煤與瓦斯突出災(zāi)害嚴(yán)重威脅著煤礦的安全開采,水力沖孔卸壓增透技術(shù)可以有效提高瓦斯抽采效果、減少煤層殘余瓦斯含量。然而,目前鉆孔傾角對鉆孔周圍煤巖體的應(yīng)力演化及瓦斯運(yùn)移律的影響尚不清楚。基于此背景,本文以梁北煤礦為實(shí)驗(yàn)礦井,研究了不同傾角鉆孔周圍煤巖體的應(yīng)力和瓦斯參數(shù)演化規(guī)律。取得的主要成果和結(jié)論如下:根據(jù)Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則,分析了孔洞周圍煤體的應(yīng)力分布,建立了破碎區(qū)和塑性區(qū)的半徑計(jì)算方程,在多物理場耦合理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合滲流理論和彈塑性力學(xué),考慮鉆孔周圍煤體骨架變形對瓦斯流動的影響,建立了含瓦斯煤體流固耦合控制方程。根據(jù)帶有不同傾角鉆孔的試件在單軸壓縮條件下的變化特征,得出隨著鉆孔傾角的降低,在相同的應(yīng)力作用下,試件的應(yīng)變逐漸增加,試件的抗壓強(qiáng)度與鉆孔傾角有著一定的線性關(guān)系。應(yīng)用COMSOL多物理場模擬軟件模擬分析了不同出煤量、不同鉆孔傾角條件下,鉆孔周圍煤體瓦斯與應(yīng)力分布演化規(guī)律。模擬結(jié)果表明:隨著出煤量的增加,鉆孔沖孔半徑增大,鉆孔周圍煤層瓦斯壓力下降較快,鉆孔的有效影響范圍增加,但是增加的幅度越來越小。隨著鉆孔傾角的減小,鉆孔的有效影響范圍逐漸增大,增長的幅度逐漸增加,在... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

研究思路與技術(shù)路線

碩士學(xué)位論文82水力沖孔卸壓增透機(jī)理研究2Studyonthemechanismofhydraulicflushingtorelievepressureandincreaseinfiltration本章從高壓水射流結(jié)構(gòu)特性、破煤機(jī)理、沖孔后鉆孔周圍煤巖體應(yīng)力分布三個方面對水射流的破煤增透預(yù)抽理論進(jìn)行相關(guān)的分析；通過煤巖體變形控制方程、瓦斯運(yùn)移控制方程、孔隙率和滲透率演化方程建立了鉆孔抽采條件下的煤層水力沖孔卸壓增透理論模型。2.1水射流結(jié)構(gòu)特征與破煤機(jī)理（Structurecharacteristicsofwaterjetandcoalbreakingmechanism）2.1.1結(jié)構(gòu)特性高壓水射流技術(shù)自上個世紀(jì)八十年代傳入我國，因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)越性，被廣泛應(yīng)用于煤礦的瓦斯防治領(lǐng)域，近年來隨著我國水射流技術(shù)的發(fā)展和我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，水射流為煤礦的安全生產(chǎn)提供了有力保障。日本學(xué)者Yanaida和Ohashi[70]最早研究了高壓水射流的結(jié)構(gòu)特性，現(xiàn)在國內(nèi)研究者利用高速攝像機(jī)技術(shù)為我們展現(xiàn)了水射流過程中的形態(tài)變化[71-73]，并詳細(xì)描述了各個階段射流的形態(tài)特征，優(yōu)化并完善了非淹沒射流幾何結(jié)構(gòu)，將水射流劃分為緊密段、核心段、破裂段和消散段，如圖2-1所示[73-76]。圖2-1射流結(jié)構(gòu)特征圖Figure2-1Characteristicchartofjetstructure

2水力沖孔卸壓增透機(jī)理研究111大規(guī)模生產(chǎn)爆破、產(chǎn)生嚴(yán)重?cái)_動2.2.2水力沖孔周圍煤體力學(xué)分析由于井下地層煤巖體屬于受載不均勻并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也多樣的特殊介質(zhì)，迄今為止，我們尚沒有完全掌握鉆孔周圍煤體的應(yīng)力分布規(guī)律。使用高壓水進(jìn)行作業(yè)時，高壓水流破碎煤體并將大量的煤體帶出鉆孔，此活動打破了原有的應(yīng)力平衡，使得鉆孔周圍的煤體應(yīng)力釋放，并重新分布，為了研究沖孔之后的鉆孔周圍的應(yīng)力特征，忽略中間主應(yīng)力的影響，并不考慮影響范圍內(nèi)煤體的自重，將鉆孔周圍的應(yīng)力變化簡化為一個均質(zhì)平面圓環(huán)變形問題。高壓水沖擊煤體，使得鉆孔周圍煤體破碎，剩余煤體的孔隙率增加。在地應(yīng)力和高壓水作用下，原生煤體發(fā)生破碎，將完全破碎煤體所構(gòu)成的區(qū)域稱為破碎區(qū)，破碎區(qū)之外的部分煤體，在地應(yīng)力的作用下，其物理性質(zhì)發(fā)生變化，在去掉載荷之后，煤體無法恢復(fù)到初始的狀態(tài)，將這部分煤體所組成的區(qū)域稱為塑性區(qū)，塑性區(qū)之外的煤體所受到的地應(yīng)力大致等于煤巖體初始應(yīng)力，將這部分區(qū)域稱為彈性區(qū)。各區(qū)分布如圖所示。圖2-2鉆孔周圍煤體應(yīng)力分布圖Figure2-2Stressdistributionofcoalaroundboreholes根據(jù)彈性力學(xué)相關(guān)知識，沖孔之后鉆孔周圍煤體的力學(xué)平衡微分方程為：r=(2-5)式中：為切向有效應(yīng)力，MPa；為徑向有效應(yīng)力，MPa。鉆孔周圍煤體的應(yīng)變方程滿足：==(2-6)式中為鉆孔的徑向應(yīng)變，為鉆孔的切向應(yīng)變，為徑向位移。ru

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]磨料水射流結(jié)構(gòu)特性與破巖機(jī)理研究[D]. 王明波.中國石油大學(xué) 2007

碩士論文
[1]高壓水射流結(jié)構(gòu)與磨料分布特性的研究[D]. 于超.燕山大學(xué) 2012



本文編號：3420043