發(fā)布時間：2019-04-18 10:23

【摘要】：瓦斯抽采是煤礦瓦斯災害治理的根本,低滲煤層抽采瓦斯?jié)舛鹊�、效率�?難以滿足安全生產(chǎn)和環(huán)境保護需求。增透是提高低滲煤層抽采效率的有效途徑,對其研究具有重要意義,由此提出了水力擾動增透技術(shù)。本文以瓦斯地質(zhì)學、彈塑性力學、斷裂力學、滲流力學等理論為指導,以煤、圍巖孔裂隙特征、力學性質(zhì)特征為基礎資料;開展了“基于煤巖體結(jié)構(gòu)的加卸載-滲透率實驗”、“煤體結(jié)構(gòu)相似材料模擬”、“軟煤采動影響條件下水力壓裂實驗”和“硬煤變圍壓條件下水力裂縫轉(zhuǎn)向?qū)嶒灐钡葘嶒?采用MShale、COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬,對水力擾動縫網(wǎng)形成因素、力學機制及滲透率演化規(guī)律等進行了研究。通過研究得出以下結(jié)論:(1)煤體結(jié)構(gòu)、煤巖脆性、煤巖分層介質(zhì)、煤層厚度、天然裂縫、滲透率等均對水力縫網(wǎng)的形成具有重要意義。其中煤體結(jié)構(gòu)越完整、脆性指數(shù)越高,越有利于縫網(wǎng)的開啟煤巖分層介質(zhì)對裂縫高度具有控制作用,煤層厚度越小,越有利于增加縫長;天然裂縫和滲透率的各向異性可直接指導水力鉆孔的布置方位。(2)軟煤水力裂縫為中寬外扁孔洞狀,且裂縫開啟方向并不完全由應力控制,硬煤開啟水力裂縫為扁平狀,開啟方向受制于加載應力;軟煤壓裂實質(zhì)為“擠脹”,硬煤具有開啟多級多類裂縫的物質(zhì)基礎;(3)建立了硬煤巖形成徑向引張裂縫、剪切裂縫、周緣引張裂縫和轉(zhuǎn)向裂縫的裂縫擴展判斷依據(jù);(4)軟煤水力沖孔孔洞形態(tài)為類橢球體,同等出煤量條件下,煤體滲透率隨著抽采時間的延長逐漸增大,且隨距鉆孔距離增大先微弱減小后快速增大并漸趨穩(wěn)定;隨出煤量增加,滲透率隨之增大;(5)引進層次分析法(AHP),形成了水力擾動工藝優(yōu)選及改造程度評價方法;以縫網(wǎng)改造為目的,查明了重復壓裂、分段壓裂、水力壓沖等技術(shù)形成多級多類裂縫體系的技術(shù)原理。以上研究結(jié)果,通過在鶴壁中泰礦業(yè)有限公司、中馬村礦、渝陽煤礦的實際應用得到了驗證。
[Abstract]:Gas extraction is the root of the coal mine gas disaster management, and the low-permeability coal seam gas extraction is low in gas concentration and low in efficiency, and it is difficult to meet the requirements of safety production and environmental protection. It is an effective way to improve the extraction efficiency of the low-permeability coal seam, and it is of great significance to the research. Based on the theory of gas geology, elastic-plastic mechanics, fracture mechanics, and seepage mechanics, this paper is based on the characteristics of the fracture and mechanical properties of the coal, the surrounding rock and the characteristics of the mechanical properties. The experiment of loading and unloading-permeability test, the simulation of the similar material of the coal body structure, the hydraulic fracturing experiment under the influence of soft coal mining under the influence of soft coal mining and the steering experiment of hydraulic fracture under the condition of soft coal mining under pressure is carried out, and the numerical simulation of MSHale and COMSOL Multiphysics is used. The forming factors, the mechanical mechanism and the permeability evolution law of the hydraulic disturbance seam net are studied. The conclusions are as follows: (1) The structure of the coal body, the brittleness of coal and rock, the stratified medium of coal and rock, the thickness of the coal seam, the natural fracture, the permeability and so on are of great significance to the formation of the hydraulic seam net. In which, the more complete the structure of the coal body, the higher the brittleness index, the more beneficial to the control of the fracture height of the coal-rock layered medium of the seam net, the smaller the thickness of the coal bed, and the more favorable for increasing the length of the seam; and the anisotropy of the natural fracture and the permeability can directly guide the arrangement direction of the hydraulic drilling hole. (2) The hydraulic fracture of the soft coal is in the shape of the middle wide outer flat hole, and the fracture opening direction is not completely controlled by the stress, the hydraulic fracture of the hard coal is in a flat shape, the opening direction is subject to the loading stress, the soft coal fracturing is essentially a "extrusion", and the hard coal has the material base for opening the multi-type multi-class crack; (3) establishing the basis for judging the crack propagation of the hard-coal rock to form a radial guiding crack, a shearing crack, a circumferential guiding crack and a steering crack; and (4) the soft coal hydraulic punching hole is shaped as an ellipsoid, and under the condition of the same coal quantity, The permeability of the coal body gradually increases with the extension of the extraction time, and the distance between the coal body increases with the distance of the drilling hole and then increases rapidly and is gradually stabilized; the permeability is increased with the increase of the coal output quantity; and (5) the analytic hierarchy process (AHP) is introduced, The method of optimization and evaluation of hydraulic disturbance is formed, and the technical principle of multi-class multi-class fracture system is identified by using the technology of fracture network modification. The results of the above research have been verified by the practical application of Tae Mining Co., Ltd., Zhongmamura Mine and Jianyang Coal Mine in Hebi.
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.6

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王武育,張欣,孫平;化合物薄膜的光學增透特性及其應用[J];稀有金屬;1997年03期

2 薛運才;類金剛石薄膜紅外增透作用研究[J];焦作工學院學報;1998年04期

3 ;防潮增透二氧化硅涂層及其制法[J];電鍍與涂飾;2000年06期

4 徐景德;楊鑫;賴芳芳;韓春晶;朱正憲;;國內(nèi)煤礦瓦斯強化抽采增透技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2014年04期

5 張曉偉;余加正;劉俊龍;;定向壓裂增透技術(shù)在二~1煤層中的應用[J];華北科技學院學報;2011年03期

6 馬海峰;殷志強;李傳明;李家卓;龐冬冬;劉萬榮;;基于體積應變含瓦斯煤增透率模型及采動響應研究[J];中國安全生產(chǎn)科學技術(shù);2014年08期

7 王賀;魏長平;彭春佳;李叢昱;程果;;多孔SiO_2膜的制備和增透性能研究[J];硅酸鹽通報;2012年02期

8 崔剛;陳如總;張賽;馬國強;;掘進條帶水力壓裂增透抽采技術(shù)[J];煤礦安全;2014年03期

9 高培林;張永明;常貴芳;;利用水力強化增透技術(shù)抽采煤礦瓦斯的研究[J];煤礦現(xiàn)代化;2013年04期

10 胡海利;;掏穴鉆孔增透抽采最大化技術(shù)[J];中小企業(yè)管理與科技(下旬刊);2013年07期

相關(guān)會議論文 前1條

1 朱嘉琦;;紅外增透保護薄膜的研究及應用[A];中國真空學會2012學術(shù)年會論文摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 本報記者 譚川江;草花：一減一增透風向[N];中國花卉報;2014年

相關(guān)博士學位論文 前5條

1 王耀鋒;三維旋轉(zhuǎn)水射流與水力壓裂聯(lián)作增透技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

2 辛新平;煤層井下水力增透理論及應用研究[D];河南理工大學;2014年

3 晏良宏;寬帶增透二氧化硅光學薄膜的納米結(jié)構(gòu)與光學性能研究[D];中國工程物理研究院;2016年

4 劉曉;煤—圍巖水力擾動增透機理及技術(shù)研究[D];河南理工大學;2015年

5 尚鵬;耐高溫窗口增透技術(shù)研究[D];中國科學院研究生院（光電技術(shù)研究所）;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前9條

1 王小斌;尼龍6的增韌增透改性及性能研究[D];華南理工大學;2016年

2 吳智雄;紅外窗口用藍寶石晶體Y_2O_3/SiO_2增透薄膜的設計與制備研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

3 王大興;氟化鎂基底3～5μm紅外增透保護膜的研究與制備[D];長春理工大學;2014年

4 趙源;本煤層水力壓裂及增透范圍研究[D];重慶大學;2015年

5 張笑難;深部高瓦斯低透煤層水壓致裂強化增透技術(shù)與應用[D];安徽理工大學;2014年

6 胡鑫;底板裝藥爆破在煤層增透中的應用[D];安徽理工大學;2015年

7 史寧;高壓空氣沖擊煤體增透技術(shù)實驗研究[D];遼寧工程技術(shù)大學;2011年

8 劉歡歡;低滲透性煤層氣解吸機理及增透效果試驗研究[D];內(nèi)蒙古科技大學;2015年

9 秦國雙;氧化鉿為過渡層生長藍寶石紅外窗口增透保護膜的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

，

本文編號：2459975