本文關(guān)鍵詞：液態(tài)二氧化碳相變致裂穿層鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽瓦斯效果研究

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【摘要】：液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)是一種基于物理爆破的煤層增透技術(shù),相對(duì)于目前常見的多種水力化措施、炸藥深孔預(yù)裂爆破等增透措施,該技術(shù)具有使用方便、增透效果好、在單一低透松軟的復(fù)雜煤層條件下適用性好的優(yōu)點(diǎn)。本文首先闡述了液態(tài)二氧化碳相變致裂設(shè)備的構(gòu)成,在地面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),以期更利于井下使用。在九里山礦16051底板抽采巷進(jìn)行了穿層鉆孔相變致裂增透試驗(yàn),通過(guò)測(cè)試考察試驗(yàn)前、后抽采鉆孔的流量、濃度等參數(shù),表明液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)具有很好的增透效果:相變致裂試驗(yàn)后,煤層透氣性系數(shù)提高了43.62倍,單孔平均抽采流量是水力沖孔措施的2~9倍,是未采取增透措施的3.5~16.3倍,并且流量衰減強(qiáng)度減小了66.5%,抽采更具有可持續(xù)性。另外,依據(jù)滲流理論、質(zhì)量守恒理論、能量守恒理論及有效應(yīng)力方程,建立了相變致裂影響半徑力學(xué)模型,結(jié)合數(shù)值模擬軟件Comsol Multiphysic得到270MPa壓力下的相變致裂的影響半徑,通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果相對(duì)比,確定了九里山礦現(xiàn)有條件下相變致裂的有效影響半徑為5.0m,并在此基礎(chǔ)上研究了鉆孔的合理布孔參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：底抽巷 液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù) 瓦斯抽采 有效影響半徑 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD712.6
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 選題依據(jù)10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 強(qiáng)化瓦斯抽采技術(shù)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.4 創(chuàng)新點(diǎn)17
• 1.5 技術(shù)路線17-20
• 2 液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)20-42
• 2.1 Cardox管的由來(lái)及引入20-21
• 2.1.1 Cardox管的發(fā)展背景20-21
• 2.1.2 Cardox管引入國(guó)內(nèi)21
• 2.2 液態(tài)二氧化碳相變致裂裝置的組成21-29
• 2.2.1 致裂部分21-26
• 2.2.2 注液部分26-29
• 2.3 液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)地面試驗(yàn)29-33
• 2.3.1 試驗(yàn)設(shè)置及過(guò)程29-32
• 2.3.2 試驗(yàn)效果及改進(jìn)32-33
• 2.4 液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)增透原理初探33-41
• 2.4.1 高壓流體的產(chǎn)生33-35
• 2.4.2 當(dāng)量初步估算35-36
• 2.4.3 動(dòng)載荷作用下煤巖變形特性36-37
• 2.4.4 應(yīng)力波對(duì)煤體的作用37-38
• 2.4.5 煤體裂隙開裂理論分析38-40
• 2.4.6 CO_2氣體對(duì)煤層CH_4的置換效應(yīng)40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 3 液態(tài)二氧化碳相變致裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)42-60
• 3.1 試驗(yàn)礦井概況42-45
• 3.1.1 交通位置42-43
• 3.1.2 地質(zhì)構(gòu)造43-44
• 3.1.3 煤層賦存特征44
• 3.1.4 礦井開拓方式44-45
• 3.1.5 礦井通風(fēng)及瓦斯涌出45
• 3.2 礦井區(qū)域瓦斯治理方法45-47
• 3.2.1 順層交叉鉆孔、網(wǎng)格鉆孔45-47
• 3.2.2 底板巖巷穿層鉆孔預(yù)抽配套水力沖孔增透47
• 3.3 試驗(yàn)工作面概況47-50
• 3.3.1 地質(zhì)概況48-49
• 3.3.2 瓦斯概況49-50
• 3.4 穿層鉆孔相變致裂增透試驗(yàn)50-58
• 3.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)50-51
• 3.4.2 工藝流程51-54
• 3.4.3 安全措施54-55
• 3.4.4 數(shù)據(jù)測(cè)試55-58
• 3.5 本章小結(jié)58-60
• 4 液態(tài)二氧化碳相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽試驗(yàn)效果及分析60-80
• 4.1 鉆孔窺視60-62
• 4.2 煤層透氣性分析62-66
• 4.2.1 鉆孔自然瓦斯涌出特征62-64
• 4.2.2 煤層透氣性系數(shù)變化64-66
• 4.3 瓦斯抽采效果分析66-73
• 4.3.1 單孔抽采效果對(duì)比66-69
• 4.3.2 鉆場(chǎng)抽采效果對(duì)比69-71
• 4.3.3 合理預(yù)抽期71-73
• 4.4 相變致裂影響半徑分析73-77
• 4.4.1 致裂區(qū)域的形成73
• 4.4.2 破碎圈的生成及范圍73-74
• 4.4.3 裂隙圈的生成及范圍74-75
• 4.4.4 相變致裂強(qiáng)化瓦斯抽采有效影響范圍75-77
• 4.5 相變致裂技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析77-78
• 4.6 存在的問(wèn)題分析及改進(jìn)措施78
• 4.7 本章小結(jié)78-80
• 5 液態(tài)二氧化碳相變致裂影響半徑數(shù)值模擬及合理布孔參數(shù)研究80-94
• 5.1 數(shù)學(xué)模型的建立80-86
• 5.1.1 基本假設(shè)80-81
• 5.1.2 相變致裂數(shù)學(xué)模型建立81-84
• 5.1.3 相變致裂有效影響半徑的計(jì)算模型84-85
• 5.1.4 煤體失效準(zhǔn)則85-86
• 5.1.5 模擬軟件的選擇86
• 5.2 相變致裂影響半徑模擬結(jié)果86-90
• 5.2.1 塑性變形特征86-88
• 5.2.2 體積應(yīng)變特征88-90
• 5.3 數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比90
• 5.4 合理布孔參數(shù)研究90-93
• 5.4.1 穿層鉆孔布孔原則90-91
• 5.4.2 穿層鉆孔孔位設(shè)計(jì)91-93
• 5.5 本章小結(jié)93-94
• 6 結(jié)論及展望94-96
• 6.1 主要結(jié)論94
• 6.2 展望94-96
• 參考文獻(xiàn)96-102
• 作者簡(jiǎn)歷102-104
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集104

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