急倾斜厚煤层卸压瓦斯抽采技术研究

发布时间：2017-04-17 13:04

  本文关键词：急倾斜厚煤层卸压瓦斯抽采技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤层的卸压开采过程中,会出现应力释放,形成卸压区域。卸压区域会产生大量的新生裂隙和空隙,使煤体膨胀变形,渗透特性大大增加,为煤体中瓦斯运移提供通道,并为瓦斯抽放提供增透效果。本文以卸压瓦斯抽采技术的研究为主线,结合急倾斜厚煤层这种特殊煤层进行研究分析,对其在开采过程中的卸压瓦斯抽采技术开展了一下研究。本论文首先对卸压开采下的瓦斯运移规律、煤层渗透性特性的影响因素、载荷煤体受力特性及卸压开采煤层瓦斯的汇集规律进行了理论研究,为煤体力学特性及渗流特性的试验研究和卸压瓦斯抽采提供理论依据。其次,对大黄山煤矿中大槽煤层的煤体进行取样,并制取试验标准煤样(50mm×100mm),运用太原理工大学研制的WYS-800微机控制电液伺服三轴瓦斯渗流试验装置对煤样分别进行了单轴压缩试验、常规三轴压缩试验、含瓦斯煤的常规三轴压缩试验及含瓦斯煤的卸围压试验。分别得出煤样的力学参数;常规三轴路径和卸围压两种路径下的含瓦斯煤受力特性及渗透率的变化规律。再次,运用FLAC 3D模拟软件,对大黄山煤矿的急倾斜厚煤层开采过程进行建模模拟,经模拟得出工作面顶板位移图,工作面底板及平行与底板25m处的应力及位移分布规律。通过膨胀量计算公式计算出试验工作面底板煤岩体的膨胀变形量3D云图,表明试验工作面底板煤岩体由于受到上部工作面的开采,达到了很好的卸压效果,这样会使得试验工作面底板煤岩体瓦斯通过新形成的裂隙空隙渗流至工作面采空区中,增加了采空区中瓦斯的含量。最后,对大黄山中大槽煤层分层开采工艺进行研究,根据开采特点对735工作面的底板煤体进行预抽,并对试验工作面在开采过程中采空区底板的卸压区域进行瓦斯抽采,以实现对试验的接替工作面实现预抽瓦斯。通过实测数据得到,接替工作面煤层残余瓦斯压力为0.21MPa,残余瓦斯含量为2.873m3/t,可解析瓦斯量为0.563m3/t,可以判定该区域范围内瓦斯抽采效果达标。
【关键词】：急倾斜厚煤层 卸压瓦斯 卸压开采 渗透率 FLAC 3D
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 瓦斯渗流理论的研究现状12-13
• 1.2.2 煤岩卸荷路径下的渗流特性的研究现状13-14
• 1.2.3 卸压瓦斯抽采的研究现状14-16
• 1.3 研究内容及方法16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 第二章 卸压开采下瓦斯运移及煤层渗透性基本理论研究18-28
• 2.1 瓦斯在煤层中运移的基本理论18-19
• 2.2 煤层渗透性影响因素研究19-21
• 2.2.1 煤层渗透性影响因素19-21
• 2.2.2 煤层渗透性与应力的关系21
• 2.3 载荷煤受力特性的分析21-23
• 2.3.1 受载煤体的莫尔理论分析21-22
• 2.3.2 开采保护层时被保护层的应力及渗透率变化规律22-23
• 2.4 卸压开采煤层瓦斯渗流与汇集特性研究23-25
• 2.4.1 卸压开采下瓦斯的渗流方程23-24
• 2.4.2 开采上保护层下覆煤岩层瓦斯汇集规律24-25
• 2.5 钻孔抽采卸压瓦斯理论研究25-26
• 2.5.1 岩石的碎胀性系数25
• 2.5.2“三区”、“三带”及O型圈25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第三章 煤体力学性质及瓦斯渗流特性试验研究28-50
• 3.1 煤样的采集及加工28-29
• 3.1.1 煤样的采集28-29
• 3.1.2 原煤煤样加工29
• 3.2 实验设备的介绍29-33
• 3.2.1 三轴瓦斯渗流试验装置的基本结构介绍30-31
• 3.2.2 三轴瓦斯渗流试验装置的基本技术参数31-33
• 3.3 煤样力学特性的研究33-36
• 3.3.1 单轴压缩下煤样的力学性质33-35
• 3.3.2 常规三轴压缩下煤样的力学性质35-36
• 3.4 常规三轴下含瓦斯煤体渗透行为的研究36-43
• 3.4.1 常规三轴下含瓦斯煤体煤体渗透率试验37-38
• 3.4.2 煤体渗透率的测试及计算方法38-40
• 3.4.3 含瓦斯煤体的变形特征及渗透率规律分析40-43
• 3.5 卸围压下含瓦斯煤变形特性及渗透特性的研究43-47
• 3.5.1 卸围压下含瓦斯煤渗透率试验44
• 3.5.2 试验数据处理及结果分析44-47
• 3.6 本章小结47-50
• 第四章 急倾斜厚煤层卸压开采下数值模拟研究50-64
• 4.1 试验工作面基本概况50-51
• 4.2 FLAC 3D软件介绍及模型的建立51-53
• 4.2.1 FLAC 3D软件的基本理论51-52
• 4.2.2 FLAC 3D的特点及分析步骤52-53
• 4.3 模型及边界条件53-55
• 4.3.1 模型的建立53-55
• 4.3.2 边界条件的设定55
• 4.4 急倾斜厚煤层开采后模拟结果分析55-58
• 4.4.1 试验工作面顶底板应力分布规律55-57
• 4.4.2 中大槽煤层开采后顶底板位移变化规律57-58
• 4.5 急倾斜厚煤层开采后下覆煤岩层模拟结果分析58-62
• 4.5.1 工作面底板下部煤岩层垂直应力分布规律58-59
• 4.5.2 工作面煤层底板煤岩层位移变化规律59-60
• 4.5.3 工作面底板煤层膨胀变形量分布规律60-62
• 4.6 急倾斜厚煤层工作面底板瓦斯运移规律研究62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 第五章 急倾斜厚煤层卸压瓦斯抽采技术研究64-72
• 5.1 急倾斜厚煤层工作面底板瓦斯抽采技术64-69
• 5.1.1 急倾斜厚煤层工作面瓦斯涌出来源分析64-65
• 5.1.2 试验工作面下部底板工作面卸压瓦斯抽采技术65-69
• 5.2 抽采效果评价69-71
• 5.2.1 抽采钻孔有效控制范围界定69
• 5.2.2 抽采瓦斯效果评判指标测定69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80

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