大采高工作面顺序开采瓦斯渗流规律与高位钻孔层位确定方法
发布时间：2020-12-28 06:05
高位钻孔瓦斯抽采技术是预防治理瓦斯灾害的有效途径之一,安全有效的高位钻孔抽采系统可以达到良好的抽采效果。本文以晋煤集团寺河煤矿高瓦斯大采高工作面顺序开采中瓦斯高位钻孔层位精准确定为工程背景,分析了临空开采对瓦斯运移规律的影响,研究了大采高工作面不同临空条件下围岩渗透率与应力应变之间的关系,提出了寺河矿顺序开采高位钻孔层位精准确定方法。本文主要研究成果如下:（1）分析了不同临近空区尺寸采动过程中高位瓦斯抽采区域的采动应力变化特征,设计了不同临空开采条件采动应力路径的煤岩样加卸载三轴渗流实验方案。分析测试了煤样与泥岩样全应力应变、轴压不等幅循环加卸载应力路径下和轴压不等幅循环加卸载应力路径下不同损伤煤岩样的瓦斯渗流特征。结果表明受载裂隙煤岩的渗透率均呈现随着应力的增加逐渐降低,并且第二次加卸载渗透率的变化幅度相对较小,渗透率的损失量也在逐渐减小。（2）建立了不同损伤程度煤岩样不同次循环加卸载的应力-渗透率模型,并借助实验室三轴渗流实验,拟合获得不同损伤煤岩样在开采过程中应力-渗透率耦合模型,分析裂隙煤岩体不同次加卸载过程中的应力敏感性,并将上述不同损伤煤样的渗流-应力耦合模型写入COMSO...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
模型初始应力云图
2不同临空开采条件采动应力分布与煤岩应力路径1940m80m120m160m180m200m（a）一工作面不同开挖距离下垂直应力云图40m80m120m160m180m200m（b）二工作面不同开挖距离下垂直应力云图图2-6不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图Figure2-6cloudchartofverticalstressunderdifferentexcavationdistanceofdifferentfreeface010203040506070800246810121416182022垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m三工作面开挖垂直应力值(a)一工作面开挖（b）二工作面开挖(c)三工作面开挖图2-7不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力值Figure2-7verticalstressvaluesofdifferentworkingfaceswithdifferentexcavationdistances不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图以及侧向支承压力曲线如图2-6、图2-7所示。当一工作面推进40m时，由于煤层的开挖对周围煤岩体造成了强烈的扰动，在距离工作面侧3~17m范围内，煤体达到应力峰值，约为12.14MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面50m时降至原岩应力水平；当一工作面推进到65m时，在距离工作面2.5m处煤壁发生破坏，应力值为0MPa，在距离工作面侧20~37m范围内，煤体达到应力峰值，约为14.36MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面80m时降至原岩应力水平；当一工作面继续推进
2不同临空开采条件采动应力分布与煤岩应力路径1940m80m120m160m180m200m（a）一工作面不同开挖距离下垂直应力云图40m80m120m160m180m200m（b）二工作面不同开挖距离下垂直应力云图图2-6不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图Figure2-6cloudchartofverticalstressunderdifferentexcavationdistanceofdifferentfreeface010203040506070800246810121416182022垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m三工作面开挖垂直应力值(a)一工作面开挖（b）二工作面开挖(c)三工作面开挖图2-7不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力值Figure2-7verticalstressvaluesofdifferentworkingfaceswithdifferentexcavationdistances不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图以及侧向支承压力曲线如图2-6、图2-7所示。当一工作面推进40m时，由于煤层的开挖对周围煤岩体造成了强烈的扰动，在距离工作面侧3~17m范围内，煤体达到应力峰值，约为12.14MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面50m时降至原岩应力水平；当一工作面推进到65m时，在距离工作面2.5m处煤壁发生破坏，应力值为0MPa，在距离工作面侧20~37m范围内，煤体达到应力峰值，约为14.36MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面80m时降至原岩应力水平；当一工作面继续推进
【参考文献】：
期刊论文
[1]大直径水平钻孔桥接采空区抽采瓦斯技术研究[J]. 程波,陈殿赋,彭明辉,杨亮. 矿业安全与环保. 2020(01)
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[7]循环加卸载作用下预制裂隙煤样渗透性试验研究[J]. 王辰霖,张小东,杜志刚. 岩土力学. 2019(06)
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[9]循环载荷下煤样渗透特性试验研究[J]. 郭军杰,程晓阳. 中国安全生产科学技术. 2017(06)
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博士论文
[1]基于CT可视化的深部煤体损伤和渗透率演化规律研究[D]. 钟江城.中国矿业大学(北京) 2018
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[3]采动影响下煤岩力学特性及瓦斯运移规律研究[D]. 李文璞.重庆大学 2014
[4]不同开采条件下煤岩损伤演化与煤层瓦斯渗透机理研究[D]. 李波波.重庆大学 2014
[5]地面钻井抽采老采空区瓦斯的理论与应用研究[D]. 秦伟.中国矿业大学 2013
[6]综放开采覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移规律及工程应用[D]. 林海飞.西安科技大学 2009
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[8]围岩宏观应力壳和采动裂隙演化特征及其动态效应研究[D]. 杨科.安徽理工大学 2007
硕士论文
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[2]循环载荷下煤样裂隙演化及渗透率实验研究[D]. 程晓阳.河南理工大学 2017
[3]小青矿高位钻孔采空区瓦斯抽采技术研究[D]. 金兆生.辽宁工程技术大学 2016
[4]五虎山矿高位钻孔抽采采动卸压瓦斯技术研究[D]. 朱海龙.西安科技大学 2013
[5]高瓦斯矿井采空区大直径高位钻孔瓦斯抽采技术研究[D]. 刘洋.太原理工大学 2013
[6]循环载荷作用下含瓦斯煤变形与渗流特性的试验研究[D]. 周婷.重庆大学 2012
[7]循环载荷和卸围压下突出煤的力学与渗流特性研究[D]. 蔡波.重庆大学 2010
本文编号：2943254
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：160 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
模型初始应力云图
2不同临空开采条件采动应力分布与煤岩应力路径1940m80m120m160m180m200m（a）一工作面不同开挖距离下垂直应力云图40m80m120m160m180m200m（b）二工作面不同开挖距离下垂直应力云图图2-6不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图Figure2-6cloudchartofverticalstressunderdifferentexcavationdistanceofdifferentfreeface010203040506070800246810121416182022垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m三工作面开挖垂直应力值(a)一工作面开挖（b）二工作面开挖(c)三工作面开挖图2-7不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力值Figure2-7verticalstressvaluesofdifferentworkingfaceswithdifferentexcavationdistances不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图以及侧向支承压力曲线如图2-6、图2-7所示。当一工作面推进40m时，由于煤层的开挖对周围煤岩体造成了强烈的扰动，在距离工作面侧3~17m范围内，煤体达到应力峰值，约为12.14MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面50m时降至原岩应力水平；当一工作面推进到65m时，在距离工作面2.5m处煤壁发生破坏，应力值为0MPa，在距离工作面侧20~37m范围内，煤体达到应力峰值，约为14.36MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面80m时降至原岩应力水平；当一工作面继续推进
2不同临空开采条件采动应力分布与煤岩应力路径1940m80m120m160m180m200m（a）一工作面不同开挖距离下垂直应力云图40m80m120m160m180m200m（b）二工作面不同开挖距离下垂直应力云图图2-6不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图Figure2-6cloudchartofverticalstressunderdifferentexcavationdistanceofdifferentfreeface010203040506070800246810121416182022垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m40m80m120m160m180m200m01020304050607080051015202530354045垂直应力值/MPa煤柱距离/m三工作面开挖垂直应力值(a)一工作面开挖（b）二工作面开挖(c)三工作面开挖图2-7不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力值Figure2-7verticalstressvaluesofdifferentworkingfaceswithdifferentexcavationdistances不同临空开采工作面不同开挖距离下垂直应力云图以及侧向支承压力曲线如图2-6、图2-7所示。当一工作面推进40m时，由于煤层的开挖对周围煤岩体造成了强烈的扰动，在距离工作面侧3~17m范围内，煤体达到应力峰值，约为12.14MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面50m时降至原岩应力水平；当一工作面推进到65m时，在距离工作面2.5m处煤壁发生破坏，应力值为0MPa，在距离工作面侧20~37m范围内，煤体达到应力峰值，约为14.36MPa，随后应力值逐渐降低，在距离工作面80m时降至原岩应力水平；当一工作面继续推进
【参考文献】：
期刊论文
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[8]循环载荷下煤样声发射特征及渗透率变化规律研究[J]. 郭军杰,邹友平,程晓阳. 煤炭科学技术. 2018(10)
[9]循环载荷下煤样渗透特性试验研究[J]. 郭军杰,程晓阳. 中国安全生产科学技术. 2017(06)
[10]煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术的应用分析[J]. 张存明. 内蒙古煤炭经济. 2017(08)
博士论文
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[4]不同开采条件下煤岩损伤演化与煤层瓦斯渗透机理研究[D]. 李波波.重庆大学 2014
[5]地面钻井抽采老采空区瓦斯的理论与应用研究[D]. 秦伟.中国矿业大学 2013
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[7]含瓦斯煤岩本构模型与失稳规律研究[D]. 王登科.重庆大学 2009
[8]围岩宏观应力壳和采动裂隙演化特征及其动态效应研究[D]. 杨科.安徽理工大学 2007
硕士论文
[1]保德矿瓦斯抽采方案优化研究[D]. 赵涛.辽宁工程技术大学 2017
[2]循环载荷下煤样裂隙演化及渗透率实验研究[D]. 程晓阳.河南理工大学 2017
[3]小青矿高位钻孔采空区瓦斯抽采技术研究[D]. 金兆生.辽宁工程技术大学 2016
[4]五虎山矿高位钻孔抽采采动卸压瓦斯技术研究[D]. 朱海龙.西安科技大学 2013
[5]高瓦斯矿井采空区大直径高位钻孔瓦斯抽采技术研究[D]. 刘洋.太原理工大学 2013
[6]循环载荷作用下含瓦斯煤变形与渗流特性的试验研究[D]. 周婷.重庆大学 2012
[7]循环载荷和卸围压下突出煤的力学与渗流特性研究[D]. 蔡波.重庆大学 2010
本文编号：2943254
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