液态二氧化碳相变致裂穿层钻孔强化预抽瓦斯效果研究

发布时间：2017-09-22 02:34

  本文关键词：液态二氧化碳相变致裂穿层钻孔强化预抽瓦斯效果研究

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【摘要】：液态二氧化碳相变致裂技术是一种基于物理爆破的煤层增透技术,相对于目前常见的多种水力化措施、炸药深孔预裂爆破等增透措施,该技术具有使用方便、增透效果好、在单一低透松软的复杂煤层条件下适用性好的优点。本文首先阐述了液态二氧化碳相变致裂设备的构成,在地面试验的基础上进行了改进,以期更利于井下使用。在九里山矿16051底板抽采巷进行了穿层钻孔相变致裂增透试验,通过测试考察试验前、后抽采钻孔的流量、浓度等参数,表明液态二氧化碳相变致裂技术具有很好的增透效果:相变致裂试验后,煤层透气性系数提高了43.62倍,单孔平均抽采流量是水力冲孔措施的2~9倍,是未采取增透措施的3.5~16.3倍,并且流量衰减强度减小了66.5%,抽采更具有可持续性。另外,依据渗流理论、质量守恒理论、能量守恒理论及有效应力方程,建立了相变致裂影响半径力学模型,结合数值模拟软件Comsol Multiphysic得到270MPa压力下的相变致裂的影响半径,通过与现场试验的结果相对比,确定了九里山矿现有条件下相变致裂的有效影响半径为5.0m,并在此基础上研究了钻孔的合理布孔参数。
【关键词】：底抽巷 液态二氧化碳相变致裂技术 瓦斯抽采 有效影响半径 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
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 选题依据10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 强化瓦斯抽采技术研究现状12-15
• 1.2.2 液态二氧化碳相变致裂技术研究现状15-16
• 1.3 本文研究内容16-17
• 1.4 创新点17
• 1.5 技术路线17-20
• 2 液态二氧化碳相变致裂技术20-42
• 2.1 Cardox管的由来及引入20-21
• 2.1.1 Cardox管的发展背景20-21
• 2.1.2 Cardox管引入国内21
• 2.2 液态二氧化碳相变致裂装置的组成21-29
• 2.2.1 致裂部分21-26
• 2.2.2 注液部分26-29
• 2.3 液态二氧化碳相变致裂技术地面试验29-33
• 2.3.1 试验设置及过程29-32
• 2.3.2 试验效果及改进32-33
• 2.4 液态二氧化碳相变致裂技术增透原理初探33-41
• 2.4.1 高压流体的产生33-35
• 2.4.2 当量初步估算35-36
• 2.4.3 动载荷作用下煤岩变形特性36-37
• 2.4.4 应力波对煤体的作用37-38
• 2.4.5 煤体裂隙开裂理论分析38-40
• 2.4.6 CO_2气体对煤层CH_4的置换效应40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 3 液态二氧化碳相变致裂现场试验42-60
• 3.1 试验矿井概况42-45
• 3.1.1 交通位置42-43
• 3.1.2 地质构造43-44
• 3.1.3 煤层赋存特征44
• 3.1.4 矿井开拓方式44-45
• 3.1.5 矿井通风及瓦斯涌出45
• 3.2 矿井区域瓦斯治理方法45-47
• 3.2.1 顺层交叉钻孔、网格钻孔45-47
• 3.2.2 底板岩巷穿层钻孔预抽配套水力冲孔增透47
• 3.3 试验工作面概况47-50
• 3.3.1 地质概况48-49
• 3.3.2 瓦斯概况49-50
• 3.4 穿层钻孔相变致裂增透试验50-58
• 3.4.1 试验设计50-51
• 3.4.2 工艺流程51-54
• 3.4.3 安全措施54-55
• 3.4.4 数据测试55-58
• 3.5 本章小结58-60
• 4 液态二氧化碳相变致裂强化预抽试验效果及分析60-80
• 4.1 钻孔窥视60-62
• 4.2 煤层透气性分析62-66
• 4.2.1 钻孔自然瓦斯涌出特征62-64
• 4.2.2 煤层透气性系数变化64-66
• 4.3 瓦斯抽采效果分析66-73
• 4.3.1 单孔抽采效果对比66-69
• 4.3.2 钻场抽采效果对比69-71
• 4.3.3 合理预抽期71-73
• 4.4 相变致裂影响半径分析73-77
• 4.4.1 致裂区域的形成73
• 4.4.2 破碎圈的生成及范围73-74
• 4.4.3 裂隙圈的生成及范围74-75
• 4.4.4 相变致裂强化瓦斯抽采有效影响范围75-77
• 4.5 相变致裂技术优势分析77-78
• 4.6 存在的问题分析及改进措施78
• 4.7 本章小结78-80
• 5 液态二氧化碳相变致裂影响半径数值模拟及合理布孔参数研究80-94
• 5.1 数学模型的建立80-86
• 5.1.1 基本假设80-81
• 5.1.2 相变致裂数学模型建立81-84
• 5.1.3 相变致裂有效影响半径的计算模型84-85
• 5.1.4 煤体失效准则85-86
• 5.1.5 模拟软件的选择86
• 5.2 相变致裂影响半径模拟结果86-90
• 5.2.1 塑性变形特征86-88
• 5.2.2 体积应变特征88-90
• 5.3 数值模拟与现场试验对比90
• 5.4 合理布孔参数研究90-93
• 5.4.1 穿层钻孔布孔原则90-91
• 5.4.2 穿层钻孔孔位设计91-93
• 5.5 本章小结93-94
• 6 结论及展望94-96
• 6.1 主要结论94
• 6.2 展望94-96
• 参考文献96-102
• 作者简历102-104
• 学位论文数据集104

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