顺层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突关键技术研究

发布时间：2021-04-22 03:52

　　对于低透气性松软单一煤层突出矿井来说,煤与瓦斯突出的区域防治是一个世界性的难题。由于预抽瓦斯措施工程量大、费用高、时间长、效果差,煤与瓦斯突出事故难以杜绝,安全生产难以保证。本研究通过对顺层钻孔的成孔机理研究,提出了顺层钻孔深孔施钻的“孔内高压”施钻理论,提高了顺层钻孔在低透气性松软煤层施钻深度,解决了顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施不能覆盖一个区段的问题；提出了“孔间煤体水力压裂卸压增透”技术,通过理论研究,计算机模拟,现场试验,使空间煤体地应力释放、煤体透气性增加,提高了瓦斯抽采的浓度和流量,大幅度减少了抽采达标时间。本研究的研究成功,为单一低透气性松软突出煤层开辟了一条与开采保护层有相似效果的防突新路。顺层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施非常适应单一低透气性突出煤层矿井现场的条件,具有防突费用经济、钻孔容易布置、钻机施工方便、防突效果明显等优点,在防突规定中被列为优先选择的措施。但是,这一区域防突措施没有得到有效的运用。究其原因,主要存在如下问题：（1）由于突出煤层煤层软,透气性低,瓦斯含量和压力大,垮孔、喷孔严重等限制,上山钻孔钻进深度超不过80米,下山钻孔的深度超不过60米。... 

【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

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作者简介
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    §1.1 引言
    §1.2 课题综述
    §1.3 存在问题及研究内容
        1.3.1 存在问题
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 研究思路和技术路线
    §1.4 研究特色
第二章 顺层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突关键技术的理论研究
    §2.1 煤与瓦斯突出机理分析
        2.1.1 煤与瓦斯突出机理
        2.1.2 焦作矿区煤矿的突出机理分析
        2.1.3 区域防突应当遵循的有关规定
    §2.2 顺层钻孔深孔钻进的理论研究
        2.2.1 瓦斯在煤层中的流动理论
        2.2.2 本煤层顺层钻孔施钻期间孔内瓦斯流动状态分析
    §2.3 本煤层顺层钻孔成孔机理研究及施钻参数优化
        2.3.1 顺层预抽钻孔成孔机理分析与“孔内高压”理论的提出
        2.3.2 本煤层顺层钻孔施钻参数优化
    §2.4 孔间煤体水力压裂增透技术理论研究
        2.4.1 煤体受压破坏过程及强度准则
        2.4.2 孔间煤体压裂措施中煤的破坏机制
    §2.5 孔间煤体水力压裂增透技术的参数优化
        2.5.1 孔间煤体水力压裂措施的注水系统
        2.5.2 孔间煤体水力压裂的注水参数优化
    §2.6 本章小结
第三章 水力压裂数值模拟分析
    §3.1 RFPA2D—FLOW软件简介
    §3.2 模型与方案的确立
        3.2.1 模型的建立
        3.2.2 数值模拟方案
        3.2.3 模型参数
    §3.3 模拟结果图及分析
        3.3.1 不带自由孔的卸压范围分析
        3.3.2 不带自由孔的渗流孔隙水压力分析
        3.3.3 不带自由孔的声发射模拟分析
        3.3.4 带自由孔的卸压范围分析
        3.3.5 带自由孔的渗流孔隙水压力分析
        3.3.6 带自由孔的声发射模拟分析
    §3.4 本章小结
第四章 现场试验研究
    §4.1 试验矿井及试验地点概况
        4.1.1 地理位置及交通
        4.1.2 水文地质特征
        4.1.3 煤层
        4.1.4 水文地质类型
        4.1.5 开采技术条件
        4.1.6 九里山矿生产系统概况
        4.1.7 试验地点概况
    §4.2 顺层钻孔深孔钻进试验情况
        4.2.1 古汉山矿试验情况
        4.2.2 中泰矿业有限公司试验情况
        4.2.3 九里山矿现场施钻情况
    §4.3 顺层钻孔自由孔的水力冲孔
        4.3.1 水力冲孔设备
        4.3.2 冲孔工艺过程
        4.3.3 自由孔的水力冲孔情况
        4.3.4 自由孔水力冲孔后与未冲孔钻孔瓦斯抽采参数对比
    §4.4 孔间煤体压裂现场试验
        4.4.1 孔间煤体压裂的注水压力流量关系
        4.4.2 孔间煤体压裂对瓦斯的驱离和置换现象分析
        4.4.3 孔间煤体压裂后钻孔抽采参数的变化分析
        4.4.4 孔间煤体压裂钻孔抽采参数与普通顺层钻孔比较
    §4.5 孔间煤体压裂的效果与经济性分析
        4.5.1 孔间煤体水力压裂区块抽采评价
        4.5.2 区域防突指标的现场测定
        4.5.3 现场试验与该矿顺层钻孔预抽防突效果与经济性比较
    §4.6 本章小结
第五章 结论与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]水力冲孔技术在松软低透突出煤层中的应用[J]. 王兆丰,范迎春,李世生.  煤炭科学技术. 2012(02)
[2]深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析[J]. 刘明举,崔凯,刘彦伟,邓奇根,刘英振.  煤炭科学技术. 2012(02)
[3]松软突出煤层钻进困难的原因分析[J]. 孙玉宁,王永龙,翟新献,王振锋.  煤炭学报. 2012(01)
[4]松软煤层瓦斯抽采钻进关键技术研究[J]. 李运宏.  煤. 2010(09)
[5]煤层高压注水防治煤与瓦斯突出效果考察及机理分析[J]. 肖知国,王兆丰,陈立伟,杨宏民.  河南理工大学学报(自然科学版). 2010(03)
[6]煤与瓦斯突出的流变机理[J]. 陈忠海.  煤炭技术. 2005(12)
[7]单轴压缩条件下脆性岩石变形破坏的理论、试验与数值模拟[J]. 徐涛,唐春安,张哲,张永彬.  东北大学学报. 2003(01)
[8]水压致裂过程分析的数值试验方法[J]. 杨天鸿,唐春安,刘红元,朱万成.  力学与实践. 2001(05)
[9]顺层长钻孔风力排渣成孔技术[J]. 林府进,孙东玲,董钢锋.  矿业安全与环保. 2001(02)
[10]数值模拟在工程实践中的应用分析[J]. 谢文兵,邓建明,孙厚涛,孙彦峰,许传峰.  矿山压力与顶板管理. 2001(01)

博士论文
[1]上覆巨厚火成岩下煤与瓦斯突出灾害危险性评估与防治对策研究[D]. 罗文柯.中南大学 2010
[2]煤层注水抑制瓦斯解吸效应实验研究与应用[D]. 肖知国.河南理工大学 2010



本文编号：3153108