,然后运用FLAC3D数值模拟软件对大断面巷道进行支护参数方案对比,得到优化后的支护方式和参数,达到提高支护质量和支护速度的目的。  根据以上的研究成果,在余吾煤矿S1205胶带顺槽进行了现场试验,现场巷道围岩监测和瓦斯抽采钻孔监测表明,抽采效果较之前的抽采效果提高,而且巷道支护效果较好,减少的支护材料使用从而节约支护成本,提高了成巷速度,具有较大的经济效益,为类似条件下煤层巷道提供了有益的借鉴。
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