火成岩侵入区石门揭开煤层群防突技术研究

发布时间：2017-05-14 00:01

  本文关键词：火成岩侵入区石门揭开煤层群防突技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的重要灾害之一,往往会造成重大人员伤亡和财产损失。即使没有人员伤亡,也会使得巷道内瓦斯涌出量的增大,造成瓦斯浓度高值超限,威胁矿井安全。石门揭煤过程中,由于特殊的瓦斯赋存条件和地质构造因素,煤与瓦斯突出灾害发生的几率更大。为此,许多国家、科研机构和矿区不断地探索较为安全可靠的防突技术,以确保安全、顺利地揭煤。 海孜煤矿是典型的受火成岩侵入影响较大的矿区。火成岩从海孜矿5煤层开始侵入,最大厚度可达到170m,覆盖矿区的大部分地区。在火成岩的炙热烘烤和上覆载荷的作用下,其下伏煤层的瓦斯赋存异常,工作面前方应力峰值增大。历史上,海孜矿火成岩侵入区域下伏煤层曾多次发生煤与瓦斯突出事故,造成了重大人员伤亡和财产损失,也出现了多次瓦斯高值超限的事故,给煤矿安全带来重大安全威胁。 海孜矿Ⅱ32采区主运石门上覆有均厚140m的火成岩分布,为了安全、顺利地揭开Ⅱ32主运石门9、8煤层群,首先,通过损伤力学理论和固流耦合的相关原理分析作为理论基础,分析造成煤与瓦斯突出的相关因素；其次运用COMSOL-Multiphysics数值模拟软件对比分析在上覆为火成岩和砂岩的两种不同情况下,待揭煤工作面前方应力分布的异同；再次,对比分析受火成岩影响不同的两个采区相同煤层瓦斯赋存的异同；最后,对待揭煤层实施密集预抽钻孔预抽瓦斯和低压水力冲孔的区域防治措施,以消除待揭煤层的煤与瓦斯突出危险性。 通过数值模拟分析,上覆为巨厚火成岩的待揭煤工作面前方的应力集中区域和应力峰值高于上覆为砂岩的情况,表明待揭煤层的突出危险性会增大；受火成岩影响的采区的瓦斯赋存相关参数明显高于不受影响的采区；对待揭煤层实施密集预抽钻孔抽采瓦斯和低压水力冲孔,冲孔后,钻孔的纯流量增加了26.5%-43.8%,瓦斯浓度增加了84.4%-91.7%；抽采结束后,待揭煤层的残余瓦斯压力为0.3MPa、0.22MPa,残余瓦斯含量为5.23m3/t、5.21m3/t,整体抽采率达到了55.7%。表明,采取的一系列措施效果较明显,可以实现安全、顺利揭煤的目标。
【关键词】：石门揭煤 火成岩侵入 瓦斯抽采 低压水力冲孔
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD713
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1. 绪论14-22
• 1.1 课题研究的背景和意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 石门揭煤防突技术研究现状16-18
• 1.2.2 水力冲孔研究现状18-19
• 1.3 课题研究的主要内容和方法19-22
• 1.3.1 研究的主要内容19
• 1.3.2 研究的方法19-22
• 2. 火成岩侵入区石门揭煤区域力学特征研究22-36
• 2.1 煤岩体力学特性分析22-26
• 2.1.1 煤岩体的应力-应变关系22-25
• 2.1.2 煤岩体的非均匀性对应力-应变关系的影响25-26
• 2.2 石门揭煤区域煤岩体破裂变形特征26-29
• 2.2.1 煤岩体受载变形规律26-27
• 2.2.2 影响煤岩体变形的因素27-28
• 2.2.3 煤岩体失稳判断准则28-29
• 2.3 火成岩下煤岩体采动效应29-30
• 2.4 火成岩侵入区石门揭煤工作面力学特性数值模拟30-33
• 2.4.1 COMSOL-Multiphysics软件简介30
• 2.4.2 数值模拟模型的建立30-31
• 2.4.3 数值模拟结果31-33
• 2.5 地应力对瓦斯压力和煤体强度的影响33-35
• 2.5.1 地应力对瓦斯压力的影响33-34
• 2.5.2 地应力对煤体强度的影响34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 3. 火成岩侵入对煤层瓦斯赋存和瓦斯灾害的影响36-44
• 3.1 火成岩侵入对煤层瓦斯赋存的影响37-40
• 3.1.1 火成岩侵入对煤质的影响37-38
• 3.1.2 火成岩侵入对瓦斯吸附-解吸特性的影响38-39
• 3.1.3 火成岩侵入对煤层瓦斯的“圈闭”作用39-40
• 3.2 火成岩侵入对瓦斯灾害的影响40-42
• 3.2.1 火成岩侵入对瓦斯含量和瓦斯压力的影响40-41
• 3.2.2 火成岩侵入对综合指标D、K的影响41
• 3.2.3 火成岩侵入对煤体强度的影响41
• 3.2.4 火成岩侵入造成的区域应力异常41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 4. 石门待揭煤区域突出危险性分析及抽采钻孔设计44-54
• 4.1 试验区概况44-45
• 4.2 揭煤工艺流程45-46
• 4.3 Ⅱ32主运石门待揭煤区域原始瓦斯压力测定46-50
• 4.3.1 待揭煤层原始瓦斯压力测压钻孔设计46-47
• 4.3.2 测压钻孔“两堵一注”封孔法47-48
• 4.3.3 测压结果48-49
• 4.3.4 待揭煤层始瓦斯含量测定49-50
• 4.3.5 待揭煤层区域突出危险性判断50
• 4.4 待揭煤层斯预抽钻孔设计50-52
• 4.5 本章小结52-54
• 5. 低压水力冲孔在石门揭煤中的应用54-68
• 5.1 水力冲孔分类54
• 5.2 水力冲孔破煤所需的最小压力54-55
• 5.3 水力冲孔的卸压增透作用55-56
• 5.4 低压水力冲孔的增透作用数值模拟56-57
• 5.4.1 几何模型建立56
• 5.4.2 数值模拟结果56-57
• 5.5 低压水力冲孔现场试验57-58
• 5.5.1 施工工艺57-58
• 5.5.2 水力冲孔施工措施58
• 5.6 低压水力冲孔试验结果分析58-66
• 5.6.1 单孔瓦斯浓度及流量考察58-60
• 5.6.2 冲煤量及冲煤率60-64
• 5.6.3 冲孔等效半径测算64-66
• 5.6.4 水力冲孔后整体抽采率66
• 5.7 本章小结66-68
• 6. 石门揭煤区域效果考察及区域验证68-72
• 6.1 区域效果考察68-70
• 6.1.1 待揭煤层残余瓦斯压力测定68-69
• 6.1.2 待揭煤层残余瓦斯含量测算69-70
• 6.2 区域效果验证70
• 6.3 本章小结70-72
• 7. 主要结论与展望72-74
• 7.1 主要结论72
• 7.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介及读研期间主要科研成果80

【参考文献】

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本文编号：363859