低透气性松软煤层高压水力割缝增透机理研究及应用
发布时间：2023-02-08 16:40
煤与瓦斯突出严重威胁煤矿的安全生产,如何以安全、经济的方式消除突出危险性是当前煤与瓦斯突出矿井的迫切要求。瓦斯抽采是瓦斯灾害治理的主要技术途径,而我国95%以上的的高瓦斯与突出矿井开采煤层属于低透气煤层,瓦斯抽放难度较大。近年来采用的高压水射流割缝技术可以有效地增加煤体透气性、提高瓦斯抽采率、降低瓦斯突出风险。尽管在现场实践中取得了良好的卸压增透效果,但目前依然存在着破煤机理研究缺陷、缝槽影响范围难以确定、工艺费时费力等理论与技术问题的制约。对此本文采用现场调研、理论分析、数值模拟、室内实验和现场应用等方法,对低透气性松软煤层高压水射流割缝增透机理与应用开展了深入研究,具体内容如下:(1)基于煤层透气性影响因素和流体动力学基础理论,分析高压水射流作用下煤体的破坏机理,并据此分析割缝区域煤体损伤破坏机理、应力场分布特征与增透过程的内在关系。(2)根据岩石力学、弹塑性力学、断裂力学和损伤力学理论,采用FLAC3D数值计算方法,研究不同割缝参数下割缝区域煤体应力演化规律、损伤破坏范围,以此分析不同割缝参数条件下的协同增透效果,最终得到优化后的割缝参数。(3)设计搭建了水力割缝实验平台,进行了...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写和符号清单
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究进展
1.2.2 煤层防突措施研究进展
1.2.3 水力割缝破煤增透理论研究进展
1.2.4 现有研究局限性分析
1.3 主要研究内容
1.4 研究技术路线
1.5 本章小结
2 高压水射流割缝增透机理研究
2.1 煤体透气性的影响因素
2.1.1 裂隙系统发育
2.1.2 煤岩组分类型
2.1.3 煤变质程度
2.1.4 有效应力
2.1.5 煤基质收缩
2.1.6 克林伯格效应
2.2 射流流体动力学基础理论
2.2.1 水的基本性质
2.2.2 高压水射流流体动力学控制方程
2.3 高压水射流破煤体损伤机理
2.3.1 准静态弹性破碎理论
2.3.2 应力波破碎理论
2.3.3 裂纹扩展破岩理论
2.3.4 气蚀(空化)破碎理论
2.4 水力割缝增透机理
2.4.1 割缝应力场
2.4.2 损伤破坏机理
2.4.3 割缝孔增透消突机制
2.5 本章小结
3 水力割缝下煤岩损伤破坏规律的数值分析
3.1 数值模拟原理与模型构建
3.1.1 FLAC3D计算原理
3.1.2 应用矿井工程的数值计算模型建立
3.2 割缝水压对煤体损伤破坏范围的影响
3.3 割缝宽度对煤体损伤破坏范围的影响
3.4 割缝深度与损伤破坏范围的影响
3.5 多缝协同作用下对损伤破坏范围的影响
3.6 本章小节
4 高压水射流破煤规律的实验模型研究
4.1 相似模拟实验试样制备
4.1.1 试样力学参数测试
4.1.2 大尺寸试样制备
4.2 实验方案
4.2.1 实验设备组成
4.2.2 水力割缝实验方案
4.3 实验结果与分析
4.3.1 冲击破坏外观实验结果及振速分析
4.3.2 试样破坏过程冲击波产生的合成振速特征分析
4.4 实验结果讨论与应用
4.4.1 实验结果讨论
4.4.2 实验结果的应用
4.5 本章小结
5 水力割缝现场应用及效果考察
5.1 水力割缝措施优化研究
5.1.1 喷嘴参数优化
5.1.2 泵压参数优化
5.2 水力割缝流程现场应用
5.2.1 水力割缝措施流程研究
5.2.2 排水排渣系统
5.2.3 封孔技术研究
5.3 不同泵压下水力割缝有效影响范围试验对比研究
5.3.1 试验方案
5.3.2 试验结果分析
5.3.3 水力割缝布孔研究
5.4 瓦斯涌出量考察
5.5 瓦斯抽采效果分析
5.5.1 抽采情况考察
5.5.2 两种钻孔对比考察
5.5.3 受水力割缝影响的普通孔抽采参数考察
5.6 消突效果考察
5.7 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点及展望
6.2.1 创新点
6.2.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3738021
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
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致谢
摘要
Abstract
缩写和符号清单
1 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究进展
1.2.2 煤层防突措施研究进展
1.2.3 水力割缝破煤增透理论研究进展
1.2.4 现有研究局限性分析
1.3 主要研究内容
1.4 研究技术路线
1.5 本章小结
2 高压水射流割缝增透机理研究
2.1 煤体透气性的影响因素
2.1.1 裂隙系统发育
2.1.2 煤岩组分类型
2.1.3 煤变质程度
2.1.4 有效应力
2.1.5 煤基质收缩
2.1.6 克林伯格效应
2.2 射流流体动力学基础理论
2.2.1 水的基本性质
2.2.2 高压水射流流体动力学控制方程
2.3 高压水射流破煤体损伤机理
2.3.1 准静态弹性破碎理论
2.3.2 应力波破碎理论
2.3.3 裂纹扩展破岩理论
2.3.4 气蚀(空化)破碎理论
2.4 水力割缝增透机理
2.4.1 割缝应力场
2.4.2 损伤破坏机理
2.4.3 割缝孔增透消突机制
2.5 本章小结
3 水力割缝下煤岩损伤破坏规律的数值分析
3.1 数值模拟原理与模型构建
3.1.1 FLAC3D计算原理
3.1.2 应用矿井工程的数值计算模型建立
3.2 割缝水压对煤体损伤破坏范围的影响
3.3 割缝宽度对煤体损伤破坏范围的影响
3.4 割缝深度与损伤破坏范围的影响
3.5 多缝协同作用下对损伤破坏范围的影响
3.6 本章小节
4 高压水射流破煤规律的实验模型研究
4.1 相似模拟实验试样制备
4.1.1 试样力学参数测试
4.1.2 大尺寸试样制备
4.2 实验方案
4.2.1 实验设备组成
4.2.2 水力割缝实验方案
4.3 实验结果与分析
4.3.1 冲击破坏外观实验结果及振速分析
4.3.2 试样破坏过程冲击波产生的合成振速特征分析
4.4 实验结果讨论与应用
4.4.1 实验结果讨论
4.4.2 实验结果的应用
4.5 本章小结
5 水力割缝现场应用及效果考察
5.1 水力割缝措施优化研究
5.1.1 喷嘴参数优化
5.1.2 泵压参数优化
5.2 水力割缝流程现场应用
5.2.1 水力割缝措施流程研究
5.2.2 排水排渣系统
5.2.3 封孔技术研究
5.3 不同泵压下水力割缝有效影响范围试验对比研究
5.3.1 试验方案
5.3.2 试验结果分析
5.3.3 水力割缝布孔研究
5.4 瓦斯涌出量考察
5.5 瓦斯抽采效果分析
5.5.1 抽采情况考察
5.5.2 两种钻孔对比考察
5.5.3 受水力割缝影响的普通孔抽采参数考察
5.6 消突效果考察
5.7 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点及展望
6.2.1 创新点
6.2.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3738021
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3738021.html
