【摘要】：本論文針對厚度大且堅硬的煤層實施綜合機械化放頂煤開采時,存在頂煤難以斷裂、即使斷裂但垮落塊度過大,也不易放出,直接影響頂煤回收率的實際問題,通過廣泛實際調研和現(xiàn)場觀測,提出采用架間定向水力壓裂技術弱化難放頂煤,從而達到提高綜放工作面頂煤回收率的目的。通過在蘆子溝煤礦、鐵北煤礦采用深孔非接觸位移檢測方法、智能鉆孔電視成像技術觀測手段,發(fā)現(xiàn)硬厚難放頂煤存在"短懸臂梁"結構,這類短懸臂梁結構具有一定的自穩(wěn)性,滯后工作面冒落,是影響頂煤放出的關鍵因素。在此基礎之上,建立了難放頂煤的力學模型,并從理論上推導出拉斷和剪切條件下的短梁極限厚度,為確定水力壓裂分段切槽位置間距奠定理論基礎。論文依據(jù)彈性力學最大拉應力準則,在理論上分別得到了非開槽鉆孔和開槽鉆孔水壓裂縫起裂力學模型的起裂壓力和起裂位置。同時采用ABAQUS數(shù)值模擬手段,對比分析了不同角度的未切槽鉆孔和切槽鉆孔周圍應力分布情況。在開槽鉆孔切槽尖端處,裂縫擴展分為三個階段,即起裂階段、近場裂縫擴展階段和遠場裂縫擴展階段,推導出了各個階段用流量表示的裂紋擴展判據(jù),并得到了Ⅰ型裂縫擴展終止半徑。在實際中,通過利用電磁波CT層析成像技術探測了定向水力壓裂水壓裂縫的擴展區(qū)域分布,為鉆孔間距的確定提供參考。最后,根據(jù)鐵北煤礦煤層具體賦存條件,依據(jù)理論分析和數(shù)值模擬得到的參數(shù),采用架間定向水力壓裂技術弱化難放頂煤。工業(yè)性實踐結果表明,鐵北煤礦的頂煤能隨采隨落,且破碎塊度適中,放煤順利,工作面頂煤回收率得到大幅提高。架間定向水力壓裂是弱化難放頂煤的有效技術途徑,具有廣泛的實用推廣價值。
[Abstract]:In this paper, when mechanized caving coal mining is carried out in thick and hard coal seam, it is difficult to break the top coal, even though it is broken but the falling block is too big, it is difficult to release, which directly affects the practical problem of the recovery rate of top coal. Through extensive practical investigation and field observation, it is put forward to use the technology of directional hydraulic fracturing between shelves to weaken the difficult caving coal, so as to increase the recovery rate of top coal in fully mechanized caving face. In Luzigou coal mine and Tiebei coal mine, the "short cantilever beam" structure is found to exist in hard and hard caving coal by using the non-contact displacement detection method of deep hole and the observation means of intelligent borehole television imaging technology. This kind of short cantilever beam structure has certain self-stability and the falling of lag working face is the key factor that affects the top coal caving. On this basis, the mechanical model of difficult top coal caving is established, and the limit thickness of short beam under the condition of pulling and shearing is deduced theoretically, which lays a theoretical foundation for determining the spacing of section cut slot in hydraulic fracturing. According to the maximum tensile stress criterion of elastic mechanics, the starting pressure and location of hydraulic crack initiation mechanical model of non-slotted and slotted boreholes are obtained theoretically in this paper. At the same time, ABAQUS numerical simulation method is used to compare and analyze the stress distribution around the uncut boreholes and grooved boreholes at different angles. At the cutting tip of slotted boreholes, the crack propagation is divided into three stages, I. e., initiation stage, near-field crack propagation stage and far-field crack propagation stage. The crack propagation criterion expressed by flow rate in each stage is derived. The termination radius of type I crack propagation is obtained. In practice, the spread area distribution of hydraulic fractures in directional hydraulic fracturing is detected by using electromagnetic wave CT tomography technique, which provides a reference for the determination of borehole spacing. Finally, according to the specific occurrence conditions of coal seam in Tiebei coal mine and the parameters obtained by theoretical analysis and numerical simulation, the interframe directional hydraulic fracturing technique is used to weaken the difficult top caving coal. The industrial practice results show that the top coal energy of Tiebei coal mine follows with the mining, and the crushing degree is moderate, the coal drawing is smooth, and the recovery rate of top coal in the working face is greatly improved. Interframe directional hydraulic fracturing is an effective technical way to weaken hard top coal caving, and has extensive practical value.
【學位授予單位】：煤炭科學研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD823.49

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本文編號：2387169