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煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出理论与技术研究

作　者: 孟筠青
导　师: 何学秋；聂百胜
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 安全技术及工程
关键词: 煤层注水脉动煤与瓦斯突出液固耦合渗透系数
分类号: TD713
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文通过实验研究、理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,实验研究不同矿区煤样加载过程中气体渗透率和水渗透系数变化规律,建立煤体加载全过程渗透系数演化模型;采用ABAQUS数值模拟软件对煤层高压脉动注水过程中应力场和渗流场的动态液固耦合规律进行数值模拟,得出煤层高压脉动注水对注水孔周围煤体应力和渗透系数的影响规律；理论分析煤层高压脉动注水过程中周期变化的高压水载荷对注水孔周围煤体物理力学性质的影响规律,基于煤与瓦斯突出的“流变假说”分析煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出的宏观和微观机理；从能量角度分析不同煤层高压脉动注水参数对煤层注水防突效果的影响规律,为煤层高压脉动注水设备开发提供理论依据；基于以上研究成果研制了煤层高压脉动注水设备,设计了适合宣东煤矿的煤层高压脉动注水工艺和实施方案,并进行了现场工业性试验,考察了煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出的效果。论文研究成果对有效防治煤与瓦斯突出灾害提供新的理论体系、技术工艺和装备,对煤矿安全生产具有重要的理论和现实意义。

全文目录

摘要  6
Abstract  6-7
详细摘要  7-10
ABSTRACT  10-17
1 绪论  17-29
  1.1 论文研究背景和意义  17-18
  1.2 国内外研究现状综述  18-26
    1.2.1 煤与瓦斯突出机理研究综述  18-21
    1.2.2 煤与瓦斯突出防治技术研究综述  21
    1.2.3 煤与瓦斯突出的水力化防治措施研究综述  21-23
    1.2.4 煤层注水机理及技术研究综述  23-25
    1.2.5 煤岩体渗流场应力场耦合研究综述  25-26
  1.3 论文研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题  26-27
    1.3.1 研究目标  26
    1.3.2 主要研究内容  26-27
    1.3.3 关键问题与创新点  27
  1.4 论文研究方法、技术路线及方案  27-29
2 煤体加载全过程渗流规律实验研究  29-53
  2.1 引言  29
  2.2 煤岩损伤渗流实验系统及实验方案  29-34
    2.2.1 实验系统  29-32
    2.2.2 实验方案  32-34
  2.3 煤体加载过程气体渗流规律实验结果及分析  34-44
    2.3.1 煤体加载全过程不同煤样渗流规律  34-35
    2.3.2 煤体加载全过程不同气体渗流规律  35-39
    2.3.3 气体压力对煤体渗流规律的影响  39-44
  2.4 煤体加载过程水渗流规律实验结果及分析  44-52
    2.4.1 围压对煤体渗透系数的影响  44-45
    2.4.2 渗透水压力对煤体渗透系数的影响  45-47
    2.4.3 煤体加载全过程渗透系数变化规律  47-52
  2.5 本章小结  52-53
3 煤体加载过程渗透系数演化规律研究  53-63
  3.1 引言  53
  3.2 煤岩加载过程损伤量研究  53-57
    3.2.1 煤岩损伤量概述  53-54
    3.2.2 煤样断面损伤显微分析  54-56
    3.2.3 基于Weibull分布煤岩损伤量研究  56-57
  3.3 煤体加载过程渗透系数演化模型研究  57-62
    3.3.1 煤体加载过程渗透系数变化规律分析  57-59
    3.3.2 基于损伤理论的煤体加载过程渗透系数演化模型  59-62
  3.4 本章小结  62-63
4 煤层高压脉动注水液固耦合规律数值模拟研究  63-87
  4.1 引言  63
  4.2 ABAQUS软件简介  63-67
    4.2.1 ABAQUS软件分析过程  63-64
    4.2.2 ABAQUS软件相关约定  64-67
  4.3 ABAQUS软件液固耦合基本原理  67-73
    4.3.1 水在煤体中的渗流规律  67
    4.3.2 孔隙介质有效应力原理  67-69
    4.3.3 多孔介质应力平衡方程  69-70
    4.3.4 流体连续性方程  70-72
    4.3.5 煤体变形与流体弥散耦合方程求解  72-73
  4.4 煤层高压脉动注水数值模拟研究  73-85
    4.4.1 数值模拟问题描述  73
    4.4.2 数值模拟模型的建立  73-75
    4.4.3 数值模拟结果及分析  75-85
  4.5 本章小结  85-87
5 煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出理论研究  87-103
  5.1 引言  87
  5.2 煤与瓦斯突出的"流变机理"  87-90
  5.3 煤层高压脉动注水对煤体物理力学性质影响研究  90-98
    5.3.1 煤层高压脉动注水吸湿过程  90-92
    5.3.2 煤层高压脉动注水对注水孔周围煤体特性的影响  92-98
  5.4 煤层高压脉动注水技术参数研究  98-102
    5.4.1 脉动注水压力变化幅度对注水效果的影响  98-99
    5.4.2 脉动注水压力变化波形对注水效果的影响  99-101
    5.4.3 脉动注水压力变化频率对注水效果的影响  101
    5.4.4 脉动注水压力变化上限对注水效果的影响  101-102
  5.5 本章小结  102-103
6 煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出技术研究  103-123
  6.1 引言  103
  6.2 煤层高压脉动注水设备开发  103-110
    6.2.1 煤层高压脉动注水设备工作原理  103-105
    6.2.2 煤层高压脉动注水设备组成和功能  105-110
    6.2.3 煤层高压脉动注水设备特点  110
  6.3 煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出工艺研究  110-116
    6.3.1 煤层高压脉动注水系统  110-112
    6.3.2 煤层高压脉动注水实施工艺  112-116
  6.4 煤层高压脉动注水现场试验  116-121
    6.4.1 宣东矿及Ⅲ3302巷道概况  116
    6.4.2 宣东矿Ⅲ3302掘进面脉动注水试验  116-121
  6.5 本章小结  121-123
7 结论  123-127
主要参考文献  127-133
致谢  133-135
在校期间工作简况  135-136

煤层高压脉动注水防治煤与瓦斯突出理论与技术研究

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