穿层水力冲孔增透预抽瓦斯技术研究

发布时间：2017-04-15 13:14

  本文关键词：穿层水力冲孔增透预抽瓦斯技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在查阅相关资料基础之上,本文基于“北辰煤矿水力冲孔增透提高穿层钻孔预抽效果的研究”这一课题,主要研究上向穿层钻孔经水力扩孔措施的增透预抽瓦斯技术。通过水力冲孔破煤及钻孔围岩卸压增透效果的理论分析,研究了水射流主要破煤机理、煤自身结构对破煤过程的影响、冲孔后围岩应力分布变化的规律及其对煤体透气性的影响,主要得出了煤的孔隙裂隙可简化水射流的破煤过程、煤体瓦斯的赋存有助于加速水射流对煤的拉伸破坏及剪切破坏、水力冲孔扩孔效果越好钻孔周围煤体卸压效果越好且卸压范围越大等结论；同时,在分析冲孔喷嘴技术参数对水力冲孔破煤与施工的影响基础之上,设计了北辰煤矿81煤层水力冲孔喷头,并通过现场试验的对比分析得出了最优喷头型号及该型号喷头所对应不同倾角的冲孔钻孔时应选用的最优喷头；另外,理论分析了冲孔水压、喷头进水量、钻孔与钻杆尺寸间距、钻杆推进速率及旋转速率等水力冲孔技术参数之间的相互影响作用及对水力冲孔破煤、排渣等施工因素的影响,并通过现场冲孔试验得出了合理冲孔技术参数及参数选取并非唯一固定,关键是参数取值配比恰当,能保障水力冲孔施工流畅这一结论；最后,基于负压法测冲孔预抽影响半径的提出及成功应用,为水力冲孔区域预抽瓦斯提供技术保障,后经冲孔预抽效果的考察,结果表明,水力冲孔预抽前后,煤层透气性系数提高了近7倍,单孔瓦斯抽采浓度平均提高了3倍以上；残余瓦斯含量为2.54m3/t,相对下降了67%,残余瓦斯压力为0.24MPa,相对下降了57%。这说明该技术的增透预抽瓦斯效果较好,具有一定推广应用价值。
【关键词】：上向穿层孔 水力冲孔 煤层增透 瓦斯抽采
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• Contents10-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 引言13-14
• 1.2 问题提出14-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.3.1 煤层瓦斯增透预抽技术15-16
• 1.3.2 水力冲孔破煤技术16-17
• 1.4 研究内容及意义17-18
• 1.5 课题研究思路18-19
• 2 水力冲孔破煤增透理论分析19-36
• 2.1 煤的结构与力学特性19-26
• 2.1.1 煤的孔隙、裂隙结构特征19-22
• 2.1.2 含瓦斯煤的力学特征22-26
• 2.2 水力冲孔破煤机理26-31
• 2.2.1 高压水射流简介26-27
• 2.2.2 高压水射流对煤体破坏作用27-28
• 2.2.3 水力冲孔动力破煤机理28-29
• 2.2.4 水力冲孔煤体破坏准则29-31
• 2.3 水力冲孔卸压增透机理31-35
• 2.3.1 冲孔围岩应力分布31-34
• 2.3.2 冲孔周围煤体渗透性34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 水力冲孔关键技术参数研究36-48
• 3.1 冲孔喷头结构参数36-39
• 3.1.1 喷嘴型式36
• 3.1.2 喷嘴技术参数36-38
• 3.1.3 喷嘴布置参数38-39
• 3.2 冲孔水压与进水量39-42
• 3.2.1 冲孔水压确定39-41
• 3.2.2 进水量41-42
• 3.3 孔与杆尺寸及出煤速度42-44
• 3.3.1 钻孔钻杆尺寸42
• 3.3.2 钻孔出煤速率42-43
• 3.3.3 钻孔与钻杆合理间距43-44
• 3.4 钻杆推进速率及旋转速率44-45
• 3.4.1 钻杆推进速率与旋转速率的关系44-45
• 3.4.2 钻杆推进速率与旋转速率的选取45
• 3.5 冲出煤量45-46
• 3.5.1 出煤量与冲孔水压关系45-46
• 3.5.2 出煤量与冲孔时间关系46
• 3.5.3 出煤量对顶底板稳定性影响46
• 3.6 本章小结46-48
• 4 北辰矿水力冲孔技术参数试验研究48-69
• 4.1 矿井及试验煤层概况48-49
• 4.1.1 矿井地质概括48-49
• 4.1.2 试验煤层概况49
• 4.2 煤层瓦斯基础参数测定49-53
• 4.2.1 煤层瓦斯压力49-50
• 4.2.2 煤层瓦斯含量50-51
• 4.2.3 煤层透气性系数51-52
• 4.2.4 钻孔瓦斯流量衰减系数52
• 4.2.5 煤的硬度特征值52-53
• 4.3 水力冲孔工艺及安全措施53-58
• 4.3.1 水力冲孔设备53
• 4.3.2 水力冲孔工艺53-55
• 4.3.3 水力冲孔操作规范55-57
• 4.3.4 水力冲孔安全技术措施57-58
• 4.4 水力冲孔试验58-68
• 4.4.1 冲孔喷头结构设计58-60
• 4.4.2 冲孔喷头性能试验60-65
• 4.4.3 冲孔喷头结构参数优化65-67
• 4.4.4 水力冲孔技术参数优化67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 水力冲孔增透预抽效果考察69-81
• 5.1 预抽与冲孔共同影响半径测定69-72
• 5.1.1 影响半径测定原理及方法69-71
• 5.1.2 影响半径测定与分析71-72
• 5.2 水力冲孔增透效果考察72-78
• 5.2.1 冲孔预抽后煤层透气性系数72-74
• 5.2.2 冲孔后钻孔瓦斯抽采74-78
• 5.3 冲孔预抽消突效果考察78-79
• 5.3.1 残余瓦斯含量测定78
• 5.3.2 残余瓦斯压力测定78-79
• 5.3.3 预抽消突效果评价79
• 5.4 本章小结79-81
• 6 结论与展望81-83
• 6.1 主要结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 作者简介及读研期间主要科研成果88

【参考文献】

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本文编号：308485