廢棄礦井采空區(qū)積氣空間表征方法研究及應(yīng)用.pdf

1、我國(guó)歷史上形成的不同類型殘采區(qū)內(nèi)積聚著大量瓦斯資源。對(duì)殘采區(qū)積氣的抽采不僅可以“變廢為寶”改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，減少煤層氣泄露產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，同時(shí)可為以后的殘煤復(fù)采提供安全保障。目前我國(guó)對(duì)殘采區(qū)積氣抽采的研究尚處于起步階段，研究廢棄礦井采空區(qū)積氣空間分布對(duì)于廢棄礦井采空區(qū)瓦斯勘探開(kāi)發(fā)具有重要的理論和實(shí)際意義。本文以山西省岳城煤礦廢棄采空區(qū)為例，采用相似模擬、Matlab編程、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法，開(kāi)展了“廢棄礦井采空區(qū)積氣空間分布

2、特性及應(yīng)用”，取得了如下主要研究成果：
　　（1）應(yīng)力峰值存在于采空區(qū)前方煤巖層中，在垂直方向上越遠(yuǎn)離煤層，其應(yīng)力峰值越小，且應(yīng)力峰值的位置越偏向采空區(qū)。雖采空區(qū)長(zhǎng)度不斷增加，但應(yīng)力峰值始終處在采空區(qū)前方的煤巖層中，處于應(yīng)力降低區(qū)的煤巖層范圍一直在沿工作面推進(jìn)方向移動(dòng)，采空區(qū)上方的巖層在垂直方向上由下位至上位處于處于低應(yīng)力至高應(yīng)力狀態(tài)。
　?。?）利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)和Matlab軟件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)字圖像處理及分

3、析程序，對(duì)其圖像進(jìn)行高清化、二值化、目標(biāo)化處理，并定量提取出采空區(qū)中積氣空間的幾何參數(shù)。結(jié)果表明，隨煤層開(kāi)挖長(zhǎng)度的增加，其采空區(qū)面積呈逐漸增加的趨勢(shì)，但采空區(qū)中積氣空間面積呈現(xiàn)先平緩增加后急劇減小的變化趨勢(shì)，并在煤層開(kāi)挖長(zhǎng)度為93m左右時(shí)達(dá)到最大。積氣空間中的主積氣空間面積隨煤層開(kāi)挖長(zhǎng)度的增大呈現(xiàn)階段性減小的變化趨勢(shì)。積氣空間中的次積氣空間面積隨煤層開(kāi)挖長(zhǎng)度的增大呈現(xiàn)臺(tái)階式增大的趨勢(shì)。
　　（3）數(shù)值模擬試驗(yàn)中，采煤工作面從開(kāi)切眼

4、開(kāi)始向右推進(jìn)，在推進(jìn)到40m時(shí)，直接頂初次垮落。推進(jìn)到60m的時(shí)候，采空區(qū)上方直接頂發(fā)生垮落，其上覆巖層也發(fā)生了一定程度地下沉，且與下部煤層垂距越大其垂直位移越?。煌七M(jìn)到80m時(shí)，基本頂發(fā)生斷裂、垮落，為頂板第二次周期來(lái)壓。當(dāng)下部煤層開(kāi)采超過(guò)140m后，巖層垮落基本穩(wěn)定，其垂直位移最大值達(dá)到了5.8cm，巖層中的垂直位移最大值點(diǎn)基本處于采空區(qū)中心位置上方。在廢棄礦井3＃煤層工作面推進(jìn)過(guò)程中，同一測(cè)線上的不同測(cè)點(diǎn)其垂直位移不同，即同一巖層

5、中的測(cè)點(diǎn)距開(kāi)切眼的距離不同其下沉量是不同的，3＃煤層垂距越大的巖層中測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)間的下沉量差值較小，而與3＃煤層垂距越小，同一巖層上不同測(cè)點(diǎn)間的下沉量差值越大。
　　（4）廢棄礦井采空區(qū)瓦斯是指無(wú)采礦活動(dòng)并封閉采空區(qū)后，采空區(qū)遺煤、遺留煤柱內(nèi)的吸附瓦斯和積氣空間內(nèi)游離瓦斯的總稱。上覆巖層垮落帶內(nèi)豎向裂隙發(fā)育程度較高，巖塊之間不規(guī)則排列，形成了尺度較大的空間，為瓦斯提供充足的儲(chǔ)存；在裂隙帶內(nèi)裂隙主要以橫向發(fā)展為主，離層空間也積聚了一