当前位置:主页 > 科技论文 > 安全工程论文 >

煤—围岩水力扰动增透机理及技术研究

发布时间:2019-04-18 10:23
【摘要】:瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的根本,低渗煤层抽采瓦斯浓度低、效率低,难以满足安全生产和环境保护需求。增透是提高低渗煤层抽采效率的有效途径,对其研究具有重要意义,由此提出了水力扰动增透技术。本文以瓦斯地质学、弹塑性力学、断裂力学、渗流力学等理论为指导,以煤、围岩孔裂隙特征、力学性质特征为基础资料;开展了“基于煤岩体结构的加卸载-渗透率实验”、“煤体结构相似材料模拟”、“软煤采动影响条件下水力压裂实验”和“硬煤变围压条件下水力裂缝转向实验”等实验;采用MShale、COMSOL Multiphysics数值模拟,对水力扰动缝网形成因素、力学机制及渗透率演化规律等进行了研究。通过研究得出以下结论:(1)煤体结构、煤岩脆性、煤岩分层介质、煤层厚度、天然裂缝、渗透率等均对水力缝网的形成具有重要意义。其中煤体结构越完整、脆性指数越高,越有利于缝网的开启煤岩分层介质对裂缝高度具有控制作用,煤层厚度越小,越有利于增加缝长;天然裂缝和渗透率的各向异性可直接指导水力钻孔的布置方位。(2)软煤水力裂缝为中宽外扁孔洞状,且裂缝开启方向并不完全由应力控制,硬煤开启水力裂缝为扁平状,开启方向受制于加载应力;软煤压裂实质为“挤胀”,硬煤具有开启多级多类裂缝的物质基础;(3)建立了硬煤岩形成径向引张裂缝、剪切裂缝、周缘引张裂缝和转向裂缝的裂缝扩展判断依据;(4)软煤水力冲孔孔洞形态为类椭球体,同等出煤量条件下,煤体渗透率随着抽采时间的延长逐渐增大,且随距钻孔距离增大先微弱减小后快速增大并渐趋稳定;随出煤量增加,渗透率随之增大;(5)引进层次分析法(AHP),形成了水力扰动工艺优选及改造程度评价方法;以缝网改造为目的,查明了重复压裂、分段压裂、水力压冲等技术形成多级多类裂缝体系的技术原理。以上研究结果,通过在鹤壁中泰矿业有限公司、中马村矿、渝阳煤矿的实际应用得到了验证。
[Abstract]:Gas extraction is the root of the coal mine gas disaster management, and the low-permeability coal seam gas extraction is low in gas concentration and low in efficiency, and it is difficult to meet the requirements of safety production and environmental protection. It is an effective way to improve the extraction efficiency of the low-permeability coal seam, and it is of great significance to the research. Based on the theory of gas geology, elastic-plastic mechanics, fracture mechanics, and seepage mechanics, this paper is based on the characteristics of the fracture and mechanical properties of the coal, the surrounding rock and the characteristics of the mechanical properties. The experiment of loading and unloading-permeability test, the simulation of the similar material of the coal body structure, the hydraulic fracturing experiment under the influence of soft coal mining under the influence of soft coal mining and the steering experiment of hydraulic fracture under the condition of soft coal mining under pressure is carried out, and the numerical simulation of MSHale and COMSOL Multiphysics is used. The forming factors, the mechanical mechanism and the permeability evolution law of the hydraulic disturbance seam net are studied. The conclusions are as follows: (1) The structure of the coal body, the brittleness of coal and rock, the stratified medium of coal and rock, the thickness of the coal seam, the natural fracture, the permeability and so on are of great significance to the formation of the hydraulic seam net. In which, the more complete the structure of the coal body, the higher the brittleness index, the more beneficial to the control of the fracture height of the coal-rock layered medium of the seam net, the smaller the thickness of the coal bed, and the more favorable for increasing the length of the seam; and the anisotropy of the natural fracture and the permeability can directly guide the arrangement direction of the hydraulic drilling hole. (2) The hydraulic fracture of the soft coal is in the shape of the middle wide outer flat hole, and the fracture opening direction is not completely controlled by the stress, the hydraulic fracture of the hard coal is in a flat shape, the opening direction is subject to the loading stress, the soft coal fracturing is essentially a "extrusion", and the hard coal has the material base for opening the multi-type multi-class crack; (3) establishing the basis for judging the crack propagation of the hard-coal rock to form a radial guiding crack, a shearing crack, a circumferential guiding crack and a steering crack; and (4) the soft coal hydraulic punching hole is shaped as an ellipsoid, and under the condition of the same coal quantity, The permeability of the coal body gradually increases with the extension of the extraction time, and the distance between the coal body increases with the distance of the drilling hole and then increases rapidly and is gradually stabilized; the permeability is increased with the increase of the coal output quantity; and (5) the analytic hierarchy process (AHP) is introduced, The method of optimization and evaluation of hydraulic disturbance is formed, and the technical principle of multi-class multi-class fracture system is identified by using the technology of fracture network modification. The results of the above research have been verified by the practical application of Tae Mining Co., Ltd., Zhongmamura Mine and Jianyang Coal Mine in Hebi.
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD712.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王武育,张欣,孙平;化合物薄膜的光学增透特性及其应用[J];稀有金属;1997年03期

2 薛运才;类金刚石薄膜红外增透作用研究[J];焦作工学院学报;1998年04期

3 ;防潮增透二氧化硅涂层及其制法[J];电镀与涂饰;2000年06期

4 徐景德;杨鑫;赖芳芳;韩春晶;朱正宪;;国内煤矿瓦斯强化抽采增透技术的现状及发展[J];矿业安全与环保;2014年04期

5 张晓伟;余加正;刘俊龙;;定向压裂增透技术在二~1煤层中的应用[J];华北科技学院学报;2011年03期

6 马海峰;殷志强;李传明;李家卓;庞冬冬;刘万荣;;基于体积应变含瓦斯煤增透率模型及采动响应研究[J];中国安全生产科学技术;2014年08期

7 王贺;魏长平;彭春佳;李丛昱;程果;;多孔SiO_2膜的制备和增透性能研究[J];硅酸盐通报;2012年02期

8 崔刚;陈如总;张赛;马国强;;掘进条带水力压裂增透抽采技术[J];煤矿安全;2014年03期

9 高培林;张永明;常贵芳;;利用水力强化增透技术抽采煤矿瓦斯的研究[J];煤矿现代化;2013年04期

10 胡海利;;掏穴钻孔增透抽采最大化技术[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2013年07期

相关会议论文 前1条

1 朱嘉琦;;红外增透保护薄膜的研究及应用[A];中国真空学会2012学术年会论文摘要集[C];2012年

相关重要报纸文章 前1条

1 本报记者 谭川江;草花:一减一增透风向[N];中国花卉报;2014年

相关博士学位论文 前5条

1 王耀锋;三维旋转水射流与水力压裂联作增透技术研究[D];中国矿业大学;2015年

2 辛新平;煤层井下水力增透理论及应用研究[D];河南理工大学;2014年

3 晏良宏;宽带增透二氧化硅光学薄膜的纳米结构与光学性能研究[D];中国工程物理研究院;2016年

4 刘晓;煤—围岩水力扰动增透机理及技术研究[D];河南理工大学;2015年

5 尚鹏;耐高温窗口增透技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2015年

相关硕士学位论文 前9条

1 王小斌;尼龙6的增韧增透改性及性能研究[D];华南理工大学;2016年

2 吴智雄;红外窗口用蓝宝石晶体Y_2O_3/SiO_2增透薄膜的设计与制备研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

3 王大兴;氟化镁基底3~5μm红外增透保护膜的研究与制备[D];长春理工大学;2014年

4 赵源;本煤层水力压裂及增透范围研究[D];重庆大学;2015年

5 张笑难;深部高瓦斯低透煤层水压致裂强化增透技术与应用[D];安徽理工大学;2014年

6 胡鑫;底板装药爆破在煤层增透中的应用[D];安徽理工大学;2015年

7 史宁;高压空气冲击煤体增透技术实验研究[D];辽宁工程技术大学;2011年

8 刘欢欢;低渗透性煤层气解吸机理及增透效果试验研究[D];内蒙古科技大学;2015年

9 秦国双;氧化铪为过渡层生长蓝宝石红外窗口增透保护膜的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年



本文编号:2459975

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/2459975.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户8a243***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com