【摘要】：本文針對(duì)薛湖煤礦煤層高吸附、低滲透的特點(diǎn)以及瓦斯抽采工程量大、鉆孔抽采效果差的問題,采用順層水力線造穴卸壓增透技術(shù)使得鉆孔周圍煤體孔隙、裂隙發(fā)育,提高煤層透氣性和瓦斯抽采效率,實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯快速高效抽采達(dá)標(biāo)和消突的目的,將順層水力線造穴技術(shù)實(shí)用化。采用理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對(duì)25040工作面水力線造穴前后鉆孔瓦斯參數(shù)變化及應(yīng)力演化規(guī)律進(jìn)行測(cè)試分析,研究確定順層水力線造穴鉆孔有效影響半徑及水力線造穴的最佳技術(shù)參數(shù),并考察水力線造穴防突措施卸壓增透的效果。論文取得的主要研究成果如下:(1)根據(jù)25040工作面煤巖層賦存條件及工程地質(zhì)情況,利用COMSOL軟件建立了三維數(shù)值計(jì)算分析模型,模擬分析了不同出煤量線造穴鉆孔瓦斯抽采時(shí)間與有效影響半徑的規(guī)律。結(jié)果表明:線造穴鉆孔出煤量一定時(shí),隨著造穴時(shí)間的增長,鉆孔的有效影響半徑逐漸增大,但是有效影響半徑增長速率卻不斷降低,確定線造穴合理抽采時(shí)間為90天;線造穴鉆孔有效影響半徑隨著出煤量的增加而增大,但其增長速率卻隨出煤量的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),最終確定水力線造穴的最佳出煤量為150kg/m。(2)利用COMSOL軟件模擬分析了不同鉆孔間距對(duì)煤層線造穴效果的影響。結(jié)果表明:隨著線造穴鉆孔間距的增加,瓦斯抽采后線造穴鉆孔之間煤層殘余瓦斯壓力峰值逐漸增大。當(dāng)孔間距為4.8m時(shí),瓦斯壓力為0.45MPa;當(dāng)孔間距為6.4m時(shí),孔間煤體的瓦斯壓力約為0.65MPa;結(jié)合河南省“雙6”瓦斯治理標(biāo)準(zhǔn),將線造穴瓦斯抽采后壓力降低至0.6MPa作為安全標(biāo)準(zhǔn),則線造穴鉆孔的合理布孔間距確定為4.8m時(shí),可以達(dá)到煤層卸壓消突的目的。(3)通過理論計(jì)算確定順層線造穴的最大水壓為3.8MPa,并對(duì)薛湖煤礦水力線造穴技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),采用應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器考察造穴后煤體應(yīng)力演化規(guī)律,得出單孔線造穴有效影響影響范圍為2.4m~3.2m之間。進(jìn)行雙孔線造穴試驗(yàn)時(shí),線造穴鉆孔間距為4.8m時(shí),相比于單孔線造穴2.4m處鉆孔應(yīng)力下降幅度29%,雙孔線造穴應(yīng)力下降幅度高達(dá)46%,卸壓區(qū)相互覆蓋,煤體卸壓充分,有效避免瓦斯抽采盲區(qū)出現(xiàn)。(4)對(duì)線造穴鉆孔瓦斯抽采濃度、煤層殘余瓦斯含量及瓦斯壓力進(jìn)行了測(cè)量及分析,考察了水力線造穴措施的卸壓消突效果。結(jié)果表明:線造穴鉆孔相較于普通鉆孔瓦斯抽采濃度提高顯著,平均瓦斯抽采濃度提高了4.3倍;線造穴鉆孔有效卸壓區(qū)域最高殘余瓦斯含量及壓力分別為5.4m3/t、0.31MPa,均降至臨界值以下,且孔間距4.8m的雙孔線造穴殘余瓦斯含量最高僅為4.8m3/t,遠(yuǎn)低于河南省的瓦斯治理標(biāo)準(zhǔn),煤層卸壓消突效果明顯。研究結(jié)果揭示了順層水力線造穴鉆孔周圍應(yīng)力及瓦斯分布規(guī)律,確定了薛湖煤礦水力線造穴最佳技術(shù)參數(shù)及有效影響范圍,提高了薛湖煤礦瓦斯抽采效果和防突效率,對(duì)高吸附、低滲透突出煤層的瓦斯治理及消突工作具有參考意義。
【圖文】：

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文1.4.2 研究技術(shù)路線本文通過利用理論計(jì)算、實(shí)測(cè)分析和數(shù)值模擬等手段，研究了順層水力線造穴后鉆孔周圍煤體應(yīng)力與瓦斯分布演化規(guī)律，確定薛湖礦水力線造穴的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及有效抽采范圍，主要技術(shù)路線如圖 1-1 所示。

順層水力線造穴卸壓增透技術(shù)就是以水為媒介，通過高壓水射流將大量煤瓦斯沖出孔外，在鉆孔周圍形成一定的孔洞，使得周圍煤體應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)分布，使得煤體的孔隙、裂隙進(jìn)一步發(fā)育，，為瓦斯流動(dòng)提供了通道，提高了抽采效果，降低了鉆孔周圍煤體應(yīng)力和瓦斯壓力，有效的解決順層煤層瓦斯困難的問題。水力線造穴卸壓增透技術(shù)是在高壓水射流的作用下完成的，因究水射流結(jié)構(gòu)特性、線造穴鉆孔周圍煤層透氣性變化以及周圍煤體力學(xué)特性示線造穴卸壓增透機(jī)理具有重要意義。.1 水射流結(jié)構(gòu)特性（Structure Characteristics of Water Jet）水力線造穴卸壓增透技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用中為方便排煤渣，防止出現(xiàn)堵孔，多采用仰角較大的鉆孔進(jìn)行線造穴作業(yè)。由于線造穴過程會(huì)合理控制高壓和流量，使得鉆孔排水速率大于水射流速率，造穴鉆孔內(nèi)沒有大量水體匯集渣堆積現(xiàn)象，因此水射流為非淹沒射流。高壓水射流的結(jié)構(gòu)特性最早由日本 Yanaida 和 Ohashi[73]進(jìn)行了研究，之后國內(nèi)外學(xué)者利用高速攝像技術(shù)捕捉高射流噴射時(shí)的形態(tài)[74-76]，對(duì)高壓水射流的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步描述，優(yōu)化并完非淹沒射流幾何結(jié)構(gòu)，如圖 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD712.6

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本文編號(hào)：2613182