新巨龙煤矿综放采场注水防治冲击地压研究

摘要

煤层注水能够软化煤体，从而减小冲击危险。新巨龙煤矿2302S工作面埋深约850m，3煤层具有弱冲击性，在一定的开采条件下，有发生冲击地压危险的可能性。本文采用理论分析、模拟试验、数值分析和现场试验相结合的方法进行注水防治冲击地压研究，主要有以下内容:
　　(1)从煤层裂隙、水在煤体中的运动状态两个方面分析了煤层注水机理，并对影响因素注水工艺参数（如注水时间、注水压力、流量、要求达到的含水率等）进行着重分析;运用弹性力学、渗流耦合理论等理论知识，建立了注水过程中破裂压力等效模型。
　　(2)利用自主研制的水力压裂实验系统，在有限的实验条件下，进行了无围压、1MPa、2MPa围压下煤体水力压裂实验，依据声发射-应力耦合理论，针对型煤与原煤破裂过程中应力场及声发射的变化进行分析对比。
　　(3)采用RFPA2D软件模拟分析了注水作用下的注水压力、注水过程中的应力场、声发射的变化规律，与水力压裂实验结果及煤层注水效果进行了对比分析。
　　(4)在新巨龙煤矿2302S工作面开展了煤层注水试验。与未注水区域回采阶段相比:注水区域自发微震事件频次降低，释放能量减少，减小了微震能量释放在时间上的突发性和空间上的集中性;注水区域煤体塑性有所增加，侧向支承压力卸压带拓宽约3m，超前支承压力卸压带较未注水时均拓宽约7m，峰值均有所降低;受采动影响弱于未注水区域，顶板移近量及移近速率较低，无明显应力集中，冲击危险减小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤层注水国内外研究现状

1．2．2 水力压裂国内外研究现状

1．2．3 注水监测煤岩层破裂研究现状

1．2．4 煤层注水对新汶矿区的意义

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 主要创新点

2 煤层注水影响因素及破裂压力研究

2．1 煤体结构特性

2．2 煤层中水的运移规律

2．3 煤层注水影响因素

2．3．1 注水工艺因素

2．3．2 煤体裂隙结构及赋存状态

2．4 孔口破裂压力

2．4．1 孔口围岩性质

2．4．2 孔口点源模型

2．4．3 压裂过程压力变化

2．5 本章小结

3 不同围压下煤体水力压裂试验

3．1 煤体物理力学性质测定

3．1．1 原煤加工工艺

3．2．2 型煤制作工艺

3．1．3 力学实验试验结果

3．2 煤体水力压裂试验系统的研制

3．2．1 实验系统主要技术参数

3．2．2 水力压裂实验系统主要结构

3．3 不同围压下注水规律分析

3．3．1 无围压下注水参数变化

3．3．2 围压为1MPa时参数变化

3．3．3 围压为2MPa时参数变化

3．4 本章小结

4 煤层注水数值模拟

4．1 RFPA简介

4．2 数值模型的建立

4．2．1 水力压裂模型的建立

4．2．2 现场煤层注水模型的建立

4．3 模型结果及分析

4．3．1 水力压裂模型效果

4．3．2 现场煤层注水模型效果

4．4 本章小结

5 煤层注水微震、应力变化规律与防冲效果分析

5．1 工作面地质条件

5．1．1 工作面位置

5．1．2 地质构造条件

5．1．3 冲击倾向性

5．2 特厚煤层注水工艺

5．2．1 注水孔施工要求

5．2．2 超前工作面距离

5．2．3 长孔注水方式

5．3 注水规律及监测效果分析

5．3．1 注水参数的相关性

5．3．2 煤体水分增量

5．4 注水防治冲击地压的微震特征

5．4．1 监测点布置

5．4．2 破裂点与工作面相对位置的确定

5．4．3 回采阶段微震特征对比

5．5 注水防治冲击地压矿压显现规律

5．5．1 冲击在线应力监测

5．5．2 顶底移近量及速度

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

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