高压水射流割缝快速消突技术研究

摘要

我国煤炭资源丰富,并且以煤炭为主的能源结构在相当长的时间内不会改变。近年来,随着矿井开采深度不断加深以及开采规模的进一步扩大,出现了“三高两低”(即高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性和低煤体强度)的现象,煤与瓦斯突出问题日益严峻,严重制约着煤炭工业的发展。目前常用的防突措施如:超前排放钻孔、水力冲孔、高压注水、松动爆破等,这些措施在某种程度上,取得了一定的防突效果。但是,这些措施具有施工重复率高、防突效果检验指标超标率高等局限性,特别是在严重突出煤层中快速掘进,其片面性和局限性表现的更为突出。导致突出煤层的掘进速度缓慢,采掘比例失调,严重影响煤矿的安全快速生产。
　　在这样的技术与社会背景下,本文提出了高压水射流割缝快速消突技术。首先介绍了水射流的几何结构特性,分析了水射流破岩理论,并研究了高压水射流割缝快速消突机理;结合FLAC3D数值模拟软件,在微观尺度上对煤体的应力、塑性区进行了模拟分析,对措施的消突机理进行了补充和验证;利用 ANSYS对旋转喷头的内部流场进行模拟,通过正交试验确定高压力矩喷头的优选参数;此外,通过室内剪切试验研究了含水率对晋家冲煤矿11112机巷掘进迎头煤体内聚力与内摩擦角的影响;最后通过部分理论分析确定割缝系统的其他参数,完成高压水射流割缝工艺的制定,并在贵州晋家冲煤矿进行了实施,从割缝影响范围、掘进速度、瓦斯涌出量等方面进行了效果考察、分析,试验结果显示该措施消突突效果显著,煤巷掘进速度提高了1.5倍,给煤矿带来了良好的经济效益和社会效益。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外煤与瓦斯突出研究概况

1.3防突技术研究

1.4课题的提出

1.5论文主要研究内容和研究方法

2 高压水射流割缝快速消突理论与技术

2.1高压水射流理论及其破岩机理

2.2 高压水射流割缝快速消突机理

2.3 高压水射流割缝系统

2.4 本章小结

3 煤体割缝数值模拟分析

3.1 软件介绍

3.2模型的建立

3.3 数值模拟结果分析

3.4 本章小结

4 不同含水率煤样剪切试验研究

4.1 试验基本原理

4.2 仪器设备

4.3 试验步骤

4.4试验记录

4.5试验结果分析

4.6 本章小结

5 现场实施及其结果分析

5.1 试验矿井简介

5.2 试验现场基本情况

5.3 割缝前矿井防突技术措施

5.4 高压水射流割缝快速消突技术应用

5.5 措施效果分析

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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