装液量对液态CO2相变致裂消突效果影响考察

摘要

瓦斯是我国煤矿安全生产的主要威胁，瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施。我国开采的突出煤层多为低透气性煤层，瓦斯抽采存在瓦斯流量衰减快、消突时间长、钻孔工程量大等问题，严重影响了矿井的“抽掘采”平衡。如何提高煤层的透气性和瓦斯抽采量，是煤与瓦斯突出矿井实现快速消突、保证“抽掘采”平衡的关键。
　　液态二氧化碳相变致裂技术是一种新的低透气性煤层增透技术，该技术具有安全性高、适用性强、增透效果好的技术优势，装液量是影响液态二氧化碳相变致裂效果的一个重要因素。本文采用数值模拟与现场试验相结合的方法，通过爆破管串联改变爆破药量，考察了装液量对液态二氧化碳相变致裂效果的影响。结合液态二氧化碳相变致裂的过程及煤体动力学特性，探讨了液态二氧化碳相变致裂的增透机理；针对平顶山矿区瓦斯压力大、含量高、透气性低的特征，将液态二氧化碳相变致裂技术应用于煤层增透，现场考察了单管相变致裂、双管串联相变致裂、三管串联相变致裂后，煤层瓦斯抽采流量衰减系数、煤层透气性系数等的变化，确定了平煤十三矿的最佳装液量为双管串联相变致裂；通过建立液态二氧化碳相变致裂模型，采用COMSOL软件模拟了串联致裂时释放管之间不同串联距离下的煤层应力及位移分布，确定了释放管之间的最佳串联距离为2m，确定了煤厚与相变致裂最佳装液量的关系。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究方法

1.5 技术路线

2 液态CO2相变致裂增透机理分析

2.1 相变致裂设备及过程

2.2 煤体动力学特性

2.3 相变致裂过程煤体裂纹的产生及扩展

2.4 相变致裂机理分析

2.5 本章小结

3 液态二氧化碳相变致裂试验区域概况

3.1 试验矿井概况

3.2 试验工作面概况

4 液态二氧化碳相变致裂试验设计与效果考察方法

4.1 液态二氧化碳相变致裂钻孔设计

4.2 单孔微流量测试方法

4.3 相变致裂效果考察方法

4.4 本章小结

5 不同装液量相变致裂效果考察与分析

5.1瓦斯抽采效果考察

5.2 瓦斯流量衰减系数

5.3 煤层透气性系数分析

5.4装液量对相变致裂消突效果影响分析

5.5 本章小结

6 液态CO2相变致裂数值模拟

6.1 数值模拟软件简介

6.2 相变致裂数学模型的建立

6.3 相变致裂模拟结果及分析

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者简历

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