地面钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术研究

论文摘要

本论文主要是针对在保护层开采条件下,被保护层产生采动裂隙透气性大大增加后用地面钻孔进行抽采卸压瓦斯技术进行了深入的研究。主要以煤层瓦斯赋存和流动理论及被保护层卸压瓦斯抽采理论为基础结合淮南地区部分矿井的实践成果,分析了保护层开采后上覆煤层的卸压原理,采用层次分析法分析了钻孔瓦斯流量的主要影响因素,研究了地面钻孔抽采卸压瓦斯可行性、特点和存在的问题等,对地面钻孔周围煤体瓦斯压力和流速进行了数值模拟,结合新集一矿现场实测数据和有关技术资料,研究得出了地面钻孔合理布置位置和抽采半径的大小等。研究表明:保护层开采后上覆被保护层产生采动裂隙,从而导致被保护煤层的透气性系数得到数千倍的增大。采用地面钻孔抽采被保护层卸压瓦斯后,消除了被保护煤层回采时煤与瓦斯突出危险。地面钻孔结合保护层开采对防治被保护层煤与瓦斯突出以及促进煤矿安全高效开采具有很好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 开采保护层和预抽煤层瓦斯防治突出的机理
• 1.3 国内外研究现状及存在问题
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 存在的问题
• 1.4 研究主要内容
• 1.5 技术路线
• 2 煤层瓦斯流动基本理论
• 2.1 煤的吸附理论及煤层瓦斯含量
• 2.1.1 煤中瓦斯赋存
• 2.1.2 煤的孔隙特征及其评价方式
• 2.1.3 煤的吸附性及其影响因素分析
• 2.2 煤层瓦斯运移的基本规律
• 2.2.1 流体在多孔介质中的质量守衡
• 2.2.2 流体在多孔介质中的运动方程
• 2.2.3 煤层中瓦斯的流动状态
• 2.3 瓦斯的基本参数测定
• 2.3.1 煤层瓦斯压力测定
• 2.3.2 煤层瓦斯含量的测定
• 2.3.3 钻孔流量的衰减系数
• 2.3.4 煤层透气性测定及判断抽放难易程度
• 2.4 小结
• 3 地面钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术研究
• 3.1 钻孔抽采被保护层瓦斯原理
• 3.1.1 上覆岩层采动裂隙分布
• 3.1.2 "0"形圈理论
• 3.2 被保护层保护范围的研究
• 3.2.1 下保护层开采范围
• 3.2.2 沿倾斜方向保护范围
• 3.2.3 沿走向方向保护范围
• 3.3 层次分析法分析钻孔抽采被保护层煤层瓦斯的影响因素
• 3.3.1 钻孔抽采瓦斯量的计算
• 3.3.2 层次分析法分析影响钻孔瓦斯流量的因素
• 3.4 地面钻孔参数研究
• 3.4.1 钻孔抽采瓦斯技术
• 3.4.2 地面钻孔抽采卸压瓦斯的可行性
• 3.4.3 地面钻孔的空间位置
• 3.4.4 地面钻孔的特点
• 3.4.5 地面钻孔存在的问题
• 3.5 小结
• 4 钻孔周围煤体瓦斯流动的数值模拟
• 4.1 瓦斯流动方程的建立
• 4.1.1 基本假设
• 4.1.2 瓦斯流动方程的建立
• 4.2 瓦斯流动方程的解算
• 4.2.1 瓦斯流动方程数值计算的有限差分法
• 4.2.2 瓦斯流动方程的解法
• 4.2.3 数值解算过程中的误差控制
• 4.3 数值模拟结果与分析
• 4.3.1 FLUENT软件介绍
• 4.3.2 模拟前期准备
• 4.3.2模拟简要过程和结果分析
• 4.4 小结
• 5 地面钻孔抽采被保护层卸压瓦斯技术现场应用
• 5.1 新集一矿概况
• 5.2 瓦斯赋存情况
• 5.3 地面钻孔设计布置研究
• 5.3.1 合理布孔位置
• 5.3.2 钻孔结构设计研究
• 5.4 瓦斯抽采管路及附属装置
• 5.4.1 瓦斯抽采管路选择
• 5.4.2 干管与支管管径选择
• 5.4.3 瓦斯抽放设备选择
• 5.5 地面钻孔抽采卸压瓦斯效果考察与研究
• 5.5.1 地面钻孔抽采量和抽采率的考察
• 5.5.2 地面钻孔有效抽采半径的确定
• 13-1煤层残余瓦斯压力'>5.5.3 C_13-1煤层残余瓦斯压力
• 5.6 小结
• 6 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果