發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 02:52

【摘要】：我國地質(zhì)條件復(fù)雜,煤礦安全形式嚴(yán)峻。在機(jī)械化水平提升與開采規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的過程中,老礦井淺層位置的資源開始枯竭,其開采深度逐步加強(qiáng),新井則僅能夠向深部拓展,煤層中的壓力及瓦斯含量都不斷加大;開采技術(shù)較以往種類更多,極為復(fù)雜,現(xiàn)在發(fā)生突出事故有兩個(gè)特點(diǎn),一是瓦斯煤層,隨采面深度增加,地應(yīng)力與瓦斯都加強(qiáng),開始升級(jí)到突出煤層,在缺乏足夠防御手段的情況下,極其容易產(chǎn)生事故;二是當(dāng)前瓦斯與原有煤生成突出煤層,由于相應(yīng)的防御手段執(zhí)行力度不強(qiáng)或者對(duì)于特殊地質(zhì)條件下所采用的手段不合適而引起事故。通過煤體瓦斯?jié)B流方程的歸納總結(jié),在此基礎(chǔ)上提出了高壓水射流作用在煤體之后的瓦斯?jié)B流方程,并對(duì)煤體的力學(xué)性質(zhì),孔隙結(jié)構(gòu)和瓦斯對(duì)煤體的吸附性進(jìn)行了分析,通過一系列對(duì)比試驗(yàn)可以得出,不同煤層,變質(zhì)程度不同,孔隙度也不相同,在高壓水的作用下,煤層的孔隙結(jié)構(gòu)再次發(fā)育,增加了煤層中氣體流動(dòng)的路徑,提高了氣體的滲透性;在固定圍壓的情況下,煤體中氣體的滲透率隨著孔隙壓力的變大反映出一個(gè)先下降后上升的狀態(tài),在此期間孔隙壓力有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),瓦斯?jié)B透率曲線在轉(zhuǎn)折點(diǎn)兩邊基本對(duì)稱,成“U”字形變化;在孔隙壓力一定時(shí),隨著圍壓的增大,煤層中瓦斯?jié)B透率變小,在模擬水射流作用煤體之后,相比沒有水射流作用下,二者的滲透特性的變化規(guī)律基本相似,只是在作用之后的滲透率數(shù)值上升比較明顯;同時(shí)研究了含水率對(duì)滲透率的影響,在高壓水的作用下,增加了煤體內(nèi)水分的含量,而水分進(jìn)入煤體之后,會(huì)占據(jù)滲流與運(yùn)移通道,增加了瓦斯流動(dòng)的阻力,降低了滲透率,此時(shí),水分對(duì)煤體的瓦斯?jié)B流產(chǎn)生了反作用,此為水分對(duì)瓦斯?jié)B流產(chǎn)生抑制的一面。但是煤層注入高壓水之后,水的壓力使煤體內(nèi)部的裂隙再次發(fā)育,增加了煤體的透氣性,是瓦斯的滲透率上升,相比煤體的透氣性,水分的影響可以忽略。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD712
【圖文】：

圖 1 瓦斯突出事故全國分布圖Fig. 1 Provinces distribution of coal mine accidents然而現(xiàn)階段突出事故有兩個(gè)特性，一是原有正常煤層，隨著礦井采面的加深，氣體壓力和應(yīng)力也會(huì)增加，逐步就會(huì)變?yōu)橛型怀鑫ｋU(xiǎn)的煤層，在防突措施不到位時(shí)發(fā)生意外；二是原有的煤與瓦斯突出煤層，由于相應(yīng)的防御手段執(zhí)行力度不強(qiáng)或者對(duì)于特殊地質(zhì)條件下所采用的手段不合適而引起事故。尤其是后一種情況，在地應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力的雙重作用下，礦井出現(xiàn)應(yīng)力主導(dǎo)型、沖擊地壓誘導(dǎo)型事故的可能性大幅提高，即便瓦斯的含量經(jīng)測量處于安全范圍內(nèi)，也有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的事故，災(zāi)害防治工作的重要性日益突出。這種事故的根源有兩點(diǎn)，其一：出現(xiàn)突出的原理比較復(fù)雜，一旦出現(xiàn)高應(yīng)力，現(xiàn)有的技術(shù)無法有效界定形成事故的條件，難以及時(shí)地采取有效措施；其二，如果開采部位較深，應(yīng)力、地溫均比較高，該部位瓦斯的賦存形式和解吸、運(yùn)移規(guī)律尚未完全了解。很多這樣的深井，盡管瓦斯的濃度比較低，但其形成的壓力卻是比較大的，還有部分深井則存在煤和瓦斯突出的噸煤瓦斯

2.1 水射流結(jié)構(gòu)經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，水射流技術(shù)日趨成熟，在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都有廣發(fā)的應(yīng)用。但是，對(duì)于高壓水是如何把煤巖進(jìn)行破壞，這個(gè)理論沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。以為到目前為止，沒有了解整個(gè)破壞的過程。因?yàn)槠扑檫^程作用時(shí)間非常短，而在短暫的過程中又涉及到流體、固體、氣體和流固耦合等眾多學(xué)科�？紤]到使用高壓水射流達(dá)到煤塊破碎目的的機(jī)制尚未全面揭示出來，并且這一過程和一系列的因素有關(guān)，因此高壓水射流破碎理論研究的步伐跟不上實(shí)踐的發(fā)展，相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展也因此受限。上世紀(jì)以來，Prandtl 課題組全面且深入的探究了射流的構(gòu)造和規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上形成一套理論，他們對(duì)射流結(jié)構(gòu)的科研成果也得到了后人的贊同；1974年，Yanaida 課題組創(chuàng)新性地通過幾何畫圖表征射流的特點(diǎn)，其后又很多人進(jìn)過大量的實(shí)驗(yàn)，得到了一個(gè)在國際上比較公認(rèn)的結(jié)構(gòu)圖，如下圖 2 所示[48]。

圖 3 煤中孔隙分布Fig. 3 The pore distribution of coal來看，學(xué)者們?cè)谘芯棵旱目紫督Y(jié)構(gòu)時(shí)，采取的角度終的結(jié)果也是不一致的[65-67]。Girish 課題組以煤的應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）提出的分類標(biāo)準(zhǔn)受到了在研究時(shí)都應(yīng)用了這一標(biāo)準(zhǔn)[3]�；舳嗵豙68,69]對(duì)工藝孔隙分類；秦勇課題組重點(diǎn)探討了高煤級(jí)孔隙結(jié)南部煤礦的煤層孔隙結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了研究，撫順煤結(jié)構(gòu)作了很多分析研究。在結(jié)合以前的研究成果，納，見表 2。表 2 煤體孔徑結(jié)構(gòu)劃分方案Table 2 Coal pore diameter structure division scheme微孔（nm） 過渡孔（nm） 中孔（nm）

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2761793