深部开采煤层注水防尘卸压技术研究

摘要

近年来，随着煤炭开采深度的不断延深，“三高一扰”问题突出，同时综放、综采技术也在迅猛发展，煤尘、瓦斯、冲击地压、煤与瓦斯突出、地温等自然灾害危害程度也不断升级。国内外研究、实践证明，煤层注水是从根本上综合解决上述安全问题的有效办法之一，然而深部高地应力、低孔隙率、难渗透开采环境严重制约了传统的煤层注水工艺应用及其防灾效果。
　　针对上述问题，本论文依托兴隆庄煤矿现开采综放工作面的实际情况，运用系统工程的观点，采用理论分析、实验室测试、现场观测等方法和手段，采用MTS815.03电液伺服岩石试验系统以及压汞孔隙分析实验，对注水煤层的基本力学性质、孔隙特征、煤岩渗透特性进行分析，得出煤岩在水的润滑、软化、泥化、干湿、冻融等物理作用过程与溶解、水化、水解、酸化、氧化等化学作用过程以及孔隙水压的力学作用下，其力学性能参数出现下降现象，有利于煤层所受应力的卸载。在此基础上，探讨煤层注水润湿防尘卸压机理与采动裂隙网络演化以及固液耦合渗流规律，研究注水渗透以及应力—裂隙孔隙—渗流之间的内在关系，分析煤层注水中的应力分布与裂隙孔隙动态演化过程以及流体渗流、运移特征。
　　论文根据理论分析和基本力学实验结果，结合兴隆庄煤矿B10302综放工作面注水现状与采动裂隙流固耦合变化规律，优化设计煤层注水防尘卸压工艺技术参数，确定工作面采用高压混合式煤层注水方式，即在相应静压区采用高压注水，在动压区采用静压注水。通过对注水前后粉尘浓度的测定，注水后工作面落煤、移架、放煤等高浓度粉尘作业工序其粉尘浓度有了较大的降低。微地震系统监测数据显示，工作面存在的冲击地压危险得到了有效地遏制，煤层注水防尘卸压工艺技术对工作面防灾减灾起到了显著的积极作用，达到提高注水效果进而防治粉尘、减少冲击地压的目的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的研究内容与方法

2 注水煤岩基本物理性质与孔隙特征试验

2．1 MTS815．03岩石伺服试验系统简介

2．2 自然状态下煤岩单轴力学性能试验

2．3 注水煤岩孔隙特征试验

2．4 注水煤岩基本物理性质测定

2．5 本章小结

3 煤层注水润湿防尘卸压机理研究

3．1 煤层注水润湿过程与机理分析

3．2 煤层注水防治粉尘作用机理分析

3．3 注水煤岩基本力学性能对比试验

3．4 煤层注水润湿卸压机理分析

3．5 本章小结

4 煤岩采动裂隙网络演化与流固耦合分析

4．1 采动过程工作面前方应力状态演化规律

4．2 采动煤岩裂隙场演化规律

4．3 采动煤岩流固耦合渗流特性试验

4．4 采动煤岩破裂过程中的渗流—应力耦合分析

4．5 本章小结

5 深部开采煤层注水防尘卸压工艺技术研究与应用

5．1 工作面概况

5．2 煤层注水防尘卸压工艺技术设计

5．3 煤层注水防尘卸压效果分析

5．4 煤层注水对支架工作的影响分析

5．5 本章小结

6 结论

6．1 主要结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果