基于钻孔注气的巷旁卸压带测定理论及应用研究
发布时间：2022-02-23 03:04
巷道的开挖会造成应力场的重新分布,在围岩内依次形成卸压区、应力集中区和原始应力区,其中卸压区内裂隙充分发育,透气性较好,为提高进行瓦斯抽采效率,抽采钻孔封孔深度需要超过卸压区宽带。因此,准确测定巷旁煤岩卸压带宽度是优化煤矿井下钻孔封孔措施、提高瓦斯抽采效率的前提。本文根据煤层地应力、透气性和裂隙发育三者之间的关系,提出了一种新的卸压带宽度测试方法—钻孔注气漏失量法,并通过室内试验、数值模拟和现场测试相结合的研究手段验证了该方法的可行性和测试结果的可靠性。主要成果如下:（1）开展了室内煤样全应力应变渗透率实验并建立了渗透率演化模型。实验结果表明:在压密和线弹性阶段中由于煤样被压缩,孔隙和裂隙减小,造成渗透率不断下降;进入塑性破坏和残余变形阶段,煤体内新生裂隙大量发育,渗透率大幅度上升。在实验结果的基础上,考虑了屈服破坏过程裂隙产生与贯通对渗透率的影响,建立了煤体全应力应变过程中渗透率演化模型,并与实验结果进行对比分析,验证了渗透率模型的正确性。（2）数值模拟研究了巷道和钻孔开挖后煤岩应力和渗流场分布。在上述煤岩渗透率演化模型的基础上,以夏店煤矿3118运巷为研究对象,运用数值软件FLAC...
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 煤体渗透率特性研究现状
1.2.2 巷道围岩应力分布及裂隙发育研究现状
1.2.3 煤层卸压带宽度考察研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 研究内容及研究方案
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方案
2 含瓦斯煤全应力应变过程中渗透率演化模型
2.1 实验系统介绍
2.2 实验原理及过程
2.2.1 实验原理
2.2.2 煤样制备
2.2.3 实验前准备工作
2.2.4 实验过程
2.2.5 实验内容
2.3 全应力-应变过程中含瓦斯煤渗流特性变化
2.3.1 不同围压下全应力-应变及渗透率演化规律
2.3.2 不同瓦斯压力下全应力-应变及渗透率演化规律
2.4 含瓦斯煤全应力应变过程中渗透率演化模型
2.4.1 煤体未损伤阶段渗透率演化模型
2.4.2 煤体损伤阶段渗透率演化模型
2.5 煤样全应力应变渗透率演化模型的验证
2.6 本章小结
3 巷道及钻孔围岩应力场及渗透率分布规律
3.1 FLAC3D软件简介
3.1.1 基本原理
3.1.2 FLAC3D软件优缺点
3.2 数值模型建立
3.2.1 模型设计原则
3.2.2 模型尺寸及边界条件
3.3 巷道及钻孔围岩有效应力演化规律
3.3.1 巷道开挖引起应力场的演化
3.3.2 钻孔开挖引起应力场的演化
3.4 巷道及钻孔围岩渗透率演化规律
3.4.1 巷道开挖后围岩渗透性分布规律
3.4.2 钻孔开挖后围岩渗透性分布规律
3.5 本章小结
4 钻孔漏失法测试机理及测试系统
4.1 钻孔注气漏失量测定卸压带的理论依据
4.2 钻孔漏失量测定巷旁卸压带宽度测试系统
4.2.1 钻孔注气漏失量法测试装置
4.2.2 钻孔漏失量法的优点
4.3 钻孔漏失量法模拟分析
4.3.1 模型简介
4.3.2 模拟结果及分析
4.4 本章小结
5 现场工程实践
5.1 试验地点概况
5.1.1 矿井概述
5.1.2 测试地点概述
5.1.3 测试地点选取
5.2 钻孔注气漏失量测定方法
5.2.1 钻孔漏失量法操作步骤
5.2.2 钻孔漏失量测定结果分析
5.3 钻屑方法对测试结果的验证
5.3.1 钻屑量法测试原理
5.3.2 测试结果及分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践[J]. 曹运兴,张军胜,田林,翟红,傅国廷,唐军华. 煤炭学报. 2017(10)
[2]采动影响下损伤煤岩体峰后渗透率演化模型研究[J]. 薛熠,高峰,高亚楠,梁鑫. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[3]不同本构模型下某隧道的FLAC3D数值分析研究[J]. 曹日跃,吴德义. 河南城建学院学报. 2016(03)
[4]2015年及2016年一季度煤炭市场分析及展望[J]. 张建华,姜曦. 中国钢铁业. 2016(05)
[5]软岩巷道围岩稳定性数值模拟研究[J]. 李玫,曾小英,万海文. 煤炭与化工. 2016(02)
[6]采场围岩应力壳对破坏场的影响规律及应用[J]. 王磊,谢广祥,王金安. 煤炭学报. 2015(09)
[7]含瓦斯煤渗透率动态演化模型[J]. 魏建平,秦恒洁,王登科,姚邦华. 煤炭学报. 2015(07)
[8]采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性[J]. 尹光志,何兵,李铭辉,曹偈,秦虎,李文璞. 煤炭学报. 2015(04)
[9]考虑非线性脆性损伤和中间主应力影响的圆形巷道围岩分析[J]. 张小波,赵光明,孟祥瑞,潘锐,马文伟,董春亮. 煤炭学报. 2014(S2)
[10]中国未来能源发展战略探析[J]. 李伟. 环球市场信息导报. 2014(25)
博士论文
[1]采动影响下损伤破裂煤岩体渗透性演化规律研究[D]. 薛熠.中国矿业大学 2017
[2]多重应力路径下双重孔隙煤体损伤扩容及渗透性演化机制与应用[D]. 刘清泉.中国矿业大学 2015
[3]采动影响下煤岩力学特性及瓦斯运移规律研究[D]. 李文璞.重庆大学 2014
[4]瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D]. 胡胜勇.中国矿业大学 2014
[5]载荷煤体渗透率演化特性及在卸压瓦斯抽采中的应用[D]. 潘荣锟.中国矿业大学 2014
[6]裂隙含沙渗流模型与应用研究[D]. 宋良.中国矿业大学 2013
[7]保护层开采过程中卸载煤体损伤及渗透性演化特征研究[D]. 陈海栋.中国矿业大学 2013
[8]含瓦斯煤体损伤破坏特征及瓦斯运移规律研究[D]. 孟磊.中国矿业大学（北京） 2013
[9]煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[D]. 吴世跃.东北大学 2006
硕士论文
[1]基于ABAQUS的深部巷道围岩变形破坏规律及应用研究[D]. 秦波.青岛理工大学 2013
[2]王行庄煤矿保护层开采保护范围确定及保护效果考察[D]. 魏二剑.河南理工大学 2011
[3]赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D]. 尚群.河南理工大学 2010
本文编号：3640740
【文章来源】：河南理工大学河南省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 煤体渗透率特性研究现状
1.2.2 巷道围岩应力分布及裂隙发育研究现状
1.2.3 煤层卸压带宽度考察研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 研究内容及研究方案
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方案
2 含瓦斯煤全应力应变过程中渗透率演化模型
2.1 实验系统介绍
2.2 实验原理及过程
2.2.1 实验原理
2.2.2 煤样制备
2.2.3 实验前准备工作
2.2.4 实验过程
2.2.5 实验内容
2.3 全应力-应变过程中含瓦斯煤渗流特性变化
2.3.1 不同围压下全应力-应变及渗透率演化规律
2.3.2 不同瓦斯压力下全应力-应变及渗透率演化规律
2.4 含瓦斯煤全应力应变过程中渗透率演化模型
2.4.1 煤体未损伤阶段渗透率演化模型
2.4.2 煤体损伤阶段渗透率演化模型
2.5 煤样全应力应变渗透率演化模型的验证
2.6 本章小结
3 巷道及钻孔围岩应力场及渗透率分布规律
3.1 FLAC3D软件简介
3.1.1 基本原理
3.1.2 FLAC3D软件优缺点
3.2 数值模型建立
3.2.1 模型设计原则
3.2.2 模型尺寸及边界条件
3.3 巷道及钻孔围岩有效应力演化规律
3.3.1 巷道开挖引起应力场的演化
3.3.2 钻孔开挖引起应力场的演化
3.4 巷道及钻孔围岩渗透率演化规律
3.4.1 巷道开挖后围岩渗透性分布规律
3.4.2 钻孔开挖后围岩渗透性分布规律
3.5 本章小结
4 钻孔漏失法测试机理及测试系统
4.1 钻孔注气漏失量测定卸压带的理论依据
4.2 钻孔漏失量测定巷旁卸压带宽度测试系统
4.2.1 钻孔注气漏失量法测试装置
4.2.2 钻孔漏失量法的优点
4.3 钻孔漏失量法模拟分析
4.3.1 模型简介
4.3.2 模拟结果及分析
4.4 本章小结
5 现场工程实践
5.1 试验地点概况
5.1.1 矿井概述
5.1.2 测试地点概述
5.1.3 测试地点选取
5.2 钻孔注气漏失量测定方法
5.2.1 钻孔漏失量法操作步骤
5.2.2 钻孔漏失量测定结果分析
5.3 钻屑方法对测试结果的验证
5.3.1 钻屑量法测试原理
5.3.2 测试结果及分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践[J]. 曹运兴,张军胜,田林,翟红,傅国廷,唐军华. 煤炭学报. 2017(10)
[2]采动影响下损伤煤岩体峰后渗透率演化模型研究[J]. 薛熠,高峰,高亚楠,梁鑫. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[3]不同本构模型下某隧道的FLAC3D数值分析研究[J]. 曹日跃,吴德义. 河南城建学院学报. 2016(03)
[4]2015年及2016年一季度煤炭市场分析及展望[J]. 张建华,姜曦. 中国钢铁业. 2016(05)
[5]软岩巷道围岩稳定性数值模拟研究[J]. 李玫,曾小英,万海文. 煤炭与化工. 2016(02)
[6]采场围岩应力壳对破坏场的影响规律及应用[J]. 王磊,谢广祥,王金安. 煤炭学报. 2015(09)
[7]含瓦斯煤渗透率动态演化模型[J]. 魏建平,秦恒洁,王登科,姚邦华. 煤炭学报. 2015(07)
[8]采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性[J]. 尹光志,何兵,李铭辉,曹偈,秦虎,李文璞. 煤炭学报. 2015(04)
[9]考虑非线性脆性损伤和中间主应力影响的圆形巷道围岩分析[J]. 张小波,赵光明,孟祥瑞,潘锐,马文伟,董春亮. 煤炭学报. 2014(S2)
[10]中国未来能源发展战略探析[J]. 李伟. 环球市场信息导报. 2014(25)
博士论文
[1]采动影响下损伤破裂煤岩体渗透性演化规律研究[D]. 薛熠.中国矿业大学 2017
[2]多重应力路径下双重孔隙煤体损伤扩容及渗透性演化机制与应用[D]. 刘清泉.中国矿业大学 2015
[3]采动影响下煤岩力学特性及瓦斯运移规律研究[D]. 李文璞.重庆大学 2014
[4]瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D]. 胡胜勇.中国矿业大学 2014
[5]载荷煤体渗透率演化特性及在卸压瓦斯抽采中的应用[D]. 潘荣锟.中国矿业大学 2014
[6]裂隙含沙渗流模型与应用研究[D]. 宋良.中国矿业大学 2013
[7]保护层开采过程中卸载煤体损伤及渗透性演化特征研究[D]. 陈海栋.中国矿业大学 2013
[8]含瓦斯煤体损伤破坏特征及瓦斯运移规律研究[D]. 孟磊.中国矿业大学（北京） 2013
[9]煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[D]. 吴世跃.东北大学 2006
硕士论文
[1]基于ABAQUS的深部巷道围岩变形破坏规律及应用研究[D]. 秦波.青岛理工大学 2013
[2]王行庄煤矿保护层开采保护范围确定及保护效果考察[D]. 魏二剑.河南理工大学 2011
[3]赵庄矿3#煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[D]. 尚群.河南理工大学 2010
本文编号：3640740
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