基于PFC与FLAC的采空区覆岩垮落特征及瓦斯运移规律研究
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摘要: 针对工作面隅角瓦斯治理难题,为揭示采动覆岩垮落特征与瓦斯运移富集规律,以长平煤矿5304工作面为工程背景,构建了PFC离散元数值模型,分析了工作面回采过程覆岩垮落与裂隙发育演化特征;进一步利用FLAC建立了采空区瓦斯渗流数值模型并提出了基于裂隙密度的覆岩渗透率修正方法,借助FISH语言实现了PFC裂隙场向FLAC渗流场的参量映射,阐明了瓦斯运移路径与富集分布规律;通过现场高位钻孔瓦斯抽采工业性试验对研究结果进行了验证。结果表明:5304工作面回采稳定后,垮落带高度为21.8 m,裂隙带最大发育高度为74.2 m,与规范经验公式计算结果吻合;修正后的渗透率场与采动裂隙发育范围高度契合,可精准表征覆岩渗流特性;采空区瓦斯高效渗流区集中于煤层顶板垂高35 m 范围内,有效渗流区上限为50 m;现场试验确定煤层顶板35~40 m的裂隙带下部为高位钻孔最优抽采层位,与数值模拟结果一致,瓦斯抽采浓度最高达55%。研究成果可为综放工作面采空区瓦斯精准治理与高位抽采钻孔层位优化提供理论支撑与工程参考。
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