【摘 要】
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我国作为世界第一煤炭产出国,煤炭产量关系着我国经济发展以及能源可持续发展道路,煤炭行业的安全生产是保障我国经济飞速发展的重要因素之一。煤炭开采过程中煤与瓦斯突出是重点防范对象之一,针对高瓦斯煤层煤与瓦斯突出问题,水力冲孔技术具有易操作,工作周期短,安全系数高等优点。多处矿区采用水力冲孔技术都取得良好效果,但由于各煤层实际地质环境不同,在钻孔布置,工艺流程、冲出煤量选择等未形成系统的技术方案,因此对
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我国作为世界第一煤炭产出国,煤炭产量关系着我国经济发展以及能源可持续发展道路,煤炭行业的安全生产是保障我国经济飞速发展的重要因素之一。煤炭开采过程中煤与瓦斯突出是重点防范对象之一,针对高瓦斯煤层煤与瓦斯突出问题,水力冲孔技术具有易操作,工作周期短,安全系数高等优点。多处矿区采用水力冲孔技术都取得良好效果,但由于各煤层实际地质环境不同,在钻孔布置,工艺流程、冲出煤量选择等未形成系统的技术方案,因此对水力冲孔增透强化钻孔抽采技术需要进一步的研究。本文主要针对突出煤层条件,以潘二煤矿11223工作面为试验地点,通过理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,从以下几方面内容研究:⑴根据煤体的裂隙结构以及煤体的孔隙率的定义,从改变孔隙率的因素出发得到受到开采工作影响下孔隙率的动态变化方程,再通过Kozany-Carman方程得到渗透率动态变化方程。分析了煤层瓦斯赋存状态以及煤层瓦斯含量的计算,并研究了影响煤层瓦斯含量的影响因素,为研究煤层瓦斯抽采工作提供了理论帮助。分析水力化增透方式,从水射流种类以及不同水射流具有特点分析,得到水力冲孔水射流选择为普通连续高压水射流。水射流喷出喷嘴后按长度区分为消散段、基本段和核心段,对各阶段水射流性质进行分析,并得到水射流对煤体压力计算公式,分析水射流对不同煤壁情况时的压力变化。分析水力冲孔破煤作用机理,得到影响水力冲孔破煤效果关键因素。⑵结合潘二煤矿11223工作面现场试验,A组煤西二段布置网格化抽采钻孔后,28d内距离抽采钻孔4m处瓦斯压力下降至0.74MPa,相比于单钻孔条件下钻孔有效抽采半径增加1m。利用COMSOL Multiphysics数值模拟仿真软件模拟单钻孔与网格化钻孔布置下煤层瓦斯压力随抽采时间变化,得到结果网格化钻孔布置下钻孔有效抽采半径可达4m,单钻孔条件下钻孔有效抽采半径为3m左右,与现场试验一致。验证了模型合理性,优化了现场钻孔布置方案,提高施工效率。⑶现场与软件模拟结合,将得出的瓦斯抽采钻孔模型应用到水力化增透模拟上,模拟水力冲孔后钻孔有效抽采半径以及影响半径。并模拟水力冲孔出煤量对煤层卸压防突影响,得出结果为出煤量达到1t/m时,一定时间范围内水力冲孔强化消突效果最明显。结合11223高抽巷现场按优化后钻孔网络布置发现水力冲孔施工前后,距离冲孔位置不同处钻孔抽采瓦斯纯量及瓦斯浓度变化,距离冲孔位置2.5m处钻孔抽采瓦斯速度提高2.5倍,影响持续范围达到6天,5m及6m处钻孔最高抽采瓦斯速度也可达到原抽采速度1.5倍,可以得出煤层卸压防突效果良好的结果,验证水力冲孔强化消突技术可行性。图31表8参42
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