基于I-FAHP-EWMDA的平顶山矿区瓦斯抽采技术分类与数值模拟研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengtao0615
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随着矿井开采深度的增加,煤层瓦斯含量逐渐增大,高瓦斯突出矿井数量逐渐增多,瓦斯治理成为确保矿井安全生产的首要问题,但瓦斯抽采技术的不同决定了其抽采效果及适用条件的不同,而瓦斯抽采技术分类是提高瓦斯治理效果重要措施之一。本文结合理论分析、数值模拟与现场试验的方法,研究回采过程中采场覆岩裂隙演化过程及瓦斯运移特性、瓦斯富集区、瓦斯抽采技术适用性、抽采技术分类、抽采组合模式及抽采效果,并分析现场实验数据。论文以平煤十矿己15.16-24130工作面为研究背景,借助FLAC3D和3DEC数值模拟软件,对煤层群开采覆岩运移破坏规律进行研究,揭示了采场裂隙演化过程及瓦斯运移规律。通过不同推进度下覆岩位移变化的检测数据分析确定采场冒落带和裂隙带高度,覆岩裂隙发育呈“梯形”状态且随工作面的推进不断前移。采用分源法预测矿井瓦斯涌出量并分析抽采必要性与可行性,根据瓦斯抽采技术方法及选择原则分析平顶山矿区典型的瓦斯抽采技术及适用条件,现场调研和收集平顶山矿区12个矿井的16个采煤工作面的抽采技术相关资料,筛选出13种常用的瓦斯抽采技术,根据瓦斯富集区域分析,总结各抽采技术的瓦斯抽采区域,并根据瓦斯来源将其定义为上位、中位和下位瓦斯。针对平顶山矿区煤与瓦斯突出性特点分析其影响因素,构建突出危险评价指标体系,划分突出危险性等级,结合模糊综合评价理论,引入指数函数并结合动态调整系数改进“AHP”法和“EWM”法,提出了 I-FAHP-EWMDA评价模型,并利用该模型分析16个工作面煤与瓦斯突出性,预测结果与现场实际吻合。建立瓦斯抽采技术适用性评价指标体系,采用I-FAHP-EWMDA评价模型评价筛选出的13种瓦斯抽采技术的适用性,分析评价结果对其进行优选,根据瓦斯来源部位和抽采时机对瓦斯抽采技术进行分类,并依据分类结果组合瓦斯抽采技术模式,提出了三位联动全程瓦斯抽采技术。借助Comsol Multiphysics数值模拟软件,建立瓦斯抽采数学模型,通过数值模拟研究不同抽采技术组合模式下的瓦斯抽采效果,根据模拟结果对比分析采空区埋管、高位钻孔、工作面顺层钻孔和中间巷底板穿层钻孔及其组合模式下的抽采效果,结果表明抽采技术组合模式下能够显著提升瓦斯抽采效果。根据瓦斯抽采技术分类结果,结合瓦斯抽采组合模式抽采效果模拟结果,以平煤十矿己15.16-24130工作面为例开展现场实验,从残余瓦斯含量、残余瓦斯压力、钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度、瓦斯抽采率和回风巷瓦斯浓度等多方面分析三位联动全程瓦斯抽采技术的抽采效果。结果表明,工作面抽采稳定后最大残余瓦斯含量5.89m3/t,最大残余瓦斯压力0.548MPa;最大钻屑量为3.76kg/m,最大钻孔瓦斯涌出初速度为2.59 L/min,均低于相.关标准规定的临界值;瓦斯抽采率达73.91%,整个回采期间回风巷瓦斯最大浓度为0.43%,回风巷瓦斯量也降低了 59.02%,瓦斯抽采效果显著。该论文有图71幅,表62个,参考文献191篇。
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