顺层抽采钻孔有效防突偏移量研究
本文关键词：顺层抽采钻孔有效防突偏移量研究
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【摘要】：顺层钻孔预抽煤层瓦斯是区域治理煤矿瓦斯灾害的重要措施,但在钻孔施工过程中,会经常发生钻孔进入顶板或底板岩层中的偏移现象,当偏移量过大时会导致瓦斯无法穿过岩层进入到抽采钻孔中,造成煤层瓦斯抽采的不均衡,形成局郭瓦斯抽采空白带,对矿井的安全生产造成了极大隐患。本文以理论分析与数值模拟作为研究手段,对平煤五矿己15-32020工作面实施顺层钻孔预抽区段煤层瓦折时,部分钻孔发生偏移但区域防突措施依然有效的现象进行科学的分析与合理的解释,为抽采钻孔合理优化布置提供理论依据。本文以煤层瓦斯流动规律和钻孔周围煤岩体应力分布特征为研究基础,分析偏移钻孔周围瓦斯流动规律和卸压范围,结果表明：岩层段偏移钻孔周围的瓦斯运移可看做半径向稳定流动,煤层段偏移钻孔周围的瓦斯运移可看做径向稳定流动,增大煤岩体的透气性能有效提高钻孔的抽采效果；侧压系数主要影响钻孔卸范围的形状,钻孔埋深的增大、煤岩体强度的减小、钻孔直径和软化模量的增加都有利于扩大卸压范围。以试验区实际情况为例,通过理论计算结合RFPA数直分析,研究岩层段偏移钻孔的卸压范围大小、透气性变化和瓦斯有效抽采半径,数值分析结果表明：试验区岩层段偏移钻孔的实际卸压范围应介于0.357～0.525m间,卸压范围内岩体透气性系数能提高至煤层透气性系数,经300天时间的预抽,抽采钻孔控制区域内的瓦斯压力可降至0.445～0.579MPa。通过对比试验区现场消突效果,表明数值模拟结果与现场实际基本一致,试验区的顺层抽采钻孔有孜防突偏移量就是岩层段偏移钻孔的卸压范围。经综合分析,顺层钻孔有效防突扁移量由原岩应力大小与分布、煤岩体力学参数、钻孔孔径所决定,受煤层瓦斯参数、煤层透气性和抽采时间所影响。
【关键词】：偏移钻孔 抽采效果 卸压范围 透气性系数 数值模拟
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.6
【目录】：
- 致谢4-5
- 摘要5-6
- Abstract6-11
- 1 绪论11-21
- 1.1 选题背景及意义11-13
- 1.2 国内外研究现状13-18
- 1.2.1 煤层瓦斯流动理论研究现状13-15
- 1.2.2 孔洞周围煤岩体应力场研究现状15-17
- 1.2.3 预抽煤层瓦斯区域防突技术研究现状17-18
- 1.2.4 存在的问题18
- 1.3 本文研究内容及技术路线18-21
- 1.3.1 研究内容18-19
- 1.3.2 技术路线19-21
- 2 试验现场概况21-27
- 2.1 试验区概况21-23
- 2.1.1 试验区的位置21
- 2.1.2 煤层与顶底板赋存条件21-22
- 2.1.3 瓦斯赋存与瓦斯储量22-23
- 2.2 试验区的瓦斯抽采情况23-26
- 2.2.1 瓦斯抽采的必要性与可行性分析23-24
- 2.2.2 瓦斯抽采钻孔的布置方式24-26
- 2.3 本章小结26-27
- 3 钻孔周围瓦斯流动规律27-37
- 3.1 煤层瓦斯的赋存27-29
- 3.1.1 煤层瓦斯赋存状态27-28
- 3.1.2 煤层瓦斯含量28-29
- 3.2 瓦斯在煤层中的流动理论29-35
- 3.2.1 煤层瓦斯流动的基本规律29-32
- 3.2.2 钻孔周围瓦斯流动规律32-35
- 3.2.3 试验现场钻孔周围瓦斯流动规律分析35
- 3.3 本章小结35-37
- 4 钻孔周围煤岩体应力分布的理论研究与数值分析37-53
- 4.1 岩体的原岩应力分布规律37-38
- 4.2 钻孔周围煤岩体的弹性应力分布38-41
- 4.2.1 钻孔周围煤岩体的基本假设38-39
- 4.2.2 钻孔周围煤岩体弹性应力分布方程39-40
- 4.2.3 侧压系数对钻孔周围煤岩体弹性应力分布的影响40-41
- 4.3 钻孔周围煤岩体的弹塑性应力分布41-47
- 4.3.1 钻孔周围煤岩体弹塑性状态圈状模型41-42
- 4.3.2 钻孔周围煤岩体弹塑性区应力分布解析42-46
- 4.3.3 现场实例分析46-47
- 4.4 钻孔周围岩体应力分布数值分析47-52
- 4.4.1 数值模型的建立47-49
- 4.4.2 数值模拟结果及分析49-52
- 4.5 本章小结52-53
- 5 钻孔卸压范围瓦斯抽采效果数值分析与现场验证53-73
- 5.1 钻孔卸压范围瓦斯抽采效果数值分析53-64
- 5.1.1 钻孔周围煤岩体透气性变化数值分析54-58
- 5.1.2 钻孔瓦斯有效抽采半径数值分析58-64
- 5.2 顺层钻孔预抽措施消突效果现场考察64-70
- 5.2.1 试验区残余瓦斯含量考察64-67
- 5.2.2 试验区瓦斯残余压力考察67-68
- 5.2.3 试验区瓦斯预抽效果分析68-70
- 5.2.4 试验区预抽消突效果评价70
- 5.3 现场应用研究70-72
- 5.4 本章小结72-73
- 6 结论与展望73-75
- 6.1 结论73
- 6.2 展望73-75
- 参考文献75-79
- 作者简历79-81
- 学位论文数据集81
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