煤层井下水力增透理论及应用研究

发布时间：2018-05-19 04:42

本文选题：GSI + 煤体透气性　；参考：《河南理工大学》2014年博士论文

【摘要】：瓦斯是制约煤矿安全生产的一个重要因素,同时又是一种不可再生的清洁能源。抽采瓦斯是防治瓦斯灾害事故的根本措施,而煤层透气性是决定抽采瓦斯效果的关键因素。我国煤层的高瓦斯、低透气、强吸附特性,极大增加了瓦斯的抽采难度,因此,改善煤层透气性成为煤矿井下瓦斯抽采的重要研究内容。目前,对于无开采解放层条件的单一煤层,井下增强煤层透气性的方式通常为:煤层松动爆破、二氧化碳炮相变致裂、缩短钻孔间距、增大钻孔直径等,这些措施增加了大量的工程量,但提升抽采效果的作用十分有限。井下水力压裂措施工艺相对简单,可以有效增强煤层透气性,提高瓦斯抽采效果,但尚需进一步研究增透理论、完善技术工艺,达到广泛推广应用的目的。本论文以河南能源化工集团所属的焦煤公司中马村矿与鹤壁中泰矿业为试验区,以研究煤岩体结构的定量表征和瓦斯运移为出发点,揭示了煤层透气性水力增透规律,构建矿井煤层水力增透理论;根据煤层水力增透理论,研究确定了矿井抽采瓦斯水力增透技术工艺,研发了煤层水力增透技术关键装备;提出了煤层瓦斯抽采水力增透技术效果评价指标,并通过现场工业试验进行验证和完善。具体研究内容如下:(1)研究煤体结构特征和瓦斯运移机理,构建矿井煤层水力增透理论。针对煤岩体结构难以定量表达的问题,引入煤层地质强度指数(GSI)对煤岩体结构进行定量表征,讨论分析流动状态的识别方法和标准,揭示瓦斯运移流动状态类型,研究低透气性煤层增透前后的GSI变化规律,并以此建立基于GSI的煤体破裂压力、延伸压力、滤失系数、裂缝参数、压降方程等煤层水力增透理论参数,完善煤层水力增透理论,为瓦斯抽采水力增透技术的形成提供理论支持。通过进行煤体应力应变-煤体结构-渗透率耦合实验,得出GSI与煤体渗透率关系:煤体GSI值从0-100,煤体的渗透率呈正态分布规律,煤体渗透率最大值所对应的GSI峰值为52.7,对于GSI值小于52.7的煤体通过卸压进行增透,对于GSI值大于52.7的煤体通过压裂进行增透;当100≥GSI≥65时,煤层中瓦斯运移方式主要为扩散-渗流或者扩散,当65≥GSI≥45时,煤层中瓦斯的运移方式主要为渗流,当0GSI45时,煤层中瓦斯运移方式主要为扩散。(2)基于矿井煤层水力增透理论,研究形成煤层瓦斯抽采水力增透技术工艺。根据煤层水力增透理论,按照优化煤层GSI的原则,分别对煤矿井煤层常规水力压裂、水力吞吐、水力压冲、水力喷射等水力化工艺的增透机理和多重效应进行讨论,对比分析了不同增透方法,确定了硬煤通过形成裂隙体系与卸压增透,对于软煤则主要通过卸压增透;并且针对不同煤体结构采用对应增透工艺,分别进行本煤层顺层与穿层孔的水力增透试验;最终形成一套基于特定煤层瓦斯抽采水力增透的技术工艺,并对工艺中的关键技术装备进行了研发和定型。(3)针对煤层瓦斯抽采水力增透技术,提出并确定了增透效果评价指标体系,并通过试验对理论进行验证和完善。在煤层井下水力增透理论支撑下,研发确定煤矿井下水力增透的配套设备和技术方案,包括增透装备、钻孔布置、封孔工艺、增透类型选择、效果评价方法等。通过煤矿井下瓦斯抽采水力增透工艺技术在中马村矿和鹤壁中泰矿业的试验研究,验证水力增透瓦斯抽采效果,进一步完善了煤体水力增透理论及工艺技术。
[Abstract]:In this paper , it is a fundamental measure to control the gas permeability of coal seam and to improve the permeability of coal seam . The permeability of coal body is normal distribution law , the GSI peak corresponding to the maximum permeability of coal body is 52.7 , and the coal body with GSI value less than 52.7 is increased through fracturing .
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6

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