“三软”煤层水力冲孔卸压增透关键技术及应用

发布时间：2017-05-22 21:21

  本文关键词：“三软”煤层水力冲孔卸压增透关键技术及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：“三软”单一突出煤层无法通过开采保护层卸压增透,由于其顶底板岩体质软破碎、煤体结构破坏严重,无法进行水力压裂,只能采用水力冲孔出煤、卸压增透,实现快速抽采达标。本文在对以往水力冲孔技术系统分析的基础上,采用一系列新型冲孔装备,通过实验室实验、现场试验、理论分析和数值模拟,提出一套适合于“三软”煤层的快速卸压增透技术。首先,利用Hoek-Brown破坏准则,以高压水射流破煤机理为基础,建立水力冲孔前后钻孔周围应力分布的数学模型,计算钻孔周围卸压区域,确定水力冲孔卸压影响范围。其次,针对水力冲孔后出现的应力拱现象,引入散体力学理论分析钻孔成拱的极限跨度;并通过直剪试验,研究含水率对钻孔成拱的影响,为冲孔前后钻孔是否成拱稳定提供依据。据此,系统探讨了“三软”煤层水力冲孔卸压增透机理。最后,采用钻冲一体化系统装置和瓦斯抽采孔水力作业机等装备,在郑州煤炭工业(集团)有限责任公司大平煤矿和告成煤矿“三软”煤层进行了工业性试验,初步提出了一套多阶段、多途径增透技术:第一阶段的中风压快速钻进和退钻过程中的高压水射流冲孔的钻冲一体化技术,联抽阶段的老孔多次修复增透技术和裸孔螺杆钻具透孔、高压水射流增透技术。现场应用结果表明:穿层钻孔采用钻冲一体化技术后瓦斯抽采半径增加1.5倍,煤层透气性系数提高2倍;对临时封孔的裸孔多阶段增透后,测试钻孔的瓦斯抽采量提高2~2.5倍;老孔修复增透后,瓦斯抽采纯量增加0.4~4.2倍。
【关键词】：“三软”煤层 水力冲孔 卸压增透 高效抽采
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• abstract6-11
• 1.绪论11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 文献综述12-28
• 1.2.1 煤层卸压增透研究12-13
• 1.2.2 水力冲孔技术研究13-24
• 1.2.3 瓦斯抽采钻孔稳定性研究24-27
• 1.2.4 散体力学的研究27-28
• 1.3 存在的问题28
• 1.4 研究内容28-29
• 1.5 技术路线29-31
• 2.水力冲孔卸压增透理论基础31-55
• 2.1 高压水射流破煤机理31-35
• 2.1.1 高压水射流破煤过程31-32
• 2.1.2 水射流冲击破煤的门槛压力32-33
• 2.1.3 高压水射流破煤基本参数33-35
• 2.2 基于H-B准则的水力冲孔卸压增透机理35-44
• 2.2.1 煤岩体Hoek-Brown破坏准则35-37
• 2.2.2 钻孔周围煤体力学特性分析37-43
• 2.2.3 水力冲孔后钻孔卸压区的变化规律43-44
• 2.3 钻孔抽采瓦斯流固耦合模型44-47
• 2.3.1 瓦斯流动控制方程44-46
• 2.3.2 孔隙率和渗透率耦合方程46
• 2.3.3 煤体变形控制方程46-47
• 2.3.4 模型边界条件设定47
• 2.4 钻孔“散体拱”的形成与破坏47-54
• 2.4.1 软煤散体成拱力学分析48-50
• 2.4.2 冲孔后钻孔“散体拱”变化规律50-54
• 2.5 本章小结54-55
• 3.钻冲一体化技术55-75
• 3.1 钻冲一体化系统装备55-58
• 3.1.1 高压水泵55-56
• 3.1.2 钻冲一体化钻头56-57
• 3.1.3 高压密封系统57-58
• 3.1.4 高压水射流喷嘴58
• 3.2 钻冲一体化技术58-67
• 3.2.1 钻进风压稳孔机理58-64
• 3.2.2 钻进风力排渣机理64-67
• 3.3 钻冲一体化技术应用67-74
• 3.3.1 试验区简介67-68
• 3.3.2 钻冲一体化钻孔设计68
• 3.3.3 钻冲一体化技术工艺实施68-70
• 3.3.4 应用效果考察分析70-74
• 3.4 本章小结74-75
• 4.瓦斯抽采孔修复增透技术75-87
• 4.1 钻孔修复增透装备75-78
• 4.1.1 瓦斯抽采钻孔水力作业机75-76
• 4.1.2 型号及基本参数76-77
• 4.1.3 用途及工作原理77-78
• 4.2 瓦斯抽采钻孔修复增透技术78-80
• 4.2.1 瓦斯抽采钻孔抽采量衰减控制因素78-79
• 4.2.2 钻孔修复增透作用79-80
• 4.3 钻孔修复增透技术应用80-85
• 4.3.1 试验区简介80-81
• 4.3.2 老孔水力修复增透工艺实施81-83
• 4.3.3 应用效果考察分析83-85
• 4.4 本章小结85-87
• 5.裸孔多阶段增透技术87-103
• 5.1 裸孔多阶段增透装备87-88
• 5.2 裸孔多阶段增透技术88-92
• 5.2.1 瓦斯抽采钻孔优化88-89
• 5.2.2 临时封孔抽采89-90
• 5.2.3 变负压抽采瓦斯90-91
• 5.2.4 多阶段增透91-92
• 5.3 裸孔多阶段修复增透技术应用92-96
• 5.3.1 试验区简介92
• 5.3.2 裸孔多阶段增透钻孔设计92-93
• 5.3.3 裸孔多阶段增透工艺实施93-94
• 5.3.4 应用效果考察分析94-96
• 5.4 抽采负压与抽采流量关系96-103
• 5.4.1 试验区简介96-97
• 5.4.2 试验方案97
• 5.4.3 数据整理及分析97-103
• 6.结论与展望103-105
• 6.1 结论103-104
• 6.2 展望104-105
• 参考文献105-111
• 作者简介111-113
• 学位论文数据集113

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本文编号：386935