五轮山煤矿8煤顺层钻孔抽采半径时效特性研究

发布时间：2017-07-13 11:03

  本文关键词：五轮山煤矿8煤顺层钻孔抽采半径时效特性研究

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【摘要】：瓦斯灾害是影响煤矿安全开采的主要自然灾害之一,目前我国在无保护层可采的低渗透性单一煤层,常采用井下钻孔对煤层瓦斯进行预抽。钻孔抽采瓦斯的一个重要因素是合理的布孔间距,而布孔间距取决于钻孔的抽采半径,抽采半径又受各种影响因素的制约,因此研究钻孔预抽瓦斯影响因素的时效特性具有重要意义。本文以五轮山煤矿8煤为试验对象,煤层瓦斯基础参数为：8煤层原始瓦斯压力1.02MPa,煤层的平均瓦斯含量12.50m3/t,煤层透气性系数为0.1024m2/(MPa2d)。研究了抽采钻孔周围煤体应力变化及瓦斯流动规律,得出钻孔卸压范围的大小与钻孔孔径的大小呈线性正相关关系,但对于特殊煤层,如突出煤层来说,钻孔太大会导致塌孔、甚至引发煤与瓦斯突出。结合五轮山煤矿的基础参数运用COMSOL软件对影响抽采半径的因素进行了模拟分析,得出延长抽采时间可以尽可能的抽出煤层中的瓦斯,但存在极限抽采时间,若超过极限抽采时间,则瓦斯抽采的效果将会大大降低；钻孔的抽采半径会随着钻孔直径的增加而随之增加,但孔径增加到一定程度后,抽采半径和抽采效率的增加幅度会远小于钻孔直径的增大幅度,钻孔直径的改变对抽采时间没有影响；煤层原始瓦斯压力越大,钻孔抽采半径越小,煤层瓦斯含量越大,相应的钻孔抽采量也越大；煤层原始渗透率对钻孔预抽煤层瓦斯影响十分显著,初始渗透率越大,钻孔抽采瓦斯影响的范围越大、效果越好,钻孔瓦斯抽采量衰减的越慢,极限抽采时间越长。通过模拟结果结合现场实践,对五轮山煤矿8煤1805工作面运用含量法和流量法现场测定了钻孔预抽瓦斯的抽采半径,经过两种方法对比分析,得出五轮山煤矿8煤的极限抽采时间为150d,合理布控间距为2m。对抽采后的区域进行了效果考察,各项指标均低于防突规定的临界值,证明了预抽煤层瓦斯的有效性,为矿区的安全生产提供了保障。
【关键词】：瓦斯抽采 顺层钻孔 抽采半径 时效特性
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 瓦斯抽采方法研究现状15-17
• 1.2.2 瓦斯抽采半径研究现状17-18
• 1.3 研究目标与主要研究内容18-19
• 1.3.1 研究目标18
• 1.3.2 主要研究内容18-19
• 1.4 技术路线19-20
• 2 五轮山煤矿概况以及瓦斯基础参数测定20-32
• 2.1 矿井概况20-21
• 2.1.1 井田概况20
• 2.1.2 地质特征20
• 2.1.3 煤层20-21
• 2.2 煤层瓦斯基础参数测定21-31
• 2.2.1 煤层瓦斯压力21-22
• 2.2.2 煤层瓦斯含量22-26
• 2.2.3 煤层透气性系数26-29
• 2.2.4 煤的工业分析29-30
• 2.2.5 吸附常数a、b值30-31
• 2.2.6 煤的破坏类型31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 抽采钻孔周围煤体应力变化及瓦斯流动规律32-44
• 3.1 瓦斯抽采钻孔周围煤体应力变化规律32-39
• 3.1.1 钻孔煤体变形破坏原理32-33
• 3.1.2 钻孔煤体破坏类型范围数学模型的建立33-35
• 3.1.3 钻孔周围应力分析35-36
• 3.1.4 塑形破坏区范围36-37
• 3.1.5 钻孔孔径对塑性区半径的影响37-39
• 3.2 瓦斯流动规律39-42
• 3.2.1 瓦斯扩散运动39-40
• 3.2.2 瓦斯渗透运动40-41
• 3.2.3 瓦斯在煤体中的流动41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 4 顺层钻孔抽采半径数值模拟44-58
• 4.1 理论模型研究44-47
• 4.1.1 基本假设44
• 4.1.2 模型的建立44-47
• 4.1.3 模型的定解条件47
• 4.2 数值模型的建立47-48
• 4.3 抽采半径影响因素分析48-56
• 4.3.1 抽采时间的影响48-51
• 4.3.2 钻孔直径的影响51-53
• 4.3.3 煤层瓦斯压力的影响53-55
• 4.3.4 煤层渗透率的影响55-56
• 4.4 本章小结56-58
• 5 1805工作面抽采半径测定58-84
• 5.1 工作面概况58
• 5.2 含量法测抽采半径58-71
• 5.2.1 测试方法58-59
• 5.2.2 钻孔设计参数59
• 5.2.3 钻孔施工技术59-60
• 5.2.4 测试过程及结果分析60-71
• 5.3 流量法测抽采半径71-78
• 5.3.1 流量法测试方法71-72
• 5.3.2 钻孔设计参数72
• 5.3.3 流量法测试原理72-74
• 5.3.4 测试过程及结果分析74-78
• 5.4 误差分析78-79
• 5.5 抽采效果考察79-82
• 5.5.1 残余瓦斯压力、残余瓦斯含量的测定79-82
• 5.5.2 效果检验82
• 5.6 本章小结82-84
• 6 结论与展望84-86
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 作者简介及读研期间主要科研成果92

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