我國含煤地層在成煤之后經(jīng)歷了多期強烈的地質(zhì)構(gòu)造運動。在構(gòu)造應(yīng)力作用下,煤體不斷發(fā)生擠壓、剪切、碎粒和揉皺等變形,其原生結(jié)構(gòu)被破壞,導(dǎo)致構(gòu)造煤廣泛發(fā)育。構(gòu)造煤層往往具有高地應(yīng)力、高瓦斯、低力學(xué)強度和低滲透率特征,瓦斯抽采難度大,煤與瓦斯突出災(zāi)害嚴(yán)重。本文針對構(gòu)造煤層掘進工作面煤與瓦斯突出防治和瓦斯抽采難題,以陽泉礦區(qū)新景礦、寺家莊礦和新元礦三個典型突出礦井為研究對象,通過理論分析、實驗室實驗和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的研究方法對陽泉礦區(qū)構(gòu)造煤演化及突出災(zāi)害特征、構(gòu)造煤體力學(xué)和滲透特性以及構(gòu)造煤孔隙特征和瓦斯吸附解吸動力學(xué)特性進行了系統(tǒng)性研究,獲得了構(gòu)造煤的高效增透‐增擴‐增流途徑,在此基礎(chǔ)上提出了區(qū)域性順層水力造穴瓦斯抽采技術(shù),并采用數(shù)值分析方法揭示了區(qū)域性順層水力造穴的強化瓦斯抽采機制,最后構(gòu)建了鉆沖一體化水力造穴技術(shù)體系,對造穴參數(shù)進行了優(yōu)化,進而對新技術(shù)的瓦斯抽采效果和抽采成本進行了現(xiàn)場考察。本文的主要研究結(jié)論如下:1)陽泉礦區(qū)含煤地層在成煤之后主要經(jīng)歷了三期地質(zhì)構(gòu)造運動,導(dǎo)致褶皺構(gòu)造廣泛發(fā)育并相互疊加。在此過程中,含煤地層內(nèi)水平應(yīng)力可達垂向應(yīng)力的1.4².0倍,構(gòu)造煤... 

【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)】：206 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

016年中國能源結(jié)構(gòu)和世界主要產(chǎn)煤國煤炭產(chǎn)量占比情況[3]

博士學(xué)位論文2圖1-2我國構(gòu)造煤分布情況[5]Figure1-2DistributionoftectoniccoalinChina劉春等[7]進一步對全國重點煤炭企業(yè)的典型突出礦井進行了統(tǒng)計。根據(jù)其統(tǒng)計結(jié)果，在301個礦井中，有160個礦井內(nèi)有構(gòu)造煤發(fā)育，構(gòu)造煤發(fā)育概率高達53.16%。構(gòu)造煤的廣泛發(fā)育使得我國煤層的瓦斯抽采非常困難。首先，構(gòu)造煤具有更低的滲透率[5]。圖1-3為當(dāng)前主要煤層氣生產(chǎn)盆地的滲透率數(shù)據(jù)[5]。一般認(rèn)為這些盆地含煤地層所遭受的構(gòu)造運動較弱，因此可以將圖中的滲透率數(shù)據(jù)當(dāng)作原生煤的滲透率。從圖中可以看出，原生煤的滲透率一般在1.678×10-15m2以上。在國外的Sanjuan盆地和Bowen盆地中，煤層的滲透率甚至高達9.87×10-14m2以上。圖1-4為我國構(gòu)造煤發(fā)育礦區(qū)的井下滲透率實測數(shù)據(jù)[5]。從圖中可以看出，構(gòu)造煤的滲透率普遍低于1.0×10-14m2。對比圖1-3和1-4中的滲透率數(shù)據(jù)可知，構(gòu)造煤的滲透率一般比原生煤低1~2個數(shù)量級，這也與當(dāng)前的普遍認(rèn)知相吻合。此外，構(gòu)造煤瓦斯抽采的困難還體現(xiàn)在鉆孔的施工方面。前人的研究結(jié)果表明，

1緒論3與原生煤相比，構(gòu)造煤通常具有更低的力學(xué)強度，更高的瓦斯壓力/含量，并處于更高的地應(yīng)力環(huán)境中[8]。因此，在構(gòu)造煤中施工瓦斯抽采鉆孔的過程中，常常會發(fā)生噴孔、頂鉆、卡鉆等瓦斯動力現(xiàn)象，對鉆孔的正常施工造成了極大的阻礙[7,9,10]。圖1-3原生煤滲透率測定結(jié)果[5]Figure1-3Permeabilitydeterminationresultsinintactcoal圖1-4構(gòu)造煤滲透率測定結(jié)果[5]Figure1-4Permeabilitydeterminationresultsintectoniccoal鑒于構(gòu)造煤瓦斯抽采難度較大，因此在構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)域煤與瓦斯突出事故頻發(fā)。表1-1中統(tǒng)計了近年來我國煤與瓦斯突出事故中突出點附近煤體的堅固性系數(shù)[8]。從表中可以看出，突出點附近煤體的堅固性系數(shù)均低于0.5。同時，就突出事故的發(fā)生地點而言，一般以掘進工作面居多。一方面，這是因為巷道掘進過程中很難精準(zhǔn)地掌握其前方煤體內(nèi)小構(gòu)造的發(fā)育情況，如果瓦斯抽采結(jié)果稍有不足，遇到小構(gòu)造時便可發(fā)生煤與瓦斯突出事故；另一方面，這也是因為不少礦井存在著采掘接替困難，從而人為縮短瓦斯抽采時間所造成的。因此，為了確保構(gòu)造煤層的安全高效回采以及我國的能源安全，就必須設(shè)法實現(xiàn)其掘進工作面的瓦斯高效抽采。此外，瓦斯氣體同樣是一種清潔能源，但也是一種比CO2更為嚴(yán)重的溫

【參考文獻】：
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本文編號：2928114