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黄沙矿上保护层开采卸压释放作用研究

作　者: 邵太升
导　师: 王家臣
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 采矿工程
关键词: 上保护层被保护层卸压释放含瓦斯煤数值模拟
分类号: TD712
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

研究上保护层开采对高瓦斯或具有突出倾向煤层的卸压释放作用,对于解决高瓦斯或具有突出倾向煤层的开采具有1分重要的意义。针对峰峰集团黄沙矿的实际情况,本文以实验室试验为基础,从煤岩力学性质研究入手,利用开发设计的含瓦斯煤力学试验系统并配合MTS815岩石力学试验系统,对含瓦斯煤的力学性质、煤样全应力应变过程的瓦斯流动特性、卸围压和卸轴压时煤样内的瓦斯流动特性进行了研究,获得了不含瓦斯和含有瓦斯后煤样力学性质的不同、含瓦斯煤卸载时力学性质的演化规律：利用FLAC3D进行了研究对上保护层开采时的卸压释放作用,得到了上保护层开采时对其顶、底板岩层产生的卸压作用,并对被保护层受到的卸压释放进行了系统研究,揭示了上保护层开采对被保护层卸压释放的规律特性;以此为基础,利用数值软件CFD-fluent6.23对卸压释放后的煤岩体内瓦斯运移特性分均匀影响和非均匀影响两种情况进行了数值模拟研究。

全文目录

摘要  5
Abstract  5-6
详细摘要  6-9
DETAILED ABSTRACT  9-13
目录  13-16
1 绪论  16-28
  1.1 研究背景及意义  16-17
    1.1.1 研究背景  16
    1.1.2 研究的目的及意义  16-17
  1.2 国内外研究现状  17-23
    1.2.1 保护层开采利用现状  17-18
    1.2.2 保护层保护准则及保护范围划定研究现状  18-21
    1.2.3 卸压煤岩力学特性研究现状  21-22
    1.2.4 卸压瓦斯流动规律研究现状  22-23
  1.3 存在的主要问题  23-24
  1.4 论文的研究内容、思路及技术路线  24-25
    1.4.1 论文的研究内容  24
    1.4.2 论文的研究思路  24-25
    1.4.3 论文的研究技术路线图  25
  1.5 本章小结  25-28
2 黄沙矿地质概况及上保护层开采基本条件  28-34
  2.1 黄沙矿基本情况  28-29
  2.2 黄沙矿地质构造与煤层情况  29-30
    2.2.1 地质构造  29
    2.2.2 煤层情况  29-30
  2.3 水文地质情况  30
  2.4 开采技术条件  30-31
    2.4.1 煤层顶底板  30
    2.4.2 瓦斯、煤尘和煤层自燃情况  30-31
    2.4.3 矿井涌水量情况  31
    2.4.4 开拓方式、开采方法  31
  2.5 上保护层开采条件  31-32
    2.5.1 2号煤层开采条件  31-32
    2.5.2 2上煤层开采条件  32
  2.6 上保护层开采需解决的问题  32
  2.7 本章小结  32-34
3 煤体力学特性基础试验研究  34-48
  3.1 单轴压缩煤样力学特性  34-38
    3.1.1 煤样制备  34-35
    3.1.2 煤样单轴压缩试验  35-37
    3.1.3 加载速率对煤样力学特性影响  37-38
  3.2 三轴压缩煤样力学特性  38-40
  3.3 循环载荷作用下煤样力学特性  40-42
  3.4 含瓦斯煤样三轴力学特性  42-46
    3.4.1 含瓦斯煤力学性质  42-44
    3.4.2 含瓦斯煤卸压力学特性  44-46
  3.5 本章小结  46-48
4 上保护层开采卸压释放作用数值模拟研究  48-84
  4.1 上保护层开采模型的建立  48-50
    4.1.1 研究目的及意义  48
    4.1.2 数值模型  48-50
  4.2 上保护层开采顶板垂直应力演化规律研究  50-55
  4.3 上保护层开采顶板垂直移动演化规律研究  55-59
  4.4 上保护层开采底板影响深度研究  59-70
    4.4.1 测点布置  59-60
    4.4.2 上保护层开采底板应变演化规律研究  60-64
    4.4.3 上保护层开采底板应力演化规律研究  64-68
    4.4.4 上保护层开采底板破坏深度理论研究  68-70
  4.5 被保护层内煤层变形规律研究  70-76
    4.5.1 距开切眼不同距离被保护煤层变形情况  70-71
    4.5.2 小同推进距离被保护煤层变形特性  71-76
  4.6 被保护层内煤层应力演化规律研究  76-80
  4.7 本章小结  80-84
5 上保护层开采卸压煤岩体内瓦斯运移模型  84-92
  5.1 煤岩的孔隙特征  84-85
    5.1.1 煤岩的原生孔隙特征  84
    5.1.2 影响煤岩体孔隙结构的因素  84-85
    5.1.3 卸压影响后煤岩体内孔隙特征  85
  5.2 卸压煤岩体内气体特性  85-86
  5.3 卸压煤岩体内气体运移模型  86-91
    5.3.1 多孔介质流体流动基本方程  86-87
    5.3.2 卸压煤岩体瓦斯运移模型  87-91
  5.4 本章小结  91-92
6 卸压煤岩体内瓦斯运移试验与数值模拟研究  92-130
  6.1 瓦斯的赋存特征  92-94
    6.1.1 吸附特性  92
    6.1.2 煤层瓦斯压力  92-93
    6.1.3 煤层瓦斯含量  93-94
  6.2 瓦斯运移特征  94-95
    6.2.1 微孔内的瓦斯运移  94
    6.2.2 裂隙内瓦斯运移特性  94-95
  6.3 卸压煤体内瓦斯流动试验  95-101
    6.3.1 煤样全应力应变过程瓦斯流动特性  95-97
    6.3.2 煤样卸轴压时瓦斯流动特性  97-99
    6.3.3 煤样卸围压时瓦斯流动特性  99-101
  6.4 卸压煤体内瓦斯流动数值模拟  101-105
    6.4.1 数值软件  102
    6.4.2 数值软件的基本方程  102-104
    6.4.3 数值软件的基本模型  104-105
  6.5 工作面瓦斯分布规律模拟研究  105-128
    6.5.1 二维模型的基础参数  105-107
    6.5.2 不抽放时模拟结果  107-110
    6.5.3 抽放时模拟结果  110-114
    6.5.4 抽放与否的二维模拟对比研究  114-115
    6.5.5 上保护层开采时的瓦斯运移规律模拟研究  115-127
    6.5.6 两种三维模拟的对比研究  127-128
  6.6 本章小结  128-130
7 结论与展望  130-134
  7.1 主要研究结论  130-132
  7.2 本文主要创新点  132
  7.3 下一步工作展望  132-134
参考文献  134-142
致谢  142-144
作者简介  144-145

黄沙矿上保护层开采卸压释放作用研究

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