高压水射流破煤作用及水力冲孔防突技术研究

发布时间：2017-04-20 15:00

  本文关键词：高压水射流破煤作用及水力冲孔防突技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,防治煤与瓦斯突出对于保障煤矿安全高效生产具有十分重要的意义。本文采用理论分析、数值模拟和现场试验考察相结合的方法,系统研究了高压水射流破煤作用理论和水力冲孔防突技术。首先,基于高压水射流破煤作用的理论研究,通过合理的假设和简化,分别构建了高压水射流破煤的力学分析模型和数值计算模型。然后,通过力学分析建立了高压水射流破煤的理论方程组,运用LS-DYNA3D软件模拟和分析了不同水压下高压水射流破煤的主要过程及其特点。最后,研究了以水力冲孔为代表的高压水射流破煤防突技术,完成了高压水射流破煤试验和水力冲孔防突效果的考察试验,优化和完善了水力冲孔防突技术。 高压水射流破煤作用研究表明：高压水射流破碎含瓦斯煤体主要经历了煤体失效破裂阶段和裂隙发育射流侵蚀阶段；构建了力学分析模型,建立了高压水射流破煤的简化常微分方程组；建立了高压水射流破煤的数值计算模型,运用LS-DYNA3D软件模拟了不同水压下高压水射流的破煤过程,得出了高压水射流破煤的主要过程和门限水压；煤体在高压水射流侵蚀下的破坏形式主要有压碎破坏、拉伸破坏和应力波破坏,应力波的传播扩大了高压水射流侵蚀煤体的影响范围；高压水射流的侵蚀深度和水压之间呈现出曲线增长的关系。 在淮南潘三矿完成了高压水射流破煤试验和水力冲孔现场试验,表明高压水泵的出水压力为15～20MPa时才能满足高压水射流的破煤要求；在水力冲孔抽采瓦斯37天后,13-1煤层水力冲孔影响半径达到8.5m,残余瓦斯压力和瓦斯含量分别为1.35MPa、5.98m3/t,煤层瓦斯含量显著降低,水力冲孔防突技术措施获得了良好的消突效果；在水力冲孔之后,煤层瓦斯呈现出区域性的分布规律,冲孔钻孔周围依次存在瓦斯充分排放区、瓦斯排放区、瓦斯压力过渡区和原始瓦斯压力区；水力冲孔防突技术主要经历高压水射流破煤阶段、恢复平衡阶段和瓦斯抽采阶段。
【关键词】：煤与瓦斯突出 高压水射流 水力冲孔 数值模拟 破煤机理 消突机理 试验研究 瓦斯抽采
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TD713.34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 引言14-16
• 1 绪论16-25
• 1.1 水射流技术发展概况16-19
• 1.1.1 高压水射流技术的发展概况17-18
• 1.1.2 高压水射流技术的主要特点18-19
• 1.2 水射流技术的分类及应用19-21
• 1.3 水射流技术在煤炭工业中的应用21-22
• 1.4 本文研究背景22-23
• 1.5 本文研究的内容和技术路线23-25
• 2 高压水射流破煤作用研究25-43
• 2.1 高压水射流主要特征25-31
• 2.1.1 水射流的主要结构25-26
• 2.1.2 水射流的紊动冲击特性26-31
• 2.2 煤的结构和力学特性31-36
• 2.2.1 煤的孔隙结构特性31-32
• 2.2.2 含瓦斯煤的力学特性32-36
• 2.3 高压水射流破煤理论36-42
• 2.3.1 高压水射流破碎煤岩理论37-41
• 2.3.2 水射流破碎煤体的主要过程41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 3 高压水射流破煤力学和数值模型研究43-72
• 3.1 高压水射流破煤作用的力学分析43-52
• 3.1.1 力学模型43-45
• 3.1.2 基本方程45-50
• 3.1.3 力学分析50-52
• 3.2 LS-DYNA3D简介52-54
• 3.2.1 LS-DYNA3D概述52-53
• 3.2.2 ANSYS/LS-DYNA3D联合建模求解53-54
• 3.3 高压水射流破煤作用的数值模型54-68
• 3.3.1 有限元模型54-57
• 3.3.2 材料模型57-59
• 3.3.3 数值模拟试验59-67
• 3.3.4 数值模拟试验分析67-68
• 3.4 力学分析和数值试验的对比研究68-70
• 3.4.1 射流破煤的门限水压68-69
• 3.4.2 水压与侵蚀深度的关系69
• 3.4.3 高压水射流破煤的主要机制69-70
• 3.5 本章小结70-72
• 4 水力冲孔防突技术措施的现场试验72-94
• 4.1 水力冲孔防突技术72-76
• 4.1.1 水力冲孔技术的发展概况72-73
• 4.1.2 水力冲孔技术的主要设备73-74
• 4.1.3 水力冲孔技术的工艺流程74-76
• 4.2 试验区域概况76-79
• 4.2.1 矿井概况76-77
• 4.2.2 13-1煤层赋存及顶底板特征77-78
• 4.2.3 试验区域概况78-79
• 4.3 煤层的基础参数考察79-81
• 4.3.1 煤层的力学强度79
• 4.3.2 煤层瓦斯基础参数79-81
• 4.4 穿层钻孔布置81-86
• 4.4.1 钻孔布置依据81
• 4.4.2 钻孔布置81-84
• 4.4.3 钻场布置84-86
• 4.5 高压水射流破煤试验86-88
• 4.5.1 高压水射流破煤设备86-87
• 4.5.2 试验钻孔87
• 4.5.3 试验效果考察87-88
• 4.6 水力冲孔防突技术现场试验88-92
• 4.6.1 水力冲孔钻孔和考察孔88-89
• 4.6.2 水力冲孔的施工工艺89-90
• 4.6.3 水力冲孔现场试验的影响半径90-92
• 4.7 本章小结92-94
• 5 水力冲孔防突技术试验研究94-104
• 5.1 水力冲孔防突技术效果考察94-95
• 5.1.1 防突效果94-95
• 5.1.2 斯抽采效果95
• 5.2 水力冲孔煤层瓦斯区域分布规律95-97
• 5.3 水力冲孔防突技术优化97-99
• 5.4 水力冲孔技术的防突机制99-102
• 5.5 本章小结102-104
• 6 结论与展望104-106
• 6.1 结论104-105
• 6.2 展望105-106
• 参考文献106-111
• 致谢111-112
• 作者简介及读研期间主要科研成果112

【参考文献】

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本文编号：318893