钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出危险性的实验研究

发布时间：2017-04-12 14:04

  本文关键词：钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出危险性的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在各种类型的煤与瓦斯突出中,石门揭煤突出平均强度最大。而且随着开采深度的增加,石门揭煤突出危险性越来越大,严重威胁煤矿安全生产。研究可靠的石门揭煤突出危险性预测方法,对保障煤矿安全揭开煤层与提高矿井经济效益均具有非常重要的现实意义。目前的一些预测方法从煤矿现场应用情况来看,对于解决石门揭煤突出问题起到了一定的作用,但也存在一些问题。例如预测指标敏感性不高;测定瓦斯压力的孔数有限、准确度不高、步骤复杂且测定时间长等。因此,有必要对石门揭煤突出危险性预测方法开展进一步的探索和研究。本文以河南薛湖、山西丰汇、山东王晁、河北伍仲和河南义络五个矿区煤样为研究对象,采用理论分析和实验室实验相结合的方法,提出了一种新的预测方法,即钻孔初始瓦斯流量法。首先对这种方法用于预测石门揭煤突出危险性的理论基础进行了研究。然后通过大量的实验,获取了足够多的钻孔初始瓦斯流量样本,其中有不突出的样本,也有突出的样本。最后应用判别分析法对所有样本进行分析,获得了钻孔初始瓦斯流量指标的突出临界值。本文主要研究成果与结论如下:(1)研制了长圆形的突出煤层模拟装置及其相配套的钻孔初始瓦斯流量检测装置,它们共同组成了实验室测定钻孔初始瓦斯流量的装置。利用该装置测定了直径为42 mm的钻头揭开煤层后行进1 m整个过程的钻孔初始瓦斯流量,共进行了50次钻孔施工和钻孔初始瓦斯流量数据的采集,其中包括48组有效数据和2组无效数据,无效数据是由钻孔钻进过程中出现的强烈喷孔现象所致。(2)通过对48组有效钻孔初始瓦斯流量数据的分析,获得了钻孔初始瓦斯流量随瓦斯压力和气体种类的变化规律。对于同一煤样和同种气体,瓦斯压力越高,钻孔初始瓦斯流量越大;在相同瓦斯压力条件下,对同一煤样充入CO2时打钻得到的钻孔初始瓦斯流量测定值大于充入N2时的测定值。(3)在测定钻孔初始瓦斯流量的条件下,测定了煤样的初始释放瓦斯膨胀能,据此对相应钻孔钻进的煤层是否具有突出危险性做出判定。(4)根据钻孔初始瓦斯流量的测定结果和煤层突出危险性的判定结果得知,突出煤层的钻孔初始瓦斯流量指标测定值明显比不突出煤层的测定值大,说明钻孔初始瓦斯流量指标对于突出煤层和不突出煤层具有很强的敏感性。(5)利用相同的钻孔初始瓦斯流量临界值,可以同时把CO2和N2条件下的突出煤层和不突出煤层很好的区分开,所以钻孔初始瓦斯流量法及其预测指标对于含CO2的煤层和含N2的煤层均适用,并据此认为该方法也同样适用于含CH4的煤层,且具有相同的突出临界值。(6)应用判别分析法对钻孔初始瓦斯流量测定数据和相应的煤层突出危险性判定结果进行分析,得到了钻孔初始瓦斯流量指标的弱突出临界值和强突出临界值,分别为36.63 L和80.85 L。对不突出和弱突出两组样本进行回判的正确率为94.74%,对弱突出和强突出两组样本进行回判的正确率为92.86%,较高的回判正确率说明得到的钻孔初始瓦斯流量指标突出临界值是可靠的。(7)利用突出模拟实验结果对钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出危险性的准确性进行了验证,8次突出模拟实验结果与钻孔初始瓦斯流量法的预测结果均是一致的。因此,采用钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出危险性是可行的。
【关键词】：石门揭煤 突出危险性 钻孔初始瓦斯流量 初始释放瓦斯膨胀能
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD713
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-22
• 变量注释表22-24
• 1 引言24-31
• 1.1 选题背景24-25
• 1.2 石门揭煤突出危险性预测方法研究现状25-29
• 1.3 论文研究目的和意义及主要研究内容29-30
• 1.4 论文研究思路及技术路线30-31
• 2 钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出的理论基础31-43
• 2.1 钻孔初始瓦斯流量指标的提出31-35
• 2.2 钻孔初始瓦斯流量的影响因素35-40
• 2.3 钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出的可行性分析40-41
• 2.4 本章小结41-43
• 3 钻孔初始瓦斯流量的测定43-78
• 3.1 钻孔初始瓦斯流量测定装置43-52
• 3.2 煤样采集与制备52-56
• 3.3 钻孔初始瓦斯流量测定步骤56-57
• 3.4 测定结果及分析57-76
• 3.5 本章小结76-78
• 4 石门揭煤工作面突出危险性的判定78-98
• 4.1 理想石门揭煤条件下突出危险性的判定方法78-81
• 4.2 初始释放瓦斯膨胀能的测定装置和测定原理81-83
• 4.3 初始释放瓦斯膨胀能与二氧化碳/氮气压力的关系83-86
• 4.4 温度对初始释放瓦斯膨胀能的影响86-90
• 4.5 测定初始释放瓦斯膨胀能所用的煤样90-93
• 4.6 初始释放瓦斯膨胀能的测定结果及煤层突出危险性的判定结果93-97
• 4.7 本章小结97-98
• 5 钻孔初始瓦斯流量的突出临界值98-113
• 5.1 不同气体条件下的突出临界值98-100
• 5.2 突出临界值的范围100-102
• 5.3 判别分析法确定钻孔初始瓦斯流量的突出临界值102-112
• 5.4 本章小结112-113
• 6 突出模拟实验对钻孔初始瓦斯流量法的验证113-121
• 6.1 突出模拟装置113-114
• 6.2 实验步骤114-115
• 6.3 突出模拟实验结果115-117
• 6.4 验证结果117-120
• 6.5 本章小结120-121
• 7 主要结论、创新点及展望121-124
• 7.1 主要结论121-122
• 7.2 创新点122-123
• 7.3 展望123-124
• 参考文献124-131
• 作者简历131-133
• 学位论文数据集133

  本文关键词：钻孔初始瓦斯流量法预测石门揭煤突出危险性的实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：301409