潘一东矿低透气性煤层穿层钻孔掏穴增透技术研究

摘要

本文主要通过对煤与瓦斯突出机理、钻孔周围瓦斯的流动规律、穿层钻孔预抽瓦斯技术等理论知识的学习研究，结合数值模拟技术及现场工业测试等多种方法，对潘一东矿煤层透气性差、瓦斯难以抽放等问题开展了底板穿层钻孔掏穴扩孔强化增透技术的研究。首先，从理论上分析了钻孔瓦斯流动规律、穿层钻孔抽采瓦斯消突机理等;然后，对现场潘一东矿11-2煤层瓦斯基础参数等进行了测试，并建立了穿层钻孔抽采瓦斯的几何模型，利用FLUENT软件对原始钻孔和掏穴钻孔周围瓦斯压力的变化情况进行了数值模拟，从理论上得出掏穴扩孔前后钻孔的抽采影响范围:扩孔前为2m，扩孔后达到了3m。采用示踪气体法在现场对掏穴扩孔前后钻孔的抽采影响范围进行了测试，测得的结果与数值模拟的情况基本一致。根据得到的抽采半径对钻孔进行了优化布置:将11-2煤层穿层钻孔布置由4m×4m优化为为6m×6m网格化进行，既减小了钻孔施工量，又提高了瓦斯抽放效率。最后对潘一东矿穿层钻孔掏穴增透技术的消突效果进行了考察验证，通过预抽煤层瓦斯，其有效控制范围内的瓦斯含量、瓦斯压力、煤体坚固性系数f、最大钻屑量Smax、△h2、瓦斯放散初速度△p均低于《防治煤与瓦斯突出规定》中的临界值，消突效果良好，为后期煤巷掘进提供了保障，保证了矿井的安全高效生产。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究背景及问题的提出

1．3 国内外瓦斯抽采技术研究现状

1．3．1 国内抽采现状

1．3．2 国外抽采现状

1．4 瓦斯抽采技术存在的问题及发展方向

1．4．1 存在的问题

1．4．2 发展方向

1．5 论文研究主要内容及技术路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 技术路线

2 穿层钻孔卸压防突机理的研究

2．1 煤层瓦斯赋存及流动规律的研究

2．2 煤体瓦斯的渗透性

2．3 煤体渗透性与钻孔周围应力分布的变化关系

2．4 钻孔抽采瓦斯防突机理的研究

2．4．1 钻孔周围瓦斯流动规律

2．4．2 煤与瓦斯突出影响因素

2．4．3 钻孔抽放瓦斯对煤层相关参数的影响

2．4．4 钻孔抽采瓦斯防突机理

2．5 本章小结

3 掏穴扩孔前后钻孔周围瓦斯压力变化的数值模拟

3．1 基本假设

3．2 瓦斯流动方程的建立

3．3 瓦斯流动方程的定解条件

3．4 掏穴扩孔前后钻孔周围瓦斯压力变化的数值模拟

3．4．1 FLUENT软件操作流程

3．4．2 几何模型的建立及网格划分

3．4．3 边界条件的设定

3．5 本章小结

4 穿层钻孔优化布置

4．1 示踪气体法测定钻孔抽采半径

4．2 掏穴钻孔的优化布置

4．3 钻孔预抽时间的合理确定

4．4 本章小结

5 潘一东矿掏穴扩孔卸压抽采试验研究

5．1 矿井概况

5．2 试验区概况

5．2．1 煤层情况

5．2．2 地质构造

5．2．3 煤层瓦斯情况

5．3 煤层瓦斯基础参数的测定

5．3．1 煤层瓦斯压力测定

5．3．2 煤层瓦斯含量测试

5．4 煤层段掏穴扩孔设备及施工工艺

5．4．1 掏穴扩孔设备

5．4．2 煤层段钻孔掏穴施工工艺

5．5 11-2煤层掏穴钻孔增透效果分析

5．6 11-2煤层掏穴钻孔预抽效果分析

5．6．1 钻孔出煤量考察

5．6．2 掏穴钻孔预抽瓦斯效果

5．6．3 掏穴增透区域消突效果检验

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

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