CO2致裂增透解吸技术在贵州松软低透煤层的应用研究

摘要

贵州受大地构造和板块运动影响，原地应力高，煤矿区地质构造复杂多变，具有典型的山区地形地貌特点，煤层赋存层数多，间距小，透气性低，煤层厚度和层间距不稳定，煤与瓦斯突出严重，煤矿事故频发，煤矿安全形势仍然十分严峻。CO2致裂增透解吸技术是利用液态CO2转化为气态时产生的高压波作为动力，通过高压爆破改变煤体基质孔隙结构特性。 本文利用JAVA编程语言编写了CO2致裂与TNT能量转换的算法，对煤层CO2致裂增透技术裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律进行了数值模拟，通过对贵州省大方县绿塘煤矿的瓦斯地质和瓦斯抽采现状进行系统研究，在该矿南二采区S204工作面回风巷制定了CO2致裂增透技术试验方案，并做了工业性试验。试验共取得以下成果： 1.试验钻孔瓦斯抽采浓度由普通钻孔的21.22%提高到60.91%左右，提高3倍以上。致裂后抽采浓度高于50%天数占总数的85%。单孔瓦斯抽采混量由试验前的0.0426m3/min提高到了0.123-0.284m3/min以上，提高了3-5倍。 2.致裂区域煤层的透气性系数大幅度提升，由0.059 m2/(MPa2. d-1)变为0.442m2/(MPa2. d-1)，即CO2致裂增透技术致裂试验使得煤体的透气性系数提高了约8倍。致裂后瓦斯衰减性系数降低了53.6%，致裂效果明显。

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摘 要

第一章 绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1松软低透煤层的增透技术研究

1.2.2存在的问题及发展方向

1.3研究内容及技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

第二章 CO2致裂增透解吸技术理论分析

2.1煤的力学特性与孔隙结构特点

2.2 CO2致裂增透解吸技术原理及装置的组成

2.2.1 CO2相变热力学分析

2.2.2 致裂系统的组成及安全特性

2.3 CO2致裂对煤体的作用过程

2.3.1 高压波在煤体中的传播规律

2.3.2 裂纹产生的力学分析

2.4 CO2致裂的TNT当量算法

2.5 本章小结

第三章 CO2致裂增透解吸技术致裂裂纹扩展模拟分析

3.1 数值模拟基础理论

3.2 数值模拟

3.2.1 数值模型设置

3.2.2方案设计和材料参数

3.3 数值模拟结果分析

3.4本章小结

第四章 CO2致裂增透现场试验

4.1矿井概况

4.2试验煤层概况

4.2.1试验实施方案

4.2.2试验钻孔的布置

4.2.3试验钻孔参数

4.3 CO2致裂工艺流程

4.4 数值模拟试验与现场试验对比

4.5本章小结

第五章 CO2致裂增透解吸技术试验效果分析

5.1瓦斯抽采混量与浓度对比分析

5.1.1 瓦斯抽采混量对比分析

5.1.2瓦斯抽采浓度对比分析

5.2 透气性系数与衰减系数分析

5.3 致裂前后煤层裂隙发育的变化

5.4 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 研究结论

6.2 展望

致 谢

参考文献

附录A

附录B