一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法与流程

本发明涉及采矿技术领域，具体为一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法。

背景技术：

地质构造是决定煤层瓦斯突出危险区在平面上分区、剖面上分带的主要控制因素，而且由于地质构造的不同部位应力条件存在显著的差异，瓦斯突出危险程度也呈现相应的变化。同时，开采过程中构造应力场与采动应力场动态演化，地质构造也可能发生新的活动和力学性质的转化，会导致煤层不同部位瓦斯突出危险程度也发生着动态变化。因此，从时间和空间角度开展工作面瓦斯突出危险性预测具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有采矿业中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法，能够在分析过程立足工作面开采过程、着眼于煤层小构造附近瓦斯突出危险性变化特征，能够对采煤工作面开采前、开采过程中地质构造附近应力场分布特征做出动态分析，判断瓦斯突出危险部位以及发生时刻，方便进行危险分析。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法，该分析方法如下：

步骤一：开展区域及矿井瓦斯地质规律分析，初步确定采煤工作面所处的构造应力场特征及矿井瓦斯赋存特征；

步骤二：利用井下巷道和瓦斯抽采工程，开展巷道变形破坏特征与应力痕迹特征观测、煤层小构造探测，根据实际观测与收集到的瓦斯地质数据，进行构造应力场分析、煤层小构造预测；

步骤三：建立采煤工作面数值分析计算模型，通过对开采前地质构造附近应力场分布特征数值模拟分析，预测工作面开采前应力集中部位，指导突出煤层区域防突措施效果检验；

步骤四：通过对开采过程中地质构造附近应力场演化特征数值模拟分析，判断工作面开采过程中应力集中部位，为工作面瓦斯突出防治措施制定提供理论参考。

与现有技术相比：本申请文件中的采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法能够在分析过程立足工作面开采过程、着眼于煤层小构造附近瓦斯突出危险性变化特征，能够对采煤工作面开采前、开采过程中地质构造附近应力场分布特征做出动态分析，判断瓦斯突出危险部位以及发生时刻，方便进行危险分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法的流程示意图；

图2为本发明一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法的实验工作面结构示意图；

图3-1为本发明一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法的工作面未开采结构示意图；

图3-2为本发明一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法的工作面距断层12m结构示意图；

图4-1为本发明一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法的钻孔瓦斯涌出初速度结构示意图；

图4-2为本发明一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法的钻孔瓦斯解吸指标结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明提供一种采煤工作面瓦斯突出危险性动态分析方法，该方法通过焦作古汉山矿14171采煤工作面为例，来说明采煤工作面瓦斯突出危险动态分析方法的应用，焦作古汉山矿位于太行山的东南麓，整个井田属南东向的缓倾单斜构造，矿井目前开采的二1煤层具有煤与瓦斯突出危险性。

步骤一，区域及矿井瓦斯地质规律分析，初步确定采煤工作面所处的构造应力场特征及矿井瓦斯赋存特征。不同地质条件控制着区域到矿区、矿井、采区、采面的瓦斯赋存状态，矿区(煤田)构造作用的范围和强度受区域构造所控制，而井田和采区、采面构造的范围和强度受矿区构造所控制。通过区域及矿井瓦斯地质规律研究，揭示矿井瓦斯赋存规律及构造控制特征，初步分析采煤工作面所处的瓦斯赋存环境，为煤层小构造预测、地应力场最大主应力方向预测等工作开展提供宏观指导。

矿区石炭－二叠纪含煤地层沉积形成之后，先后经历了多次构造运动，导致了区域整体瓦斯突出危险性大。目前开采的二1煤层具有煤与瓦斯突出危险性，地质构造附近往往出现瓦斯赋存异常甚至发生瓦斯突出灾害；

试验工作面位于14采区东翼下部(图2)，采用分层走向长壁采煤法，综采采煤工艺，目前开采上分层，平均采高3m，工作面倾向长度123m、走向长度592m，工作面上部为14151采空区，下部区域尚未开采，东为f1414断层保护煤柱，西为一四延深皮带下山大巷保护煤柱。

步骤二，开展构造应力场分析、煤层地质构造预测。结合瓦斯抽采工程、巷道变形破坏等特征开展了地质勘查，预测工作面附近最大水平主应力方向为n70°e向，在试验工作面统尺范围360-390m、倾向上距离运输巷35m处可能发育一条走向nw45°、落差1.5m左右断层。有关地应力与地质构造预测研究成果已另文发表。

步骤三，开展采煤工作面瓦斯地质数值分析，预测工作面瓦斯突出危险，由于小构造附近瓦斯突出危险程度动态变化与区域地应力场方向、开采条件和小构造产状特征等因素密切相关。因此，准确获取区域地应力场主应力方向、小构造产状特征等因素是开展瓦斯突出危险动态分析的基础工作。

结合试验工作面空间布置、地质条件特征，利用flac3d建立工作面瓦斯地质三维数值计算模型，并结合开采条件模拟了工作面的开采过程。

根据模拟开采过程发现：当开采前，在沿小断层端部偏一侧15m范围内，应力高度集中(图3-1)；在开采过程中，在工作面距离断层12m时，沿断层走向范围存在高度应力集中(图3-2)

根据数值模拟结果，这些应力集中区域可能存在较高的瓦斯突出性，应当加强实施瓦斯防治措施。现场对瓦斯突出预测参数和断层的观测验证了预测结果的正确性，揭露的断层延伸长度30m、n倾，而瓦斯突出预测指标在断层一侧8-20m范围明显大于平均值(图4-1、4-2)，这与数值模拟分析结果也基本吻合，证明了该发明方法的有效性

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。