松软煤层煤壁浅孔注水防片帮技术研究

摘要

本文在分析国内外煤层注水技术和松软煤层防片帮技术的研究现状的基础上，运用岩石的破坏机理、强度理论和煤的润湿机理等理论知识，分析研究了松软煤层煤壁浅孔注水防片帮技术的机理，通过实验得出对松散煤体不同含水率条件下的力学性质的变化规律，并进行了现场工业性试验，验证了煤壁浅孔注水防止松软煤层煤壁片帮较好的技术效果。 在实验室，对朱仙庄矿Ⅱ863综放工作面煤样进行了松散煤体在不同含水率条件下的力学性质测定试验，并由试验结果得出：煤体的凝聚力和抗剪强度在含水率介于2％～12％时单调递增，说明一定范围内增加煤体的含水率能够改变煤体的力学性质，有效提高其凝聚力和抗剪强度。在含水率一定的情况下，随着围压的增大，抗剪强度、抗压强度随之增大；而在围压一定的情况下，随着含水率的增大，抗压强度单调下降。 通过实验测得，纯水对煤的接触角为69．8°，亲水性较差。为增强煤的润湿性能，提高煤壁浅孔注水润湿煤体的效果，在实验室对添加表面活性剂提高煤的润湿效果进行了实验研究。对实验结果对比分析后，得出在实验的表面活性剂中0．1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液对增大Ⅱ863综放工作面煤的润湿性效果最佳。 论文研究中，在朱仙庄矿Ⅱ863综放工作面进行了煤壁浅孔注水防片帮技术的现场工业性试验，设计实施了煤壁浅孔注水方案，通过试验最终确定了煤壁浅孔注水的关键技术参数：注水孔间距9．0m，孔深5m，钻孔倾角在30°～40°之间，封孔深度为2．0～2．5m，注水压力为4～8MPa。通过每天早班（即检修班）实施煤壁浅孔注水措施，取得了较好的技术效果及社会经济效益：采煤面煤壁片帮得到有效控制，减轻了工人的劳动强度，提高劳动生产效率；节约了大量的支护材料，降低了吨煤成本；提高了综采面采煤机的开机率，同比月单产由平均5万t/M提高到平均8．8万t/M，增产78％，经济效益显著。

目录

文摘

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引 言

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外相关技术研究现状

1.2.1 煤层注水技术的研究现状

1.2.2 松软煤层防片帮技术研究现状

1.2.3 表面活性剂国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 研究目的、内容和技术路线

2 松软煤层煤壁浅孔注水防片帮机理研究

2.1 煤(岩)的破坏机理

2.1.1 煤(岩)的破坏类型

2.1.2 单轴压缩试验中煤试件的破坏形式

2.2 莫尔强度理论

2.2.1 莫尔应力圆

2.2.2 强度曲线

2.2.3 库尔—莫尔强度准则

2.3 松软煤层煤壁浅孔注水防片帮机理

2.3.1 松软煤层煤壁片帮类型及分析

2.3.2 煤壁浅孔注水防片帮机理分析

2.4 本章小结

3 煤的物理力学性质测定实验研究

3.1 煤的物理参数测定与分析

3.1.1 煤的原始水分测定

3.1.2 煤的坚固性系数测定

3.1.3 测定结果及分析

3.2 不同含水率下煤的力学性质测定与分析

3.2.1 煤的力学性质测定方法

3.2.2 煤试件的制作

3.2.3 试验结果与分析

3.3 本章小结

4 提高煤层注水润湿效果的研究

4.1 影响煤壁浅孔注水难易程度的因素

4.1.1 煤层裂隙、孔隙的发育程度

4.1.2 煤的物理力学性质

4.1.3 煤的原始水分

4.1.4 煤的湿润角及湿润能力

4.2 煤层注水的润湿过程及相关参数

4.2.1 润湿过程

4.2.2 接触角和杨氏方程

4.2.3 临界表面张力

4.3 添加表面活性剂提高煤层注水效果的机理

4.3.1 表面活性剂的定义及分类

4.3.2 添加表面活性剂提高煤层注水效果的机理

4.4 煤的润湿性实验研究

4.4.1 煤的润湿参数测定方法及设备

4.4.2 煤的润湿性实验结果及分析

4.5 本章小结

5 煤壁浅孔注水防片帮技术的现场试验研究

5.1 试验工作面概况

5.2 煤壁浅孔注水方案设计

5.2.1 注水工艺及技术参数

5.2.2 注水工艺设备选型

5.3 煤壁浅孔注水试验情况及结果分析

5.3.1 注水有效影响范围测定及结果分析

5.3.2 工作面煤壁浅孔注水时间与流量的关系

5.4 煤壁浅孔注水后防片帮效果分析

5.4.1 工作面煤壁浅孔注水后煤体润湿情况

5.4.2 煤壁浅孔注水防片帮效果分析

5.5 煤壁浅孔注水前后的经济效益分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 展望

参考文献

附录A 部分实验图片

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果