【摘要】：針對單一低透氣性突出煤層區(qū)域防突問題，人們發(fā)展了多種水力化鉆孔卸壓增透抽采技術(shù)，如水力沖孔、煤層注水、水力壓裂等，并取得了良好的應(yīng)用效果，但是對于技術(shù)措施中作用于含瓦斯煤體的水分對煤層瓦斯?jié)B流特性的影響機制缺乏深入的研究。本文圍繞多種水力化措施中水分影響作用的共性，通過實驗室試驗、數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗與應(yīng)用，系統(tǒng)研究了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流特性，并取得以下研究成果： （1）自主研發(fā)了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流實驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)徑向穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)滲流實驗、煤層注水驅(qū)氣實驗、液態(tài)水潤濕及高壓注水煤樣等溫吸附實驗，同時可滿足不同覆壓、瓦斯?jié)B流壓力、氣體種類、鉆孔孔徑、含水率條件下徑向穩(wěn)態(tài)滲流實驗功能，以及不同注水流量下注水口壓力及邊界壓力的實時監(jiān)測。 （2）基于徑向穩(wěn)態(tài)滲流實驗，研究了瓦斯壓力、吸附作用、覆壓及鉆孔卸壓對煤體滲透率的影響規(guī)律。分析了煤層注水驅(qū)氣動力學(xué)過程，實驗測試了煤層注水驅(qū)氣過程中煤樣內(nèi)、外邊界壓力演化規(guī)律，提出了注水驅(qū)氣過程的四個階段；實驗研究了覆壓、原始瓦斯壓力、注水流量等因素對煤層注水驅(qū)氣滲流特性的影響規(guī)律，并得出了注水鉆孔周圍煤體含水率分布規(guī)律。 （3）提出了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流物理模型，實驗研究了物理模型中水分影響區(qū)域內(nèi)煤體等溫吸附特性及孔隙特征；測試了水/CH4競爭吸附對煤體滲透率的影響規(guī)律，以此建立了水分影響下煤層瓦斯?jié)B透率的實驗室測定方法，最終構(gòu)建了CH4在濕煤中的滲透率預(yù)測模型，并通過實驗予以驗證。 （4）數(shù)值模擬了不同預(yù)抽時間、水力沖煤孔徑、原始瓦斯壓力、滲透率模型下鉆孔徑向流場分布規(guī)律，驗證了水力化鉆孔徑向瓦斯?jié)B流特性。 （5）首次采用光纖光柵技術(shù)測試了不同水力沖煤孔徑鉆孔周圍煤體徑向變形規(guī)律，提出了通過徑向膨脹變形量指標分析鉆孔卸壓效果。現(xiàn)場測試表明，采取水力沖煤措施10d后，距鉆孔中心1.35m~4.35m處煤體膨脹變形量為40.47‰~1.92‰，煤體孔徑由原來的160mm增加至579mm，鉆孔卸壓半徑擴大了1.71m。青東煤礦水力化鉆孔區(qū)域防突技術(shù)現(xiàn)場試驗表明，采用該技術(shù)后，，煤體透氣性系數(shù)提高61.1~144.7倍，掘進工作面前方應(yīng)力集中區(qū)移向深部，應(yīng)力集中系數(shù)降低，鉆屑瓦斯解吸指標均顯著降低，區(qū)域防突效果顯著。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD712.6

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王青松,金龍哲,孫金華;煤層注水過程分析和煤體潤濕機理研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2004年01期

2 馬東民;煤儲層的吸附特征實驗綜合分析[J];北京科技大學(xué)學(xué)報;2003年04期

3 金龍哲,歐盛南;煤層注水中粘塵棒溶液對接觸角的影響[J];北京科技大學(xué)學(xué)報;2005年03期

4 張鳳梅;雷振山;劉德和;;光纖光柵傳感技術(shù)在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年02期

5 武勝軍;王宏力;敖紅奎;;FBG傳感器在隧道錨桿支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2007年12期

6 鐘玲文;煤的吸附性能及影響因素[J];地球科學(xué);2004年03期

7 馬中飛,余啟香,朱慶華;綜采工作面水力超前卸壓防突技術(shù)的試驗研究[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2005年03期

8 黃學(xué)滿;;煤結(jié)構(gòu)異性對瓦斯?jié)B透特性影響的實驗研究[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2012年02期

9 余楚新,鮮學(xué)福,譚學(xué)術(shù);煤層瓦斯流動理論及滲流控制方程的研究[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1989年05期

10 余海龍,劉欣,黃默庹,文志高,吳法通,李萍豐;水力疏松提高煤層透氣性防治煤與瓦斯突出[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2000年S1期

本文編號：2595281